Спроектировано активное маскирующее устройство

Спроектировано активное маскирующее устройство

 Дмитрий Сафин

Двое учёных из Торонтского университета (Канада) разработали проект активного маскирующего устройства.

Новое приспособление, как и многие его аналоги, должно препятствовать рассеянию электромагнитного поля каким-либо объектом, выбранным экспериментатором, и за счёт этого делать объект невидимым. Обычно такую задачу решают с помощью метаматериалов, работая с уже имеющимся полем падающего или рассеянного излучения и не добавляя никаких новых полей.

Активный вариант маскировки, напротив, не предполагает использования искусственных материалов или волноводов. Нужный эффект, по мысли авторов, обеспечит вводимый в систему набор новых полей, которые «нейтрализуют» поле излучения, рассеянного объектом.

Чтобы составить теоретическое описание устройства, канадцы рассмотрели показанный на рисунке ниже простой случай: на скрываемый объект цилиндрической формы радиусом ρ = a падает плоская волна, распространяющаяся вдоль оси x. Её взаимодействие с цилиндром создаёт внутренние (E_int, H_int) и рассеянные (E_s, H_s) поля. Результаты несложных вычислений говорят о том, что все эти поля можно воспроизвести при отсутствии падающего излучения (E_i, H_i), разместив у границ объекта электрические и магнитные диполи. Следовательно, диполи могут скомпенсировать E_int, H_int, E_s и H_s, и тогда наблюдатель в реальном эксперименте будет регистрировать только поля E_i, H_i, а цилиндр станет невидимым.

Согласно расчётам, для маскировки цилиндра радиусом a = 0,7λ, где λ — длина волны, должно хватить 24 электрических и 20 магнитных диполей, расположенных вокруг него. В микроволновом диапазоне роль таких диполей могли бы сыграть прямые и рамочные электрически малые (по размерам значительно уступающие длине волны) антенны.

Рассеяние плоской волны цилиндрическим объектом (иллюстрация авторов работы).

Моделируя действие устройства, физики разобрали двумерный и трёхмерный примеры. В первом из них маскируется круговой диэлектрический объект радиусом a = 0,7λ, вокруг которого на удалении в λ/20 располагаются диполи, а во втором — цилиндр того же радиуса, но выполненный из идеально проводящего материала и помещённый в плоскопараллельный волновод. В обоих случаях рабочая частота попадала в микроволновой диапазон и равнялась 2,5 ГГц. На рисунке ниже хорошо видно, что диполи эффективно подавляли рассеяние, скрывая объект от наблюдения.

Предложенный активный способ маскировки сравнительно прост и, в принципе, позволяет работать с разными поляризациями и длинами волн (или даже диапазонами длин). Есть у него и один очевидный недостаток: устройство требует предварительной настройки, то есть параметры поля падающего излучения необходимо знать заранее.

Моделирование работы маскирующего устройства в двумерном и трёхмерном случаях (иллюстрация авторов работы).

Подготовлено по материалам arXiv.