WWW.DOC.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные документы
 

«49 ИЗЛУЧЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕММЫ ЛОРЕНЦА ДЛЯ РАСЧЕТА ПОЛЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ В СРЕДАХ С ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ДИСПЕРСИЕЙ Д.Д. ...»

49

ИЗЛУЧЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕММЫ ЛОРЕНЦА ДЛЯ РАСЧЕТА ПОЛЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ

В СРЕДАХ С ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ДИСПЕРСИЕЙ

Д.Д. Бареев, В.Г. Гавриленко

Нижегородский госуниверситет

При решении многих задач электродинамики применяется лемма Лоренца. Для

монохроматических полей в прозрачной, негиротропной, неподвижной среде без

пространственной дисперсии она формулируется известным образом [1]:

( ) {[E1B 2 ] [E2B1 ]} n dS = c j1 E2 j2E1 j1 B 2 + j2 B1 dV, e e m m (1) S V где j1e, j1m, j2e, j2m – сторонние источники, создающие поля Е1, В1, Е2, В2. Для достаточно быстро спадающих на бесконечности полей, уравнение (1) переходит в теорему взаимности. Обобщение этой теоремы на случай гиротропной движущейся среды с пространственной дисперсией [2] состоит в том, что поля Е2, В2 вычисляются в среде, помещенной во внешнее магнитное поле противоположного направления, движущейся со скоростью –V, и представляются в виде набора плоских волн с волновыми векторами, противоположными волновым векторам спектральных составляющих полей Е1, В1.

Для обобщения леммы Лоренца на случай таких сред, электромагнитное поле необходимо рассматривать в виде квазимонохроматической и квазиплоской волны, как это делается при выводе обобщенной теоремы Пойнтинга [2].

Тогда с учетом ij(, k, B0, V) = ji(, –k, –B0, –V), произведя действия, аналогичные проделанным в [1], получаем следующий результат:



ij ( ) [E1B 2 ] [E 2 B1 ] + k E1 j E2i n dS = c j1 E 2 j2 E1 j1 B 2 + j2 B1 dV, (2) e e m m S V представляющий собой обобщенную лемму Лоренца в интегральной форме.

В статье [3] описан метод расчета полей излучения заданных источников в волновой зоне в безграничных средах с помощью леммы Лоренца, которая в данной работе формулируется в своей обыкновенной форме (1). Однако для сред с пространственной дисперсией для получения правильных результатов необходимо учитывать в поверхностном интеграле дополнительное слагаемое

–  –  –

[1] Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. – М.: Радио и связь, 1988.

[2] Агранович В.М., Гинзбург В.Л. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория экситонов. – М.: Наука, 1965.

[3] Кондратьев И.Г., Таланов В.И. //ЖТФ. 1964. С. 571.

Секция «Излучение и распространение радиоволн» 51 [4] Гавриленко В.Г., Зайцев С.И. //Изв. вузов. Радиофизика. 1984. Т. XXVII.

[5] Гавриленко В.Г. Докторская диссертация – Горький: ГГУ. 1987.

ОБ УЧЕТЕ ДИФРАКЦИИ ПРИ РАСЧЕТЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОВОЛН В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ

МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО

С.Ю. Белоногов, В.Г. Гавриленко, В.А. Яшнов Нижегородский госуниверситет В работе [1] продемонстрирована возможность численного моделирования распространения радиоволн в городских условиях методом Монте-Карло. При этом полученные результаты достаточно хорошо согласуются с аналитическими расчетами и экспериментальными данными [2]. Однако предложенный в [1] алгоритм расчета, основанный на корпускулярном представлении поля некогерентного источника, не позволяет в полной мере учесть влияние дифракции. В то же время в работе [2] показано, что учет дифракции волн на крышах зданий может заметно изменить зависимость принимаемой мощности от расстояния в случае, когда источник и приемник расположены вблизи поверхности земли.

