4.9 第1種および第2種ダイアディック・グリーン関数

第1種電界型ダイアディック・グリーン関数(完全導体)

 積分領域$V$を,面$S_d$と面$S_\infty$に囲まれた領域にとり,面$S_\infty$を無限遠とすると,面積分の項は,面$S_\infty$上の積分が放射条件によりゼロとなり, 面$S_d$のみとなる.さらに,面$S_d$で次のような境界条件を満たすグリーン関数を第1種電界型グリーン関数(electric dyadic Green function of the first kind)といい,$\DYA{G}_{e1}$とおくと, \begin{gather} \VEC{n} \times \DYA{G}_{e1} (\VEC{r},\VEC{r}') =0 \ \ \ \ \ (\mbox{on} \ \ S_d) \end{gather} これより, \begin{eqnarray} \VEC{E}(\VEC{r}') &=& - j\omega \mu \int _V \VEC{J}(\VEC{r}) \cdot \DYA{G}_{e1} (\VEC{r},\VEC{r}') dV \nonumber \\ &&- \oint _{S_d} \big( \VEC{n} \times \VEC{E}(\VEC{r}) \big) \cdot \big( \nabla \times \DYA{G}_{e1} (\VEC{r},\VEC{r}') \big) dS \end{eqnarray} いま,面$S_d$が完全導体の場合,電界の境界条件 $\VEC{n} \times \VEC{E} (\VEC{r}) =0$ (on $S_d$) より,面$S_d$上の面積分は完全にゼロとなり,電界$\VEC{E}$は次のようになる. \begin{gather} \VEC{E}(\VEC{r}') = - j\omega \mu \int _V \VEC{J}(\VEC{r}) \cdot \DYA{G}_{e1} (\VEC{r},\VEC{r}') dV \end{gather} グリーン関数の対称性などを用いれば,次式が得られる(導出省略). \begin{gather} \VEC{E}(\VEC{r}) = - j\omega \mu \int _V \DYA{G}_{e1} (\VEC{r},\VEC{r}') \cdot \VEC{J}(\VEC{r}') dV' \end{gather}
完全導体による散乱問題 (case A)

第1種電界型ダイアディック・グリーン関数(開口面)

 また,別の問題として,領域$V$には電流源がなく,$S_d$内部に電流源があり,面$S_d$の一部に開口$S_A$がある場合,体積積分の項がゼロとなり, \begin{gather} \VEC{E}(\VEC{r}') =- \int _{S_A} \big( \VEC{n} \times \VEC{E}(\VEC{r}) \big) \cdot \big( \nabla \times \DYA{G}_{e1} (\VEC{r},\VEC{r}') \big) dS \end{gather} 波源は円筒内部にあり,開口$S_A$上の電界 $\VEC{E}(\VEC{r})$より, 磁気的な等価電流$\VEC{E}(\VEC{r}) \times \VEC{n}$を考えればよい.
完全導体表面の開口面からの放射 (case B)

第2種電界型ダイアディック・グリーン関数

 面$S_d$で次のような境界条件を満たすグリーン関数は第2種グリーン関数(electric dyadic Green function of the second kind)といい,$\DYA{G}_{e2}$とおくと, \begin{gather} \VEC{n} \times \nabla \times \DYA{G}_{e2} (\VEC{r},\VEC{r}') =0 \ \ \ \ \ (\mbox{on} \ \ S_d) \label{eq:ge2sd} \end{gather} これより, \begin{eqnarray} \VEC{H}(\VEC{r}') &=& \int _V \VEC{J}(\VEC{r}) \cdot \nabla \times \DYA{G}_{e2} (\VEC{r},\VEC{r}') dV \nonumber \\ &&- j\omega \epsilon \oint _{S_d} \big( \VEC{n} \times \VEC{E}(\VEC{r}) \big) \cdot \DYA{G}_{e2} (\VEC{r},\VEC{r}') dS \label{eq:gehs} \end{eqnarray} いま,面$S_d$が完全導体の場合,電界の境界条件 $\VEC{n} \times \VEC{E} (\VEC{r}) =0$ (on $S_d$) より,面$S_d$上の面積分は完全にゼロとなり,磁界$\VEC{H}$は次のようになる. \begin{gather} \VEC{H}(\VEC{r}') = \int _V \VEC{J}(\VEC{r}) \cdot \nabla \times \DYA{G}_{e2} (\VEC{r},\VEC{r}') dV \end{gather} また,別の問題として,領域$V$には電流源がなく,$S_d$内部に電流源があり,面$S_d$の一部に開口$S_A$がある場合,体積積分の項がゼロとなり, \begin{gather} \VEC{H}(\VEC{r}') = - j\omega \epsilon \oint _{S_A} \big( \VEC{n} \times \VEC{E}(\VEC{r}) \big) \cdot \DYA{G}_{e2} (\VEC{r},\VEC{r}') dS \end{gather}

第1種および第2種磁界型ダイアディック・グリーン関数

 第1種グリーン関数の境界条件を,磁界に対するダイアディック・グリーン関数に適用したものを$\DYA{G}_{m1}$とすると, \begin{gather} \VEC{n} \times \DYA{G}_{m1} (\VEC{r},\VEC{r}') =0 \ \ \ \ \ (\mbox{on} \ \ S_d) \end{gather} 電界および磁界に対するダイアディック・グリーン関数$\DYA{G}_{e}$,$\DYA{G}_{m}$との関係式 $\nabla \times \DYA{G}_{e} = \DYA{G}_{m}$ より,上式に対応するのは, \begin{gather} \VEC{n} \times \big( \nabla \times \DYA{G}_{e2} (\VEC{r},\VEC{r}') \big) =0 \ \ \ \ \ (\mbox{on} \ \ S_d) \nonumber \end{gather} これを,ダイアディック Neumann 境界条件という. よって, \begin{gather} \nabla \times \DYA{G}_{e2} = \DYA{G}_{m1} \label{eq:ge2gm1} \end{gather} また,第2種グリーン関数の境界条件を,磁界に対するダイアディック・グリーン関数に適用したものを$\DYA{G}_{m2}$とすると, \begin{gather} \VEC{n} \times \nabla \times \DYA{G}_{m2} (\VEC{r},\VEC{r}') =0 \ \ \ \ \ (\mbox{on} \ \ S_d) \end{gather} 電界および磁界に対するダイアディック・グリーン関数$\DYA{G}_{e}$,$\DYA{G}_{m}$との関係式 $\nabla \times \DYA{G}_{m} = \DYA{I} \delta (\VEC{r} -\VEC{r}') + k^2 \DYA{G}_{e}$ より, \begin{gather} \nabla \times \DYA{G}_{m2} = \DYA{I} \delta (\VEC{r} -\VEC{r}') + k^2 \DYA{G}_{e1} \label{eq:gm2ge1} \end{gather} ただし, \begin{gather} \nabla \cdot \DYA{G}_{m2} = 0 \end{gather}