Сілін Р. А. ФГУП НПП “Исток” м. Фрязіно Московської обл., Вокзальна 2а, 141190, Росія Теп.: (095) 4658620; e-mail: istkor@elnet.msk.ru


Анотація Відзначено, що останнім часом проявляється підвищений інтерес до штучних середах з негативним коефіцієнтом заломлення, що такі середовища досліджуються в Росії, починаючи з 1940 р. і що найбільш цікаві результати отримані з використанням поняття ізочастот.

I. Вступ

Останнім часом з’явилося багато робіт, присвячених створенню в 2000 р. композитних середовищ (штучних діелектриків), що володіють негативним коефіцієнтом заломлення. Але мало хто знає, що такі середовища передбачив в 1940 р. Л.І. Мандельштам. Таким середах присвячено багато робіт в Росії, починаючи з 1959 р. Більше того, виявлений ряд явищ, невідомих раніше. У цьому звіті коротко описуються такі середовища, методи і результати аналізу їх квазіоптичних властивостей. Відзначаються деякі помилки, що зустрічаються в літературі, присвяченій опису таких середовищ і їх властивостей.

II. Основна частина

Fig. 1. Wave-vectorrepresentation fora refraction waves (r) in media with n > 0(a) and n < 0(6)

Рис. 5. Побудова променів, які пройшли через пластину з п <0 (а) і п> 0 (6)

Fig. 5. The tracing of beams passed through a plate with n>0 (a) and n<0 (6)

В роботах [16, 18, 21, 23, 24, 29, 30] окрім перенесення зображення досліджено ще цілий ряд явищ. До них відносяться зростання кута заломлення хвилі у напрямку зниження кута падіння, повне відображення при малих кутах падіння і проходження при великих, існування подвійного заломлення для хвиль з однаковою поляризацією, відсутність відбитої і заломленої хвиль навіть за відсутності втрат в середовищі.

Особливості ефекту Вавилова-Черенкова в різних штучних середовищах докладно розглянуті в книзі [30].

III. Висновок

Як у Росії, так і за кордоном, досліджено новий клас середовищ, що володіють невідомими раніше квазіоптичні властивостями, причому в нашій країні це зроблено більш ніж на 40 років раніше і в істотно більшому обсязі. Найбільшу інформацію про ці властивості дало використання методу ізочастот.

1. Мандельштам П. І. Повне зібрання праць, М.: АН СРСР. T.2. 1947. С.334; T.5. 1950. С. 461.

2.    Smith D. R., et al. Phys. Rev. Lett. 2000. V.84, №18. P. 4184.

3.    Fitzgerald R. Phys. Today. May 2000. P.17.

4.    Mullins J. IEEE Spectrum. January 2001. P.25.

5. Бирдін В. М. Оптика і спектроскопія, 1983. Т. 54, Вип.8.

– С. 456.

6.    KompfnerR., Williams N.T. PIRE, 1953, №11. P. 1602.

7.     GuenardP. etal. C. R. Acad. Sc., 1952. -T.235. P.236.

8. Уолтер К. Антени біжучої хвилі \ пер. з англ. під ред. А. Ф. Чаплигіна. М.: Енергія. 1970.

9. DoehlerO., Epsztein В., Arnaud J. L’onde Electrique. Nov. 1956. Т. XXXVI, № 356. P.937.

10. Сілін P. А. Електроніка. 1958, № 2. C.3. ; №. 4. C.3.

11. Сілін P.А. Праці конференції з електроніки НВЧ.

– М.: Госенергоіздат. 1959. С. 45.

12. Сілін Р. А. Питання радіоелектроніки. Сер.1, Елеку-троника. 1959, вип.4, С.З.

13. Сілін Р. А. Радіотехніка та електроніка 1960. Т.5, вип.4. С.688.

14. Сілін Р. А., Сазонов В. П. уповільнюють системи. –

М.: Сов. радіо. 1966. R. A.Silin, V. P.Sazonov Slow-wave structures / Translation edited by H.Stachera. Boston Spa. Eng.: National Lending for Science and Technology. 1971, Vol. 1 -3.15. Сілін P. А. Електронна техніка. Сер.1, Електроніка НВЧ. 1969, вил.2. С. 3.

16. Сілін Р. А. ІВУЗ, Радіофізика. 1972. Т.15, № 6. С. 809.

17. Сілін Р. А. Оптика і спектроскопія. 1978. т.44, Вип.1.

С. 189.

18. Сілін Р. А. Незвичайні закони заломлення та відбиття. М.: фази, 1999.

19.    Nefedov I. S., Silin R. A. Proc. 7 Int. Conf. on Complex Media. 3 6 June, 1998. Bianisotropic 98 Technique Univ., Braunsh Weig.

20. Блінов Л. М. Електромагнітооптіка рідких кристалів. М.: Наука, 1978.

21. Демченко Н. П. та ін У кн.: Взаємодія електромагнітних хвиль з напівпровідниками і полупроводниководиэлектрическими структурами і проблеми створення інтегральних КВЧ схем. 4.2. Саратов: Вид. Саратовського університету, 1985, 94.

22. Іванов В. М. та ін ІВУЗ, Радіофізика. 1989. т. 32, № 6.

23. Вашківська А. В. та ін Изв. вищ. навч. закладів. Фізика, 1988, 31 (1), 67.

24. Вашківська А. В. та ін Магнітостатіческіе хвилі в електроніці НВЧ. Саратов: СГУ. 1993.

25. Веселаго В. Г. УФН, липень 1967, т. 92, вип.З. С. 517.