В настоящем сообщении предлагается модифицированный алгоритм статистического моделирования, позволяющий рассчитать дифракцию волн на верхней границе препятствий на корпускулярном языке. В основе используемого подхода при расчете дифракции фотонов на крае препятствия лежит метод неопределенности Гейзенберга. Впервые этот метод был применен в работе [3] для расчета дифракционного расплывания лазерного пучка. Дальнейшее развитие указанный метод получил при решении задач дифракции оптического излучения на крае плоского экрана [4].

Если рассматривать электромагнитную волну как поток невзаимодействующих между собой фотонов, то на основе соотношения неопределенностей можно построить количественную теорию дифракции. Рассмотрим дифракцию фотона на прямолинейном крае непрозрачного экрана. Предположим, что фотон движется вдоль оси z и попадает в точку с координатами (x,0) в плоскости экрана (x,y). В результате дифракции происходит изменение направления движения фотона. При этом изменение проекции импульса фотона на ось связано с «прицельным расстоянием» x соотношением неопределенностей pxh/4. Новое направление движения фотона определяется углом, причем при малых углах дифракции tg=px/p/(2x). При статистическом моделировании дифракции падающую на препятствие радиоволну можно рассматривать как поток фотонов, а прицельное расстояние и угол дифракции считать случайными величинами.

Для плоской волны прицельное расстояние можно считать случайной величиной с равномерным распределением в некотором интервале, а tg – случайной величиной с нормальным распределением, дисперсия которого определяется выражением:

Труды XIII научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2009.

2 = 2x В качестве примера на рис. 1 приведено распределение интенсивности излучения вдоль экрана, расположенного на некотором расстоянии от непрозрачного препятствия. Сплошной линией на рисунке показано распределение, полученное аналитическим методом в приближении Кирхгофа, точками – результаты расчетов методом Монте-Карло. Видно, что как в освещенной области, так и в области тени результаты, полученные двумя методами, достаточно хорошо совпадают.

Рис.1 Рис. 2

Модификация предложенного в [1] алгоритма моделирования состоит в учете отклонения фотонов, пролетающих вблизи верхней границы хаотически расположенных препятствий, от первоначального направления на случайный угол, распределенный по тому же закону, что и при описанной выше дифракции на полуплоскости. Применяя этот алгоритм, можно рассчитать среднюю плотность энергии излучения в точке наблюдения вблизи горизонтальной плоскости, на которой хаотически расположены здания, при двух положениях источника: (1) – вблизи плоскости, (2) – вблизи верхней границы зданий, ниже ее. На рис. 2 приведена в логарифмическом масштабе зависимость нормированной на постоянное значение плотности принимаемой энергии от горизонтального расстояния между источником и приемником, нормированного на длину свободного пробега фотонов. Пунктирной линией обозначена экспоненциальная зависимость, которая получается без учета дифракции [1,2]. Видно, что на расстояниях больше 20 длин свободного пробега дифракция приводит к значительному увеличению принимаемой мощности. Причем зависимость ее от расстояния становится близкой к степенной.

[1] Белоногов С.Ю., Гавриленко В.Г.//Труды конференции РРВ 22. Т.3. С. 177.

Ростов-на-Дону.

[2] Пономарев Г.А., Куликов А.Н.. Тельпуховский Е.Д..// Распространение УКВ в городе. – Томск: МП «Раско», 1991, 223 с.

Секция «Излучение и распространение радиоволн» 53 [3] Carlin P.W. // Proc. IEEE. 1964. V. 52. P. 1371.

[4] Freniere E.R., Gregory G.G., Hassler R.A. // Proc. of SPIE. 1999. V. 3780. P. 151.

НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ХАРАКТЕРИСТИК 70-МЕТРОВОЙ ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ

В С-ДИАПАЗОНЕ Н.А. Дугин 1), А.В. Калинин2), Е.Е. Калинина1), М.Б. Нечаева1) 1) Научно-исследовательский радиофизический институт, 2) Нижегородский госуниверситет Исследования характеристик 70-метровой полноповоротной зеркальной параболической антенны П-2500 были выполнены как часть работ по её модернизации в соответствии с Федеральной космической программой на 2006-2015 гг. и подготовки антенны к использованию для управления космическим аппаратом «Спектр-Р»

наземно-космического радиоинтерферометра (проект «Радиоастрон»).

Измерения основных параметров антенны, оснащенной новым совмещенным облучателем С-диапазона, проводились радиоастрономическим методов на частотах 3410 МГц и 5750МГц. В качестве приемников использовались измерители параметров антенн модуляционные ПК7-18 и ПК7-20, оснащенные для повышения чувствительности дополнительными МШУ, а также системой регистрации и обработки с записью данных в компьютер. По сигналам наиболее мощных дискретных радиоисточников соответствующих угловых размеров была проведена серия измерений на разных углах места и азимутах антенны. Исследовались такие характеристики, как параметры главного лепестка диаграммы направленности (ДН) (положение максимума и ширина на уровне -3дБ), уровни первых боковых лепестков, эффективная площадь, шумовая температура.





Основные результаты проведенных измерений приведены в таблице:

–  –  –

Измерения эффективной площади антенны были выполнены в нескольких сеансах в разное время суток по шести радиоисточникам. Среднеквадратичные отклонения от приведенных в таблице средних значений не превысили 5%. В результатах не наблюдалась какая-либо закономерность изменения усиления антенны, а также ширины главного лепестка ДН, от угла места.

На рис. 1 показана зависимость положения главного максимума ДН в угломестной плоскости от угла места антенны, полученная в измерениях на обеих частотах по семи источникам. Результаты демонстрируют увеличение разъюстировки на низких углах места, а также несовпадение около 30 положений максимумов ДН на двух частотах.

На рис. 2 показан пример угломестного сечения ДН антенны на частоте 3,41 ГГц. Измерения показали, что уровни первых боковых лепестков ДН составляют на обеих частотах (–15) - (–17) дБ на высоких углах места антенны. На низких углах появляется перекос ДН и уровень одного из первых боковиков («верхнего») возрастает до (–12) - (–13) дБ.

Рис. 2 Рис. 1 Результаты проведенных измерений подтвердили готовность антенны П-2500 для работ по проекту «Спектр-Р», а также дали основу для дальнейшего совершенствования ее характеристик.

ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ВСПЛЕСКОВ СОЛНЕЧНОГО

РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ МЕТОДОМ РСДБ

М.Б. Нечаева, А.А. Антипенко, А.Ф. Дементьев, Н.А. Дугин, Ю.В. Тихомиров Научно-исследовательский радиофизический институт Одним из научных направлений, развиваемых в ФГНУ НИРФИ, является исследование микроволнового вспышечного радиоизлучения Солнца. Особый интерес представляет изучение спайков и спайкоподобных событий – короткоживущих Секция «Излучение и распространение радиоволн» 55 радиовсплесков с узкополосным спектром (6–12 МГц). Минимальные временные масштабы спайков составляют несколько миллисекунд, а ожидаемые пространственные масштабы области их генерации – доли угловой секунды [1–3]. Экстремальные характеристики этих явлений отражают физические условия во вспышечной плазме и, в частности, фрагментацию в пространстве и во времени как самого процесса энерговыделения, так и области распространения ускоренных частиц. Для разрешения вопросов о механизмах энерговыделения в солнечных вспышках необходима информация о физических параметрах плазмы во вспышечных областях и их пространственных и динамических характеристиках. Для этих целей предлагается использовать радиоинтерферометрические комплексы с независимым приемом, функционирующие по принципу радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) [4, 5].

