Modeling of surface electromagnetic waves with axial symmetry on a bi-isotropic one-layer plane screen

A homogeneous three-domain boundary-value problem for a one-layer plane screen from a bi-isotropic material is formulated. Monochromatic electromagnetic fields with axial symmetry propagating behind the screen, in front of the screen and into the screen layer are calculated. Classical boundary conditions of the continuity of the tangential field components on the planes of media separation are used. To simplify the procedure of constructing analytical solutions, the original problem is transformed into a boundary problem with two-sided boundary conditions connecting electromagnetic fields on both sides of the screen. As a result, the field in the screen layer is excluded from consideration. A method for calculating surface electromagnetic waves with axial symmetry, propagating from two sides of the screen in the radial directions of the layers, is developed. A screen from a chiral material is considered as a bi-isotropic screen. For chiral screen a second-order dispersion equation was obtained, which made it possible to calculate the frequencies of the two sequences of surface electromagnetic fields. The parameters of the chiral material for which non-attenuating surface waves exist are calculated. Surface waves are presented as a combination of basis cylindrical TE- and ТЯ-polarized electromagnetic fields. Other variants of surface waves are possible.

1. Виноградов, А. П. Электродинамика композитных материалов. - М. : Эдиториал УРСС, 2001. - 206 с.

2. Ерофеенко, В. Т. Аналитическое моделирование в электродинамике / В. Т. Ерофеенко, И. С. Козловская. - Минск : БГУ, 2010. - 304 с.

3. Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-isotropic Media / I. V. Lindell [et al.]. - Boston : Artech Hause, 1994. - 324 p.

4. Ерофеенко, В. Т. Дифракция плоской электромагнитной волны на плоскослойной структуре из биизотропных материалов / В. Т. Ерофеенко, С. В. Малый // Информатика. - 2012. - № 1(33). - С. 58-65.

5. Ерофеенко, В. Т. Экранирование электромагнитных полей экранами из матричных композитов, содержащих биизотропные частицы / В. Т. Ерофеенко, В. Ф. Бондаренко // Информатика. - 2014. - № 3(43). -С. 28-43.

6. Ерофеенко, В. Т. Краевая задача проникновения электромагнитных полей дипольных источников через биизотропный экран // Вестник БГУ. Сер. 1. - 2012. - № 2. - С. 71-76.

7. Ерофеенко, В. Т. Модель вычисления эффективных параметров матричного композита из биизотропных частиц с учетом многократных переотражений электромагнитного поля // Информатика. - 2015. -№ 4(48). - С. 17-33.

8. Неганов, В. А. Отражающие, волноведущие и излучающие структуры с киральными элементами / В. А. Неганов, О. В. Осипов. - М. : Радио и связь, 2006. - 280 с.

9. Ерофеенко, В. Т. Преобразование пучков электромагнитных волн при прохождении через экран из кирального метаматериала / В. Т. Ерофеенко, В. Ф. Бондаренко // Информатика. - 2013. - № 1(37). - С. 5-17.

10. Ерофеенко, В. Т. Модели граничных условий на композиционных экранах для электромагнитных полей с осевой симметрией // Известия НАН Беларуси. Сер. физ.-мат. наук. - 2010. - № 2. - С. 41-45.

11. Шевченко, В. В. Геометрооптическая теория плоской линзы из кирального метаматериала // Радиотехника и электроника. - 2009. - Т. 54, № 6. - С. 696-700.

12. Ерофеенко, В. Т. Двухсторонняя фокусировка электромагнитного поля точечного источника плоской линзой из метаматериала // Информатика. - 2016. - № 1(49). - С. 14-25.

13. References

14. Vinogradov A. P. Elektrodinamika kompozitnyh materialov. Electrodynamics of Composite Materials. Moscow, Editorial URSS, 2001, 206 p. (in Russian).

15. Erofeenko V. T., Kozlovskaja I. S. Analiticheskoe modelirovanie v elektrodinamike. Analytical Modeling in Electrodynamics. Minsk, Belorusskij gosudarstvennyj universitet, 2010, 304 p. (in Russian).

16. Lindell I. V., Sihvola A. H., Viitanen A. J., Tretyakov S. A. Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-Isotropic Media. Boston, Artech Hause, 1994, 324 p.

17. Erofeenko V. T., Malyi S. V. Difrakcija ploskooj elektromagnitnooj volny na ploskoslojnoj strukture iz biizotropnyh materialov [Diffraction of a plane electromagnetic wave on a plane-layer structure of bi-isotropic materials]. Informatika [Informatics], 2012, no. 1(33), pp. 58-65 (in Russian).

18. Erofeenko V. T., Bondarenko V. F. Ekranirovanie elektromagnitnyh polej ekranami iz matrichnyh kompozitov, soderzhashhih biizotropnye chasticy [Screening of electromagnetic fields by screens from matrix composites containing bi-isotropic particles]. Informatika [Informatics], 2014, no. 3(43), pp. 28-43 (in Russian).

19. Erofeenko V. T. Kraevaja zadacha proniknovenija elektromagnitnyh polej dipol'nyh istochnikov cherez biizotropnyj jekran [Boundary-value problem of penetration of electromagnetic fields of dipole sources through a bi-isotropic screen]. Vestnik BGU [Bulletin of the Belarusian State University. Ser. 1], 2012, no. 2, pp. 71-76 (in Russian).

20. Erofeenko V. T. Model’ vychislenija effektivnych parametrov matrichnogo kompozita iz biizotropnyh chastic s uchjotom mnogokratnyh pereotrazhenioj elektromagnitnogo polja [Model for calculating effective parameters of matrix composites from bi-isotropic particles with regard multiple reflections of electromagnetic field]. Informatika [Informatics], 2015, no. 4(48), pp. 17-33 (in Russian).

21. Neganov V. A., Osipov O. V. Otrazhajushhie, volnovedushhie i izluchajushhie struktury s kiral'nymi jelementami. Reflecting, Waveguiding and Radiating Structures with Chiral Elements. Moscow, Radio i svyaz, 2006, 280 p. (in Russian).

22. Erofeenko V. T., Bondarenko V. F. Preobrazovanie puchkov elektromagnitnyh voln pri prohozhdenii cherez ekran iz kiral’nogo metamateriala [Transformation of beams electromagnetic waves passing through a chiral metamaterial screen]. Informatika [Informatics], 2013, no. 1(37), pp. 5-17 (in Russian).

23. Erofeenko V. T. Modeli granichnyh uslovioj na kompozicionnyh ekranah dlja elektromagnitnyh polej s osevoj simmetrieoj [Models for boundary conditions on the composite screens electromagnetic fields with axial symmetry]. Izvestija Nacional'noj akademii nauk Belarusi. Serija fiziko-matematicheskih nauk [Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physics and Mathematics Series], 2010, no. 2, pp. 41-45 (in Russian).

24. Schevchenko V. V. Geometroopticheskaja teorija ploskoj linzy iz kiral’nogo metamateriala [Geometric-optical theory of the plane lens from chiral metamaterial]. Ragiotehnika i jelektronika [Journal of Communications Technology and Electronics], 2009, vol. 54, no. 6, pp. 696-700 (in Russian).

25. Erofeenko V. T. Dvuhstoronnjaja fokusirovka elektromagnitnogo polja tochechnogo istochnika ploskoj linzoj iz metamateriala [Two-sided focusing of electromagnetic field of point source by means of planar lens from metamaterials]. Informatika [Informatics], 2016, no. 1(49), pp. 14-25 (in Russian).