Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Иркутская область, Россия
УДК 537.87 Распространение и излучение электромагнитных волн
Изложен модифицированный метод моделирования КВ-радиоканала на основе волноводного подхода, в рамках которого электромагнитное поле излучения внутри волновода Земля—ионосфера представляется в виде ряда по собственным функциям радиальной краевой задачи с импедансными условиями на земной поверхности и условиями излучения на бесконечности. Приведено представление передаточной функции радиоканала в виде ряда произведений функций Грина углового оператора, коэффициентов возбуждения, коэффициентов приема отдельных нормальных волн. Получено решение краевой задачи определения собственных функций и собственных значений радиального оператора, применимое для частотного диапазона ниже критической частоты F-слоя ионосферы. Рассмотрены алгоритмы расчета дистанционно-частотных, частотно-угловых и амплитудных характеристик сигналов на основе анализа и численного суммирования ряда с учетом сильно затухающих нормальных волн.
распространение радиоволн, радиоканал, волноводный подход, моделирование, зондирование ионосферы
1. Авдеев В.Б., Демин А.В., Кравцов Ю.А. и др. Метод интерференционных интегралов (Обзор). Изв. вузов. Радиофизика. 1988. Т. 31, № 11. С. 1279-1294.
2. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. Коротковолновые антенны. М.: Радио и связь, 1985. 536 с.
3. Алтынцева В.И., Ильин Н.В., Куркин В.И. и др. Моделирование декаметрового радиоканала на основе метода нормальных волн. Техника средств связи. Серия СС. 1987. Вып. 5. С. 28-34.
4. Алувэлья Д.С., Келлер Д.Б. Точные и асимптотические представления звукового поля в стратифицированном океане. Распространение волн и подводная акустика. М: Мир, 1980. С. 20-75.
5. Барабашов Б.Г., Вертоградов Г.Г. Динамическая адаптивная структурно-физическая модель ионосферного радиоканала. Математическое моделирование. 1996. Т. 8, № 2. С. 3-18.
6. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 683 с.
7. Гуревич А.В., Цедилина Е.Е. Сверхдальнее распространение коротких радиоволн. М.: Наука, 1979. 246 с.
8. Иванов В.А., Куркин В.И., Носов В.Е. и др. ЛЧМ-ионозонд и его применение в ионосферных исследованиях. Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 11. С. 919-952.
9. Ипатов Е.Б., Лукин Д.С., Палкин Е.А. Численная реализация метода канонического оператора Маслова в задачах распространения коротких радиоволн в ионосфере Земли. Изв. вузов. Радиофизика. 1990. Т. 33, № 5. С. 562-573.
10. Ипатов Е.Б., Крюковский А.С., Лукин Д.С. и др. Методы моделирования распространения электроманитных волн в ионосфере с учетом распределений электронной концентрации и магнитного поля земли. Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59, № 12. С. 1180-1187. DOI: 10.7868/ S0033849414120079.
11. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981. Т. I. 280 с.
12. Казанцев А.Н., Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Метод исследования распространения радиоволн в неоднородной магнитоактивной ионосфере. Космические исследования. 1967. Т. 5. Вып. 4. С.593-600.
13. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1980. 304 с.
14. Краснушкин П.Е. Метод нормальных волн в применении к проблеме дальних радиосвязей. М.: Изд-во МГУ, 1947. 52 c.
15. Краснушкин П.Е., Яблочкин Н.А. Теория распространения сверхдлинных волн. М.: Вычислительный центр АН СССР, 1963. 94 c.
16. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Палкин Е.А., Растягаев Д.В. Волновые катастрофы - фокусировки в дифракции и распространении электромагнитных волн. Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, № 10. С. 1155-1192.
17. Куркин В.И., Хахинов В.В. О возбуждении сферического волновода Земля-ионосфера произвольным распределением тока. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1984. Вып. 69. С. 16-22.
18. Куркин В.И., Орлов И.И., Попов В.Н. Метод нормальных волн в проблеме коротковолновой радиосвязи. М.: Наука, 1981. 124 с.
19. Куркин В.И., Орлов А.И., Орлов И.И. и др. Исследование огибающих импульсного КВ-сигнала в окрестности каустики на основе метода нормальных волн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1982. Вып. 60. С. 198-205.
20. Куркин В.И., Орлов А.И., Орлов И.И. Схема расчета характеристик импульсного декаметрового радиосигнала на основе численного суммирования нормальных волн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1986. Вып. 75. С. 159-164.
21. Леонтович М.А., Фок В.А. Решение задачи о распространении электромагнитных волн вдоль поверхности Земли по методу параболического уравнения. ЖЭТФ. 1946. Т. 16, № 7. С. 557-573.
22. Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Применение метода характеристик для численного решения задач распространения радиоволн в неоднородной и нелинейной среде. Радиотехника и электроника. 1969. Т. 14, № 9. С. 1673-1677.
23. Макаров Г.И., Новиков В.В., Рыбачек С.Т. Распространение радиоволн в волноводном канале Земля - ионосфера и в ионосфере. М.: Наука, 1993. 148 с.
24. Подлесный А.В., Брынько И.Г., Куркин В.И. и др. Многофункциональный ЛЧМ-ионозонд для мониторинга ионосферы. Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 4. С. 24-31.