В данной работе проанализированы возможности трехэлементного интерферометрического комплекса как элементарной ячейки более многоэлементных систем в задаче исследования спайков. Получены выражения, описывающие взаимнокорреляционную функцию и спектр мощности сигнала интерферометра при приеме излучения протяженного импульсного источника с заданным распределением радиояркости.

Показано, что анализ выходного сигнала интерферометра позволяет получить следующую информацию о наблюдаемых явлениях:

– угловые координаты фазового центра спайка определяются из измерений временной задержки, максимизирующей корреляционную функцию; по корреляционной огибающей выполняется разделение нескольких одновременно возникающих спайков;

– скорость перемещения спайка по диску Солнца определяется из измерений частоты максимума спектра мощности; исследование огибающей спектрального отклика позволяет разделить несколько спайков, двигающихся с различными скоростями;

– угловые размеры компактного источника можно определить из анализа функции видности сигнала.

Предложены способы получения более подробной пространственной конфигурации спайка в различных вариантах распределения радиояркости по источнику.

Проведено численное моделирование экспериментов по исследованию спайкоподобных событий РСДБ-комплексом. Рассчитаны ожидаемые значения отклика интерферометра на излучение источника с заданными параметрами. На основе анализа результатов сделаны предложения по выбору той или иной модели распределения радиояркости по спайку. Выполнены оценки пороговой чувствительности интерферометрических комплексов, которые предполагается задействовать в дальнейших экспериментах.

В последние годы в ФГНУ НИРФИ на основе радиотелескопов РТ-14 и РТ-15 в РАО «Старая Пустынь» и «Зимёнки» и центра корреляции создан радиоинтерферометрический комплекс, одной из задач которого является проведение исследований вспышечного микроволнового радиоизлучения Солнца [6]. Данный инструмент обладает высоким временным разрешением (до 64 мкс), пространственным разреТруды XIII научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2009 шением, достигающим 1.5", и позволяет изучать локализацию, пространственные размеры и динамику спайков, а также оценивать их яркостную температуру.

В период с 8 по 28 июля 2008 года на радиоинтерферометрах с базами от 70 м до 70 км были проведены натурные испытания приемной и регистрирующей аппаратуры для одновременных двухчастотных наблюдений Солнца (327 и 610 МГц).

Предварительная обработка экспериментальных данных показала наличие корреляционного сигнала от полного диска Солнца на интерферометрах с малыми базами (от 70 м до 130 м). Во время экспериментов солнечных вспышек зарегистрировано не было из-за слабой активности Солнца. Однако в процессе наблюдений на интерферометрах неоднократно отмечались импульсные сигналы (как одиночные, так и серии). Процесс обработки вспышечного излучения моделировался по этим сигналам, интерпретируемым как импульсные помехи.

Выполненный теоретический анализ и тестовые эксперименты показали возможность получения новой научной информации о быстрых вспышечных процессах на Солнце с помощью имеющихся радиоинтерферометров. В дальнейшем для получения более полной информации о спайкоподобных событиях (размерах, количестве одновременно возникающих источников в ограниченной области, расстоянии между ними и скорости их движения) предполагается расширение имеющихся радиоинтерферометров до многоэлементного комплекса, состоящего из крупных радиотелескопов (РТ-32, РТ-64, РТ-70).

Работа поддержана грантом РФФИ №09-02-01078а.

[1] Флейшман Г.Д., Мельников В.Ф. // УФН. 1998. Т.168. №12. С.1265.

[2] Benz A. O. // Solar Physics. 1985. V. 96. P. 357.

[3] Wang M., Xie R. X., Sych R. A., et all. // Solar Physics. 2004. V. 223. P. 201.

[4] Нечаева М.Б., Антипенко А.А., Дементьев А.Ф., Дугин Н.А., Снегирев С.Д, Тихомиров Ю.В. // Изв. вузов. Радиофизика. 2007. T.50, №7. C.577.

[5] Алексеев В.А., Дугин Н.А., Липатов Б.Н., Мельников В.Ф., Снегирев С.Д., Тихомиров Ю.В. // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т.40, №9, С. 1063.

