ΤΕΙ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Τ.Ε. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ Επισκόπηση των εφαρμογών της φυσικής οπτικής στον υπολογιστικό ηλεκτρομαγνητισμό ΟΝΟΜΑ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗ : ΒΑΘΗΣ ΑΣΗΜΑΚΟΣ Α.Μ. : 1349 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΥ ΧΡΗΣΤΟΣ

ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ  Αντιμετωπίζεται από την οπτική των κυμάτων του φωτός, σαν μια σειρά από ηλεκτρικές και μαγνητικές ταλαντώσεις  Η συμπεριφορά του κύματος είναι παρόμοια με εκείνη του νερού

Η ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΕΠΑΛΛΗΛΙΑΣ Όταν δύο ή περισσότερα κύματα κινούνται ταυτόχρονα μέσα από μια χωρική περιοχή, κάθε κύμα προχωρά αυτοτελώς σαν το άλλο να μην ήταν παρόνΌταν δύο ή περισσότερα κύματα κινούνται ταυτόχρονα μέσα από μια χωρική περιοχή, κάθε κύμα προχωρά αυτοτελώς σαν το άλλο να μην ήταν παρόν αν έχουμε δύο κύματα φωτός να διέρχονται μέσα από κοινό σημείο P, όπου το κύμα 1 μόνο του προκαλεί μια μετατόπιση Υ1 και το κύμα 2 μια μετατόπιση Y2, η αρχή της επαλληλίας αναφέρει ότι η προκύπτουσα μετατόπιση YRES δίνεται από ένα διάνυσμα και είναι το άθροισμα των δύο μετατοπίσεωναν έχουμε δύο κύματα φωτός να διέρχονται μέσα από κοινό σημείο P, όπου το κύμα 1 μόνο του προκαλεί μια μετατόπιση Υ1 και το κύμα 2 μια μετατόπιση Y2, η αρχή της επαλληλίας αναφέρει ότι η προκύπτουσα μετατόπιση YRES δίνεται από ένα διάνυσμα και είναι το άθροισμα των δύο μετατοπίσεων

ΠΟΛΩΣΗ  Ορισμός: Αναφερόμαστε στην εγκάρσια κατεύθυνση της δόνησης του ηλεκτρικού πεδίου και του διανύσματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων Αναφερόμαστε στην εγκάρσια κατεύθυνση της δόνησης του ηλεκτρικού πεδίου και του διανύσματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων  Εάν το ηλεκτρικό πεδίο παραμένει σε μια δεδομένη κατεύθυνση στο εγκάρσιο επίπεδο xy, το φως λέγεται ότι είναι γραμμικά πολωμένο

ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ  Ορισμός: Είναι οποιαδήποτε απόκλιση από τη γεωμετρική οπτική που προκύπτει από την απόφραξη ενός μετώπου κύματος του φωτός από κάποιο εμπόδιο ή μερικό άνοιγμα Είναι οποιαδήποτε απόκλιση από τη γεωμετρική οπτική που προκύπτει από την απόφραξη ενός μετώπου κύματος του φωτός από κάποιο εμπόδιο ή μερικό άνοιγμα

ΣΚΕΔΑΣΗ  Αντιστοιχεί στη σύγκρουση και διάχυση των κυμάτων με κάποιο υλικό ή αντικείμενο  Η θεωρία σκέδασης ασχολείται με τη μελέτη των διαφορικών εξισώσεων που διέπουν τα διάφορα φαινόμενα σκέδασης  Το άμεσο πρόβλημα σκέδασης είναι αυτό που βασίζεται στον προσδιορισμό της κατανομής της ροής της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας σχετικά με τα χαρακτηριστικά του σκεδαστή  Τρόποι αντιμετώπισης προβλήματος σκέδασης: Ευθύς και αντίστροφος

ΜΕΘΟΔΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ  Προδιαγραφές : αν το αντικείμενο μας έχει μεγάλη (ηλεκτρικά) επιφάνεια σε σχέση με το μήκος κύματος λ, η επιφάνεια αυτή είναι λεία και είναι αργά μεταβαλλόμενη  Τρόπος: πρόβλεψη της σκέδασης ενός αντικειμένου υπολογίζοντας τα ρεύματα του πεδίου γύρω από αυτό  Αποτέλεσμα: μείωση του χρόνου και των υπολογισμών στο σύστημα μας

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ 1  Στο ακουστικά «μαλακό» επίπεδο, το συνολικό πεδίο είναι μηδέν ως αποτέλεσμα της οριακής συνθήκης, αλλά η παράγωγος κατά την κάθετο είναι:  Στο ακουστικά «σκληρό» επίπεδο, η κάθετη παράγωγος του συνολικού πεδίου είναι μηδέν ως αποτέλεσμα της οριακής συνθήκης,και το ίδιο το πεδίο ισούται με την:

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ 2  Τα ρεύματα που αντιπροσωπεύουν τις επιφανειακές πηγές του σκεδαζόμενου πεδίου που προκαλείται από το προσπίπτον κύμα είναι:  Και σε μία ηλεκτρικά αγώγιμη πλάκα:

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ 3  Εξίσωση Green:  Εξισώσεις σκέδασης κοντινού πεδίου

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ 4  Εξισώσεις σκέδασης μακρινού πεδίου

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ 5  Το προσπίπτον πεδίο στον σκεδαστή δίνεται από την :  Το προσπίπτον κύμα στην περιοχή του αντικειμένου σκέδασης που μπορεί να προσεγγιστεί από το κύμα ελεύθερου χώρου δίνεται από την:

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ 6  Αντίστροφη σκέδαση (Οπιστοσκέδαση):  Συνολική διατομή σκέδασης

ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΚΕΔΑΣΗΣ Συνδέει το προσπίπτον πεδίο και το σκεδαζόμενο πεδίο Η σχέση που υπάρχει μεταξύ των στοιχείων αij του πίνακα σκέδασης και της διατομής σκέδασης μια δίνεται από

ΣΚΕΔΑΣΗ ΣΕ ΜΗ ΑΓΩΓΙΜΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ Η αλληλεπίδραση ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος μπορεί να περιγραφεί από τους συντελεστές ανάκλασης (Re και Rh) στην επιφάνεια του πάνελ

ΠΑΝΕΛ  Μία από τις πιο δημοφιλείς μεθόδους διακριτοποίησης είναι μία επιφάνεια χωρισμένη σε έναν αριθμό επιθεμάτων επίπεδων τριγώνων ή τετραπλέυρων  Συνήθως χρησιμοποιούνται τρίγωνα γιατί έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι εύκολο να παραχθούν και καθίστανται ικανοποιητικά σύμμορφα σε μια ποικιλία από καμπυλωτές επιφάνειες  Μπορούν να θεωρηθούν ηλεκτρικά αγώγιμα  Δεν τέμνονται μεταξύ τους

ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΚΙΑΣΗ  Ομοιόμορφη Σκίαση  Ανομοιόμορφη Σκίαση

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 1 Το πρόβλημα της ηλεκτρομαγνητικής σκέδασης (1) Για αγώγιμη επιφάνεια έχω Το πεδίο στην μακρινή ζώνη είναι Με αντικατάσταση του μαγνητικού πεδίου στο J δίνεται η τελική έκφραση

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 1 Το πρόβλημα της ηλεκτρομαγνητικής σκέδασης (2) ο πίνακας σκέδασης έχει την μορφή Με Το ολοκλήρωμα I μπορεί να γραφτεί ως ένα συνεκτικό άθροισμα των ολοκληρωμάτων σε όλα τα φωτεινά τρίγωνα

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 2 Σκέδαση μακρινού πεδίου από τέλεια αγώγιμες πλάκες με καμπυλωτές άκρες (1) Εξίσωση μακρινού πεδίου Το ολοκλήρωμα της εξίσωσης του μακρινού πεδίου στο σχήμα b είναι

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 2 Σκέδαση μακρινού πεδίου από τέλεια αγώγιμες πλάκες με καμπυλωτές άκρες (2) Δεδομένης της γεωμετρίας του σχήματος b έχουμε ΜεΚαι

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 3 Διπλή ανάκλαση κύματος (1) Η διπλή ανάκλαση δημιουργείται όταν τα κύματα προσπέσουν πάνω σε ένα πάνελ Α και Β είναι ορατά από το ραντάρείναι ορατά από το ραντάρ τα μοναδιαία διανύσματα (na και nb) που προκύπτουν από την ανάκλαση είναι κάθετα το ένα ως προς το άλλοτα μοναδιαία διανύσματα (na και nb) που προκύπτουν από την ανάκλαση είναι κάθετα το ένα ως προς το άλλο η γραμμή τομής των πάνελ είναι κάθετη προς τον άξονα zη γραμμή τομής των πάνελ είναι κάθετη προς τον άξονα z

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 3 Διπλή ανάκλαση κύματος (2) Για να μπορέσουμε να λύσουμε το πρόβλημα της διπλής ανάκλασης πρέπει να κινηθούμε σε τέσσερα στάδια: Για να μπορέσουμε να λύσουμε το πρόβλημα της διπλής ανάκλασης πρέπει να κινηθούμε σε τέσσερα στάδια: να αναζητήσουμε τα ζεύγη των πλακών που αποτελούν τη βάση της διπλής ανάκλασης,να αναζητήσουμε τα ζεύγη των πλακών που αποτελούν τη βάση της διπλής ανάκλασης, να καθορίσουμε υπο-περιοχές στα πάνελ τα οποία φωτίζονται από τη δέσμη των διπλά αντανακλώμενων ακτίνων,να καθορίσουμε υπο-περιοχές στα πάνελ τα οποία φωτίζονται από τη δέσμη των διπλά αντανακλώμενων ακτίνων, να κατασκευάσουμε εικονικά πάνελ για τον υπολογισμό του ολοκληρώματος φάσης, καινα κατασκευάσουμε εικονικά πάνελ για τον υπολογισμό του ολοκληρώματος φάσης, και να εξετάσουμε τις σταθερές του διηλεκτρικού υλικού με την εφαρμογή των συντελεστών ανάκλασης Fresnel και για τις δύο επιφάνειες του πίνακα.να εξετάσουμε τις σταθερές του διηλεκτρικού υλικού με την εφαρμογή των συντελεστών ανάκλασης Fresnel και για τις δύο επιφάνειες του πίνακα.

ΛΟΙΠΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ  Χρήση φυσικής οπτικής σε συμβατικές κεραίες VHF,UHF  Φυσική οπτική σε ανακλαστήρες κεραιών  Διατομή σκέδασης χρησιμοποιώντας φυσική οπτική και εφαρμογές του στην Ναυτιλία  Επιτάχυνση του κοντινού πεδίου της σκέδασης φυσικής οπτικής με την χρήση δειγματοληψίας