Лабораторный практикум содержит материалы, необходимые для выполнения восьми лабораторных работ по основным разделам курса “Электродинамика и распространение радиоволн”. Пакет прикладных программ, сопровождающих практикум, способствует более глубокому и эффективному усвоению предварительных теор. исследований. Продолжительность выполнения одной работы – 4 часа. Продолжительность домашней подготовки с использованием ПЭВМ – 2 часа.

Приведены результаты теор. исследования распространения и рассеяния светового излучения в средах, содержащих совокупность центров рассеяния (микросфер, взвешенных в жидкой среде). Анализ выполнен с использованием когерентного приближения, некогерентного приближения и применения метода моделирования по методу Монте-Карло. Показано, что некогерентное приближение дает достаточно точные результаты, если отношение объемов фракций рассеивающей среды не превосходит 0,2. В противном случае некогерентное приближение дает заниженные результаты по отношению к результатам, полученным с помощью когерентного приближения и эксперим. данным. Эти же выводы справедливы и в случае использования микросфер из поглощающего материала при условии, что величина коэф. поглощения не слишком высока. Определены границы применимости некогерентного приближения. Библ. 25.

Рассеяние и поглощение электромагнитных волн дождевыми каплями с учетом поляризации и частоты сигнала неоднократно подвергалось эксперим. исследованиям. В статье предлагается эмпирическая формула, выведенная на основе многочисленных результатов измерения и дающая возможность прогнозирования ослабления сигналов в диапазоне частот от 0,6 до 100 ГГц при изменении радиуса капли в пределах от 0,25 до 3,5 мм. Формула выведена на основе объемного интегрального уравнения с последующим численным согласованием с эксперим. кривыми при использовании метода наименьших квадратов. Исследования показали, что ошибка оценки ослабления с помощью формулы не превышает 8%.

С помощью асимптотических методов в явной форме получена аппроксимация функции Грина для двумерного пространства трубки, образованного линейно-квадратичным показателем преломления. Эта функция значительно облегчает использование метода граничных интегральных уравнений для описания рассеяния под скользящим углом от шероховатых поверхностей в указанных трубах. Показано, что данный метод способен весьма точно моделировать совместное воздействие шероховатости поверхности и неоднородности среды, кроме того, он может точно предсказать рассеяние во всех направлениях, включая обратное рассеяние.

Изложены результаты теор. исследований распространения высокоинтенсивных лазерных пучков на приземных и высотных атмосферных трассах и потенциальных возможностей дистанционного измерения характеристик пучков. Выполнен обзор алгоритмов решения задач самовоздействия лазерного излучения, опирающихся на метод статистичесаких испытаний, уравнения для статистических моментов комплексной амплитуды поля и уравнение переноса излучения. Проведен анализ параметров частично когерентного излучения на характерных атмосферных трассах. Даны рекомендации по оптимизации фокусировки и мощности излучения. Изложены теор. основы новых методов диагностики пространственно-энергетических и фазовых характеристик лазерных пучков. Представлены результаты численных и лабораторных экспериментов по восстановлению распределений интенсивности и фазы. Библ. 92.

Приведены результаты экспериментальных исследований статистических характеристик скорости ветра и спектральных портретов мешающих отражений от снеговых облаков, которые можно использовать при разработке более совершенных, по сравнению с существующими, устройств компенсации мешающих отражений от объемно-распределенных отражателей; показано, что в основе создания этих устройств лежит использование спектральных портретов мешающих отражений, позволяющих оценить доплеровскую частоту, а также динамично изменяющиеся во времени форму и ширину спектра мешающих отражений.

Предлагается новый алгоритм формулирования задачи определения двумерного эл-магн. рассеяния, основанный на применении модифицированного метода конечного элемента, основанного на вложенном многосетчатом векторе и скалярном потенциале. Применение вложенного вектора дает возможность использования итеративного решения. Записаны уравнения векторного и скалярного потенциалов поля рассеяния, а также форму аппроксимации электродинамических границ для трехуровневого многосетчатого векторного разбиения поверхности двумерного рассеивателя. Дан пример расчета диаграммы рассеяния для бесконечного цилиндра на частоте 1,5 ГГц.

Дан обзор исследований, проведенных с целью определения параметров ослабления и рассеяние радиоволн в сантиметровом и миллиметровом диапазонах гидрометеорами (дождь, снег). Исследования проводились применительно к задачам оценки ложных отражений при снегопаде и дожде, а также определения параметров многослойного снежного покрова и оценки влияния обледенений и налипания снега на характеристики антенных систем. В ряде работ исследуются обобщенные поляризационные характеристики отражений и зависимости яркостной температуры от вида снежного покрова для пассивных радиометров. Даются рекомендации по выбору параметров, обеспечивающему минимальное поглощение сигналов гидрометеорами, и по конструированию антенн, устойчивых к атмосферным условиям. Библ. 84.

