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}
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.
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}