[6] Абрамов В.И., Антипенко А.А., Дементьев А.Ф., Дугин Н.А., Нечаева М.Б., Снегирев С.Д., Тихомиров Ю.В., Формозов Б.С. Препринт №523. Нижний Новгород: ФГНУ НИРФИ, 2008. 28 с.

О ДОЛГОПЕРИОДНЫХ ПУЛЬСАЦИЯХ H-КОМПОНЕНТЫ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ ПЕРЕД СОЛНЕЧНЫМИ ПРОТОННЫМИ

ВСПЫШКАМИ А.С. Смирнова, С.Д. Снегирев, О.А. Шейнер Научно-исследовательский радиофизический институт Важной проблемой солнечно-земной физики является прогнозирование солнечной вспышечной активности, которая тесно связана с различными видами глобальных геомагнитных возмущений. Статистика таких прогнозов до сих пор остаСекция «Излучение и распространение радиоволн» 57 ется неудовлетворительной. В связи с этим актуальным становится поиск новых прогностических факторов и закономерностей, знание которых позволило бы улучшить прогнозирование солнечной вспышечной деятельности. Таким фактором может служить усиление долгопериодных пульсаций горизонтальной компоненты магнитного поля Земли перед мощными солнечными вспышками, обнаруженное в работах [1,2]. Причиной регистрации таких колебаний-предвестников является связь между колебательными процессами в солнечной атмосфере накануне вспышечных событий и в атмосфере Земли.

Используемый в предыдущих работах метод быстрого преобразования Фурье плохо подходит для исследования быстро меняющихся сигналов с широким набором частот, каковыми являются интересующие нас данные. Он, однако, не дает информации о том, присутствуют ли колебания в сигнале постоянно или появляются и исчезают со временем. Поэтому для анализа H-компоненты геомагнитного поля имеет смысл выбрать вейвлет-анализ, который в настоящее время является одним из наиболее мощных и при этом гибких средств исследования данных. Он совмещает в себе оконную технику с одновременным изменением ширины окна. Но главное его отличие от Фурье-анализа – выбранная для разложения сигнала функция. Она не бесконечна, как у Фурье разложения, а быстро стремится к нулю, причем ее среднее по времени значение должно равняться нулю.

Для исследования была выбрана протонная вспышка 23 марта 1991 г. Использовались данные 17 станций, расположенных в интервале 2340 по долготе и 390 по широте, взятые на сайте http://swdcwww.kugi.kyoto-u.ac.jp/caplot/index.html.

Предварительное исследование Перед тем, как начать исследование поведения H-компоненты геомагнитного поля накануне протонных вспышек, было проведено тестовое исследование для получения образцов вейвлет-спектров для различных станций при спокойных условиях на Солнце. Пульсации с периодами 30-60 минут наблюдаются в послеполуденные и вечерние часы. Их мощность составляет для среднеширотных станций 10nT)2, тогда как для авроральных станций она существенно выше – 1000nT)2.

Основное исследование Долгопериодные пульсации H-компоненты геомагнитного поля регистрируются на всех протестированных станциях за 2-3 дня до вспышки. Они представляют собой усиление амплитуды колебаний горизонтальной компоненты магнитного поля с периодами 30-60 минут. Для среднеширотных станций интенсивность предвспышечных колебаний повышается приблизительно в 10 раз по сравнению со спокойными периодами. Для высокоширотных станций это увеличение составляет 2-5 раз. На рис. 1 представлены результаты вейвлет-анализа H-компоненты геомагнитного поля за период времени 19-22 марта 1991 г. для среднеширотной станции (слева) и авроральной станции (справа).

Труды XIII научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2009 Рис. 1 На панели a) каждого рисунка изображен тестируемый временной ряд, на панели b) – результат проведенного вейвлет-анализа. Здесь по горизонтали отложено реальное время процесса, по вертикали – масштаб (период в минутах). Величина коэффициентов (интенсивность окраски) говорит о качестве совпадения (корреляции) формы оригинального вейвлета и сигнала при данном значении масштаба.

Черный контур показывает 95% уровень значимости, тем же цветом обозначен конус влияния, за его пределами картину искажают краевые эффекты. На панели с) представлен глобальный вейвлет-спектр, полученный путем усреднения коэффициентов по времени. Пунктиром обозначен 95% уровень значимости. По горизонтальной оси – мощность, по вертикали – период в минутах. На панели d) по горизонтальной оси – реальное время процесса, по вертикали – результат усреднения коэффициентов для периодов 30-60 минут. Пунктиром обозначен 95% уровень значимости.

Существуют особенности поведения спектральных компонент для станций различной широты и долготы. На станциях одной широты предвспышечные колебания идентичны и возникают одновременно. Коэффициент корреляции спектральных плотностей (усредненных по периодам 30-60 минут) для таких станций высок, что свидетельствует о достоверности наблюдаемого эффекта. При движении от станций полярных широт к низкоширотным станциям, происходит уменьшение амплитуды долгопериодных колебаний приблизительно в 60 раз.

Результаты работы могут быть использованы для развития методик краткосрочного прогнозирования и диагностики геоэффективных солнечных явлений.

[1] Быстров М.В., Кобрин М.М., Снегирев С.Д. //Геомагнетизм и аэрономия. 1979.

№2. С.306.

[2] Malygin V.I., Snegirev S.D. //Planet Space. Sci. 1985. V. 33, № 11. P.1251.

Секция «Излучение и распространение радиоволн» 59

ПРОЯВЛЕНИЕ МАГНИТОГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН,

ВЫЗВАННЫХ АВРОРАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ,

В ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЯХ

О.М. Бархатова Научно-исследовательский радиофизический институт Известно, что вследствие суббуревой активности, в земной высокоширотной атмосфере возникают акустико-гравитационные возмущения разных пространственных масштабов, проявляющиеся в перемещающихся ионосферных возмущениях (ПИВ). С другой стороны, в ионосфере могут иметь место медленные магнитогидродинамические (МГД) возмущения, которые в стратифицированной по плотности среде могут вовлекать в волновое движение не только ионизованную среду, но и нейтральную компоненту. В результате образуются так называемые магнитогравитационные (МГВ) волны, скорость которых оказывается выше скорости акустикогравитационных волн, но ниже, чем скорость МГД волн. Существование МГВ, обусловленных активностью восточного и западного электроджетов ведет к тому, что суббуревая активность может быть замечена в ПИВ раньше, чем это является общепринятым. Для обнаружения такой особенности МГВ были использованы экспериментальные данные по распространению радиоволн декаметрового диапазона на среднеширотных и субавроральных трассах наклонного зондирования ионосферы Инскип – Ростов-на-Дону, Кипр – Ростов-на-Дону, Иркутск – Ростов-наДону и Норильск – Ростов-на-Дону в декабре 2006 г. и марте 2007 г. в условиях слабой геомагнитной возмущенности. Исследование максимально наблюдаемой частоты (МНЧ) проведено для дневных интервалов по местному времени. Это позволяет исключить ПИВ, связанные с прохождением терминатора, и изучить проявление только суббуревой активности.

Выполнен анализ линейных корреляций МНЧ для каждой из трасс наклонного зондирования со значениями индекса AE, характеризующего возмущенность авроральных электроджетов для разных временных сдвигов МНЧ относительно индекса. В результате были установлены временные сдвиги между индексом AE и МНЧ для рассматриваемых трасс, при которых отмечается высокая корреляция. Эти временные сдвиги отвечают временам, необходимым для переноса гравитационных возмущений из авроральной области до точек отражения радиоволн. Среди полученных значений временных сдвигов отмечаются случаи (5-10 мин), отвечающие повышенной скорости распространения возмущений по сравнению с обычными скоростями АГВ для изучаемых трасс. Такие случаи могут быть связаны с переносом МГВ. Изучение динамических спектров возмущений в индексе AE в регистрируемых МНЧ и в горизонтальной составляющей геомагнитного поля для случаев их повышенной корреляции показывает согласованность особенностей спектров. Это может быть следствием взаимодействия АГВ с геомагнитным полем с образованием МГВ. Выполненное в работе численное моделирование процесса переноса МГД возмущений демонстрирует возможность их генерации нестабильностью электроджетов и их влияния на ПИВ, наблюдаемые на трассах наклонного радиозондироТруды XIII научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2009 вания. Таким образом, проведенное исследование продемонстрировало проявление авроральной активности в перемещающихся ионосферных возмущениях, обусловленных существованием магнитогравитационных волн.

Работа поддержана грантами РФФИ 08-05-12051 и 09-05-00495.

–  –  –

[1] Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. –М.: Наука,

1967. С.307.

Труды XIII научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2009 [2] Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред.

–М.:

Наука, 1980. С.124.

ОСОБЕННОСТИ ДИФРАКЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ

НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ ИЗ МЕТАМАТЕРИАЛА

Н.А. Матюков, В.А. Яшнов Нижегородский госуниверситет В последнее время возрос интерес к исследованиям в области электродинамики сред с отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей [1]. Впервые свойства таких сред были исследованы в работе В. Веселаго [2], где было показано наличие отрицательного лучепреломления на границе среды и существование в ней обратной волны, у которой векторы фазовой и групповой скоростей направлены в противоположные стороны. В [1] было указано, что такая среда должна обязательно обладать частотной дисперсией. В 2000 г. была опубликована первая работа, в которой сообщалось о создании искусственной среды с отрицательным показателем преломления, названной метаметериалом [3].

В работе рассмотрена дифракция плоской электромагнитной волны на бесконечном цилиндре из метаматериала с отрицательными эффективными значениями проницаемостей ( ( ), µ ( ) 0). Проанализированы структура и особенности распространения электромагнитного поля внутри такого цилиндра. Проведено сравнение с классической задачей о дифракции плоской электромагнитной волны на диэлектрическом цилиндре.

Решение задачи дифракции плоской волны на цилиндре сводится к решению уравнения Гельмгольца для области вне цилиндра и внутри него [4].

Используя метод разделения переменных нетрудно записать выражения для полей во внешней области цилиндра ( 1, µ1 = 1) :

(1) u = u 0 + Am H m2 ) ( kr ) cos( m ) (

–  –  –

m–го порядка от аргумента kr, k = /с – волновое число в вакууме. Подставляя (1) и (2) в граничные условия, найдем коэффициенты Am и Bm.

С учетом знаков диэлектрической и магнитной проницаемостей и свойств функций Бесселя ( J m ( x ) = ( 1) m J m ( x ) ), получим выражения для коэффициентов поля E-поляризации:

Секция «Излучение и распространение радиоволн» 63

–  –  –

Здесь a – радиус цилиндра и штрих означает производную функции Бесселя по аргументу. Аналогично получаются значения коэффициентов для H-поляризации.

Результаты расчетов структуры электрического поля в присутствии цилиндра из метаматериала представлены на рис. 1 (a = 1.5, 2 = –10). Предполагалось, что плоская электромагнитная волна Е-поляризации падает справа на круглый бесконечно длинный цилиндр. Направление волнового вектора падающей волны показано на рисунке. На рис. 2 для сравнения показана дифракционная картина, наблюдаемая в присутствии диэлектрического цилиндра тех же размеров (2 = 10).

Рис. 1 Рис. 2

Наблюдается качественное различие распределение поля внутри цилиндров из метаматериала и диэлектрика. В первом случае видна ярко выраженная фокусировка поля внутри цилиндра. Следует отметить и отличие в структуре полей в области за цилиндрами. Анализ «мгновенных снимков» полей подтверждает вывод о противоположных направлениях фазовой и групповой скоростей внутри цилиндра из материала с отрицательной рефракцией.

С помощью пакета программ HFSS проведено численное моделирование дифракции плоской волны на аналогичных цилиндрах конечной длины, расположенных внутри плоского волновода с идеально проводящими стенками.

[1] Sihvola A. //Metamaterials. 2007. №1. P.2.

[2] Веселаго В. Г. //УФН. 1967. Т.92, №3. С.517.

[3] Shelby R.A., Smith D.R., Schultz S. //Science. 2001. V.292. P.77.

[4] Ваганов Р.Б., Канценеленбаум Б.Э. Основы теории дифракции. –М.: Наука,



Похожие работы:

«Региональное развитие № 1(5) http://regrazvitie.ru "Региональное развитие: электронный научно-практический журнал" Е-ISSN 2410-1672 http://regrazvitie.ru Выпуск № 1(5), 2015 http://regrazvitie.ru/2015/03/ URL статьи: http://regrazvitie.ru/sravnitelnyj-analiz-naloga-na...»

«Аддиктивное поведение в подростковом и юношеском возрасте В. Шабалина Глава I Аддиктивное поведение как специфический тип девиантного поведения Девиантным называют поведение, отклоняющееся от действующих социальных нор...»

«1. Основные понятия об управлении и системах управления 1.1. Понятия об управлении и системах управления. Составляющие процесса управления Под управлением будем понимать совокупность мероприятий по органи...»

«Образовательная область "Познавательное развитие" Актуальность Познание – воспроизведение в сознании (индивидуальном и коллективном) характеристик объективной реальности. Познавательное развитие одно из важных направлений в работе с детьми...»

«УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ОАО "АльфаСтрахование" _ /В.Ю. Скворцов/ 30 января 2015 года ПРАВИЛА СТРАХОВАНИЯ ПЛАСТИКОВЫХ КАРТОЧЕК СОДЕРЖАНИЕ 1. Общие положения 2.Субъекты страхования 3. Объект ст...»

«Раздел II. Дополнительная информация для оценки эффективности деятельности органов местного самоуправления Одинцовского муниципального района Московской области Доклад Главы Одинцовского муниципального района Московской области о достигнутых значениях показателей для оценки эффективности деятельности органов местного с...»

«УДК 316.4 Вестник СПбГУ. Сер. 12. 2014. Вып. 3 Е. А. Воронова, Х. Кара ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ БЛАГОТВОРИТЕЛЬНЫХ ФОНДОВ РОССИИ И ТУРЦИИ В ПРОЦЕССЕ СТАНОВЛЕНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ОБЩЕСТВ Санкт-Петербургский государственный...»

«Общество с ограниченной ответственностью "ЦЕНТР ГИДРОЦИЛИНДРОВ" Гидроцилиндры – разработка, поставка. Гидро-, пневмокомплектующие. 140070, п. Томилино, Люберецкий р-н, Московская обл., Ул....»

«131 2000.02.068. ХЕРМАНН Х.П. ОСНОВЫ РЕФОРМИРОВАНИЯ ОР-ГАНИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ХОЗЯЙСТВА. HERMANN H.P. Grundlagen des Wandels der Ordnung der Elektrizitts wirtschaft // Recht und Vernunft / Bearb. Von Hermann H.P. — Dortmund: VWEW. — 1998. — P....»

«Приволжский научный вестник Ю.В. Грицков д. филос. н., профессор кафедры социологии, ФГАОУ ВПО "Сибирский федеральный университет" В.Н. Задорожный д. экон. н., профессор кафедры рекламы, НОУ ВПО "Гуманитарный университет" СОЦИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ТУРИСТСКИХ КОММУНИКАЦИЯХ Аннотация....»








 
2017 www.doc.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.