Распространение эл.-магн. импульсов, излучаемых наземным радиолокатором вдоль нерегулярной земной поверхности играет значительную роль при мобильной связи, оценке дальности и направления на цель. При решении задачи для монохроматической волны используется обычно метод параболического уравнения. Во временной области задача решается с помощью синтеза Фурье с выделением узкополосных квазимонохроматических сигналов и ультраширокополосных всплесков, не содержащих несущей частоты. В данной статье рассматривается промежуточное полуаналитическое решение, значительно снижающее вычислительные затраты. При этом используется параболическое уравнение Леонтовича-Фока, описывающее медленное изменение амплитуды гармонических пара-аксиальных волн. Даны численные примеры решения задачи для глобального волнового поля, генерируемого монохроматическим гауссовым источником.

Развит новый подход к получению некогерентных изображений дифракционного качества при наблюдении объектов через искажающую оптическую среду. В частности, предложен метод достижения дифракционного предела по разрешающей способности, в т. ч. при наблюдении объектов через турбулентную атмосферу, с помощью относительно недорогих аберрационных оптических систем (включая системы с составными апертурами) без использования вспомогательных адаптивных устройств. Показано, что при наблюдении удаленного объекта можно восстановить аппаратную функцию системы атмосфера+телескоп, используя распределение интенсивности излучения во вспомогательной плоскости, и с ее помощью получить дифракционно-ограниченное изображение наблюдаемого объекта. Путем численного моделирования продемонстрировано применение предложенного метода для распознавания различных объектов при наблюдении их через турбулентную атмосферу.

Рассмотрена реакция материальных объектов на высокоэнергетическое импульсное воздействие СВЧ излучения, которая выражается в перераспределении электронов связанных уровней по более высоким энергетическим уровням. Такое воздействие за счет нелинейных эффектов теоретически может привести к необратимым изменениям и деформации, связанных с разрушением структуры материала объекта. Проведенный теоретический анализ был подтвержден экспериментами по облучению шарообразных объектов диаметром 0,06 м из подложки SiO[2]*2PbO[2] с напылением оксидных слоев толщиной, соответствующей скин-слою. Объекты располагались в фокусе излучателя пачек импульсов частотой 9,5±0,7 ГГц. При значениях мощности в импульсе, длительности и числа импульсов в пачке, соответствующих расчетным, происходил взрыв материального объекта. Библ. 7.

Исследовано пространственно-временное поведение напряженности эл. поля, создаваемого “молниевым” разрядом в атмосфере; разработана методика измерения напряженности эл. поля непосредственно в области разрядных явлений в длинных воздушных промежутках в открытой атмосфере, основанная на волоконно-оптических датчиках; предложены методы определения параметров молниевого разряда из измерений статистических характеристик его эл-магн. излучения; введены новые колич. характеристики для анализа эксперим. данных измерений эл-магн. поля молнии. Библ. 49.

Представлены результаты экспериментальных исследований характеристик излучения при испытаниях мощного излучения непрерывного CO[2]-лазера на приземных атмосферных трассах. Полученные результаты проанализированы с учетом тепловой дефокусировки, фазовых искажений излучения на выходе лазера и в системе формирования, дифракции и регулярной расходимости. Анализируется влияние участка “ввода” на расходимость излучения и некоторые методы уменьшения этого влияния.

Рассматриваются параметры Стокса, характеризующие состояние поляризации принимаемого излучения. Анализируются основные причины появления не нулевых 3-го и 4-го параметров Стокса рассеянного СВЧ излучения в дожде. К ним относятся: несферичность формы капель, наличие предпочтительного направления ориентации осей симметрии и эффекты объемного многократного рассеяния радиоволн каплями дождя. На основе приближенного решения задачи переноса СВЧ излучения Солнца в явном виде получены зависимости всех параметров Стокса от частоты излучения, интенсивности и толщины слоя дождя, углов ориентации капель и угла визирования источника.

Лаборатория имени Резерфорда в Аппельтоне, Англия, провела исследования распределения длительности замираний радиоволн миллиметрового диапазона, вызванных дождем, в соответствии с требованиями и методикой, рекомендованными стандартом Международного союза связи Р.530. Мониторинг затухания волн проводился на линии радиосвязи с дальностью 9 км, работающей на частоте 38 ГГц и расположенной в Южной Англии. Измерения производились в Интервале интенсивности дождя от 5 до 50 мм/час и длительности не менее 30 секунд. На основе измерений построена логарифмически нормальная модель распределения длительности, дающая возможность прогнозирования перерывов связи в зависимости от временных и пространственных вариаций интенсивности дождей.

Радиоканалы местной цифровой связи, работающие в диапазоне частот 6 ГГц на дальностях до 150 км, т. е. в пределах прямой видимости, подвержены воздействию многолучевого распространения из-за атмосферной рефракции, образующей волноводы с нелинейным коэф. рефракции. Модель такой системы основана на суперпозиции прямого и вторичного сигналов, характеризующихся фазовыми сдвигами. Прямое многолучевое распространение включает в себя составляющие, определяемые отражениями от земной поверхности и ее неровностями. Библ. 20.