ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ ПРИ ОБРАТНОМ РАССЕЯНИИИ ВОЛН НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЯХ АТМОСФЕРЫ

February 18, 2013 by admin Комментировать »

Петров В. А., Шейко С. А., Анохин В. И. Харьковский национальный университет радиоэлектроники проспект Ленина,14, Харьков, 61166, Украина Тел.: (057) 7021587; e-mail: res@kture.kharkov.ua

Аннотация – Рассматривается отношение составляющих поперечной и основной поляризаций поля, рассеянного на флуктуациях диэлектрической проницаемости в атмосфере. Показано, что это отношение в фиксированный момент времени зависит только от направления рассеяния и не зависит от структуры среды в рассеивающем объеме. При измерениях в системах дистанционного зондирования несовпадение в пространстве диаграмм направленности приемной и передающей антенн приводит к значениям около -20 дБ указанного отношения.

I.                                       Введение

в исследованиях атмосферы важную роль играют измерения поляризационных характеристик рассеянных или отраженных сигналов [1]. Как правило, деполяризация связывается с присутствием гидрометеоров или инородных тел. Деполяризация наблюдалась и при отражениях от «ясного неба» [2]. Причины деполяризации не вполне ясны.

В данной работе исследуется отношение составляющих поля основной Es|| и поперечной Esi поляризаций при рассеянии при рассеянии на флуктуациях диэлектрической проницаемости.

II.                              Основная часть

в работе [3] получены выражения для комплексных амплитуд составляющих электрического вектора рассеянного поля Еу, Ez для случая, когда вектор Еоосновной волны направлен параллельно оси у, а волновой вектор ко – вдоль оси х прямоугольной системы координат X, у, ζ:

г

свертка спектров флуктуаций диэлектрической проницаемости ε(χ,γ,ζ) и «функции объема» V (х,

у, Z); K=ko-ks; Ку и – координаты вектора К в

пространстве волновых векторов; R – радиус- вектор точки наблюдения с началом внутри области V (х, у, Z); ko=|Kol=|ksl. kg- волновой вектор рассеянной волны.

При обратном рассеянии, когда угол Θ между векторами kg и ks близок к π, составляющей поля Εχ можно пренебречь.

Из (1) и (2) следует, что соотношение

зависит только от направления рассеяния.

Этот вывод следует также из выражения для рассеянного поля, полученного ранее в работе [4] и содержащего произведение [п[Еоп]], где n=ks/|ks|. После представления векторов в выбранной системе координат это произведение приводит к выражению (3). В сферической системе координат с полярной осью, совпадающей с осью х, выражение (3) преобразуется к форме

где φ отсчитывается от направления вектора Во, а Θ – как и ранее, угол рассеяния. Вид функции ς(θ,φ) приведен на рис.1.

20-180

Рис. 1. Вид функции ς(θ,φ).

Fig. 1. Shape of the function ς(θ,φ)

В системах дистанционного зондирования атмосферы возможны рассогласование в пространстве диаграмм направленности приемной и передающей антенн и разнос антенн в плоскости наблюдения. В этом случае ς(θ,φ) становится сложной функцией

«углов рассогласования» как по Θ , так и по φ .

Влияние рассогласования на отношение Esi/Esn исследовалось путем математического моделирования выборочной функции e(x,y,z)V (х, у, ζ) и расчетов Esi и Esii по формулам (1) и (2). Такой путь решения задачи позволяет по найденному комплексному полю в дальней зоне реконструировать пространственную структуру источников вторичного излучения для основной и поперечной поляризации. Результаты таких расчетов приведены на рис.2.

Рис. 2. Распределение амплитуд вторичных источников для составляющих £s|| (а) и EsJ6).

Fig. 2. The structure of equivalent secondary radiation sources of the fields Esj, (a) and £sii (6)

Распределение амплитуд вторичных источников для составляющих Esi и Бец в плоскости yz различно. Пространственная селекция источников приемной антенной существенно изменяет соотношение измеряемых |Esi| и |Esn|, причем их отношение зависит от относительного угла рассогласования α/γ. Здесь а – угол между осями идентичных диаграмм направленности, γ – ширина диаграмм направленности на уровне половинной мощности.