26.     Shelby R. A. et al. Science, v.292, April 2001, p.77.

27. Ландау Л. Д., Ліфшиц E. М. Електродинаміка суцільних середовищ. М.: Наука ФМЛ. 1982.

28. Сілін Р. А., Чепурних І. П. Радіотехніка та електроніка. -2001, Т. 46, № 10, с.1212.

29. Сілін Р. А. Радіотехніка та електроніка. 2002, т.47, № 2. С.186.

30. Сілін Р. А. Періодичні хвилеводи. М.: фази. –

2002.

ABOUT THE MEDIUMS WITH UNUSUAL REFRACTION AND REFLECTION LAWS

Silin R. A.

FSUE RPC "Istok”, Voksalnaya 2a, Fryasino, Moscow Region, 141190, Russia Phone (095) 4658620, e-mail: istcor@elnet.msk.ru

Abstract It is noted, that recently the increased attention is attracted to the artificial media with negative refraction index, which are investigated in Russia since 1940, and that most interesting results are obtained in terms of isofrequences.

I.  Introduction

Recently many works have been appeared being devoted to the artificial media with negative index refraction, which was created in 2000. L.l. Mandelshtam predicted such a phenomenon first at 1940. There were many publications in Russia beginning from 1959 about such a phenomenon. These media, methods and the results of their quasi-optical analysis are briefly described in this paper.

II.  Main part

L. I. Mandelstam predicted in 1940, that mediums with negative refraction index n < 0 should exist in nature. In such materials compared with conventional ones (fig.1a), refracted wave (r) runs to the boundary, and is deflected from boundary surface normal in the opposite direction (fig.16) as for n < 0. Corresponding materials are called “media with negative dispersion”. In literature these media are also named as lefthanded [2]-[4] media or media with incoming waves [5].

In microwave technique these media guiding the waves in one dimension (1D) created in 1952 for microwave tubes [6, 7] and antennas [8] with a backward wave. To design electron devices with high output power since 1956 the 2D periodical structures with n < 0 in both dimensions are investigated [9 19]. Example of such a medium, having n < 0 in two dimensions in the first pass-band, and corresponding isofrequencies are shown in fig.4. In 2000 the works [2-4] appeared about media, having n < 0 in two dimensions but in the second pass-band. Authors of [2-4] did not know the results of [9-19] and based their idea on the concept [25] stating that refractive index n <0 may be obtained for s <0 and ц <0.

Possibility of creation media with n < 0 in second pass-band becomes evident if we consider dispersion characteristics ofthe uniform (fig.2a) and periodical (fig.26) lines. For uniform line n > 0. The dispersion characteristic is broken if uniform line varies slowly and periodically, and space harmonics appear (dotted line on fig.26). Some of them have n < 0, so as dta/dp < 0 at p > 0. Index n < 0 for a lattice consisting of cubes (fig.3).

Most of unusual phenomena in artificial medium are investigated by means of isofriquency surfaces [9-19, 21-24, 28-30]: the refraction of the rays in a wafer consisting of material with a negative dispersion and an object and its image can be located on the opposite sides (fig.5) ofthe wafer;

the refraction angle of a wave can decrease as angle of incidence is increased;

there is a birefringence appearing at variation of incident angle while both waves have the same polarization;

in lossless material at presence of an incident wave both reflected and refracted wave can be absent;

total reflection of a wave from a material at small angle of incidences and partial transmission at big ones, and also a lot of other phenomena.

It is interesting to note that the negative dispersion takes place not only in artificial dielectrics. It also takes place in cholesteric liquid crystals [5 20], and in ferrite films inserted in a magnetic field [21 24]. These waves are so-called magnetostatic waves. Many artificial dielectrics have a negative dispersion in the second pass band, as shown in [28 30], and not in one dimension but in all three ones.

III.  Conclusion

The new class of media with earlier unknown quasi-optic properties is investigated both in Russia and abroad, whereas in Russia it was done 40 years before and in essentially bigger volume. The maximum information about these properties was given by the isofrequency method.

Анотація Представлені результати розробки та експериментального дослідження хвилеводно-діелектричних випромінювачів для плоских багатоелементних фазованих антенних решіток Каи W-діапазонів хвиль. Випромінювачі Ка-діапазону хвиль призначені для фазованими антенними решітки зі скануванням променя в широкому секторі кутів ± 45 °. Випромінювачі W-діапазону хвиль при використанні в елементах ФАР з поперечними розмірами, не перевищують 1,25 Х (до довжина хвилі), мають діаграму спрямованості з урахуванням взаємного впливу елементів в антеною решітці, що дозволяє здійснювати сканування променя в секторі ± 15 °.

I. Вступ

Однією з важливих задач, що вирішуються при створенні фазованих антенних решіток (ФАР), є розробка випромінюючих елементів, тому що вони визначають коефіцієнт посилення ФАР і його зміна в секторі сканування променя. В хвилеводних ФАР з феритовими фазовращателямі в якості випромінювачів ефективне використання діелектричних стрижневих антен (хвилеводно-діелектричних випромінювачів, ВДИ) [1]. Вони дозволяють працювати на хвилях з лінійної та кругової поляризацією електромагнітного поля, добре узгоджуються з вільним простором і хвилеводним трактом. Ефекти взаємного впливу елементів в антеною грат в прямому і зворотному напрямку добре вивчені [2, 3]. Зокрема, змінюючи розміри діелектричного стержня, можна отримати необхідну діаграму спрямованості випромінювача.

II. Основна частина

Коефіцієнт посилення випромінювача в антеною решітці без урахування втрат в матеріалі може бути розрахований за формулою:

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.