25. Подлесный А.В., Лебедев В.П., Ильин Н.В., Хахинов В.В. Реализация метода восстановления передаточной функции ионосферного радиоканала по результатам зондирования ионосферы непрерывным ЛЧМ-сигналом. Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. Т. 19, № 1. P. 63-70.
26. Пономарчук С.Н. Модель электрических свойств земной поверхности в КВ-диапазоне. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1984. Вып. 69. С. 42-47.
27. Пономарчук С.Н., Ильин Н.В., Пензин М.С. Модель распространения радиоволн в диапазоне частот 1-10 МГц на основе метода нормальных волн. Солнечно-земная физика. 2014. Вып. 25. С. 33-39.
28. Пономарчук С.Н., Грозов В.П., Ильин Н.В. и др. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы непрерывным сигналом с линейной частотной модуляцией. Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64, № 8-9. С. 665-671. DOI: 10.52452/ 00213462_2021_64_08_655.
29. Попов В.Н., Потехин А.П. О распространении декаметровых радилволн в азимутально-симметричном волноводе Земля-ионосфера. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1984. Вып. 69. С. 9-15.
30. Потехин А.П., Орлов И.И. Приближенная формула суммирования ряда нормальных волн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1981. Вып. 57. С. 135-137.
31. Федорюк М.В. Асимптотические методы для линейных обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1983. 352 с.
32. Фок В.А. Проблемы диффракции и распространения электромагнитных волн. Советское радио, 1970. 520 с.
33. Хахинов В.В. Электродинамическая модель приемной антенны в рамках волноводного представления КВ-поля. Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, № 3. С. 114-118. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-43201812.
34. Хединг Д. Введение в метод фазовых интегралов (метод ВКБ). М: Мир,1965. 240 с.
35. Черкашин Ю.Н. Применение метода параболического уравнения для расчета волновых полей в неоднородных средах. Радиотехника и электроника. 1971. Т. 16, № 1. С. 173-174.
36. Чернов Ю.А. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы. М: Связь, 1971. 204 с.
37. Anderson S. Cognitive HF radar. J. Eng. 2019. Vol. 2019, iss. 20. P. 6772-6776. DOI:https://doi.org/10.1049/joe.2019.0537.
38. Ayliffe J.K., Durbridge L.J., Frazer J.F., et al. The DST Group High-Fidelity, Multichannel Oblique Incidence Ionosonde. Radio Sci. 2019. Vol. 54, no. 1. P. 104-114. DOI: 10.1029/ 2018RS006681.
39. Baranov V.A., Popov A.V. Generalization of the parabolic equation for EM waves in a dielectric layer of nonuniform thickness. Wave Motion. 1993. Vol. 17, no. 4. P. 337-347. DOI:https://doi.org/10.1016/0165-2125(93)90013-6.
40. Baranov V.A., Karpenko A.L., Popov A.V. Evolution of Gaussian beams in the nonuniform Earth-ionosphere waveguide. Radio Sci. 1992. Vol. 27, no. 2. P. 307-314. DOI: 10.1029/ 91RS02639.
41. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., et al. International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions. Space Weather. 2017. Vol. 15, no.2. P. 418-429. DOI:https://doi.org/10.1002/2016SW001593.
42. Bremmer H. Terrestrial Radio Waves. Theory of Propagation. Amsterdam, 1949. 343 p.
43. Davydenko M.A., Ilyin N.V., Khakhinov V.V. On the shape of measured spectra of the ionosphere sounding by an FMCW signal under dispersion case. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2002. Vol. 64, no. 17. Р. 1897-1902. DOI: 10.1016/ S1364-6826(02)00196-7.
44. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ovchinnikov V.V., et al. Adaptive wideband equalization for frequency dispersion correction in HF band considering variations in interference characteristics and ionosphere parameters. ITM Web Conf. 2019a. Vol. 30, article number 15021. P. 1-6. DOI:https://doi.org/10.1051/itmconf/20193015021.
45. Ivanov, V.A., Ivanov D.V., Ryabova N.V., et al. Studying the Parameters of Frequency Dispersion for Radio Links of Different Length Using Software-Defined Radio Based Sounding System. Radio Sci. 2019b. Vol. 54, no. 1. P. 34-43. DOI:https://doi.org/10.1029/2018RS006636.
46. Kamel A., Felsen L.B. On the ray equivalent of a group of modes. The Journal of the Acoustical Society of America. 1982. Vol. 71, no. 6. С. 1445-1452. DOI:https://doi.org/10.1121/1.387841.
47. Khakhinov V.V., Kurkin V.I. Waveguide approach to modeling of the ionosphere radiochannel. Proc. of the 11-th Inter. conf. on mathematical methods in electromagnetic theory MMET-2006, IEEE: 06EX1428. Kharkiv, Ukraine. 2006. P. 284-286. DOI:https://doi.org/10.1109/MMET.2006.1689693.
48. Zernov N.N., Gherm V.E., Zaalov N.Yu., Nikitin A.V. The generalization of Rytov's method to the case of inhomogeneous media and HF propagation and scattering in the ionosphere. Radio Sci. 1992. Vol. 27, no. 2. P. 235-244. DOI:https://doi.org/10.1029/91rs02920.
49. URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (дата обращения 2 июня 2023 г.).