Зависимость Esi/Esn от α/γ приведена на рис.З для различных значений φ .

Рис. 3. Зависимость £зУ£зц от α/γ для φ =0 (пунктирная) и для φ =45° (сплошная линия).

Fig. 3. The dependence of Esi/Esn from the α/γ for φ =0 (dotted) and φ =45° (firm line)

III. Заключение

Отношение ς(θ,φ)=Ε3ΐ(θ,φ)/Εβιιίθ,φ) зависит только от направления рассеяния и не зависит от распределения e(x,y,z) в рассеивающем объеме V (X, У, Z).

В системах дистанционного зондирования измеряемое отношение может достигать значений около -20 дБ при рассогласовании направлений осей диаграмм направленности или разнесении антенн в плоскости наблюдения.

IV.                          Список литературы

[1 ] Kashcheyev В. and others. Some results of the atmospheric wind profiler of Kharkov University of Radioeiectronics. Me- teorol. Zeintschrift, N. F.7, 1998. pp.332-335.

[2]  Черников A. A., ШупяцкиО A. Б. Исследование поляризационных характеристик эхо-сигналов от «ясного» неба. Труды третьего всесоюзного совещания по радиометеорологии. М.: Гидрометеоиздат, 1968. с.141-147.

[3]  Петров В. А. Векторное поле радиоволн, рассеянных в тропосфере на флуктуациях диэлектрической проницаемости. Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-тех. сб.

2006, ВЫП.145, с.126-129.

[4]  Татарский В. И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: «Наука», 1967. 548 с.

DEPOLARIZATION BY BACKSCATTERING OF RADIO WAVES AT THE ATMOSPHERE INHOMOGENEITIES

Petrov V. A., Sheyko S. A., Anohin V. I.

Kharkiv State University of Radioeiectronics 14, Lenina Avenue, Kharkiv, 61166, Ukraine Ph.: (057) 7021587 e-mail: res@kture.kharkov.ua

I.                                         Introduction

Wave depolarization by the atmosphere radio profiling has been noticed by several authors [1, 2]. Depolarization ground is not quite clear. Rrelation of main and cross polarization field constituents in case of scattering at dielectric permittivity fluctuations is examined in this paper.

II.                                        Main Part

Complex amplitudes of electric field vector constituents Ey

and Ez were received in [3] for the case of parallelism of incident wave vector Eoand the у axis and direction of the wave vector ко along the x axis in the Cartesian coordinates.

Since the backscattering is examined (θ=π), the Εχ constituent can be neglected. Thedepends          on           scatter

ing direction only, as it follows from [jj.

In spherical coordinates with the polar axis coinciding with x axis expression (3) becomes (4). Here Θ is the scattering angle, φ is the angle between Eq and the vector ks projection to the yz plane. The shape of function q (θ,φ) is given in the fig.1.

Vertical radar sounding systems have incongruous directional diagrams. It increases the value of |q| significance.

During mathematical modeling and calculations for the given sample function ε(χ, у, ζ) the far-field was calculated. The structure of equivalent secondary radiation sources is shown in the fig.2.

The source distributions are different for Esi and Es|| consequents. Sources space selection by receiving antenna changes the value of |q| appreciably.

Dependence of |q| and relative mismatch angle α/γ, where γ is the width of antenna directional diagram at the 0,5 power level, is shown in Fig.3.

III.                                       Conclusion

Relation q=Esi(0,9)/Es||(0,9) depends on the scattering direction only, and doesn’t depend of distribution ε(χ, у, ζ) in the scattering area V (x, y, z).

For radar sounding systems the measured relation Esi/Esn can obtain values near -20 dB in the case of antennas directional diagrams mismatch or antennas site separation in the observation plane.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты