Поляризация радиоволн в ионосфере, антенны с поляризационной селекцией и эффективность декаметрового радиоканала. тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РГ6 од

1 h ию П 1-Я

НАДЮНАЛЬНА"АКАДЕМ!Я НАУК УКРА1НИ шстагут РАД10Ф13ИКИ ТА ЕЛЕКТРОН1КИ 1м. О. Я. УСИКОВА

1ЮЛЯРИЭДШЯ РАДЮХВИЛЬ В ЮНОСФЕР1, АНТЕНИ 3 ПОЯЯРИЭАШИНО» СЕЛЕКШбЮ 1 ЕФЕКТИВШСТЬ ДЕКАМЕТРОВОГО РАДЮКАНАЛУ

Спвц1альн!сть 01.04.03 - рад1оф1зика

АВТОРЕФЕРАТ дисертацlI на здобуття наукового ступеня доктора ф1зико-математичних наук

На правах рукопису УЖ 621.396.67

Харк1в - 1997

Дисертад1ею е рукопис.

Робота виконаяа в Рад i оастроноы i чноыу 1нститут1 HAH Укра1ни

0ф1ц1йн1 опоненти :

доктор ф1зико-ыатеыатичних наук, професор, директор Науково-техн 1чного центру електроф1зично! odpodics HAH Укра1ни См.Харк1вЭ Клепиков В'ячеелав Федорович

доктор техн!чних наук, професор,

зав. в!дд!лои IPE HAH Укра!ни Си.Харк1в5

РазсказовсьгсиЙ Вадим Борисович

доктор ф1зико-ыатеыатачних наук, професор, професор кафедри косшчно! рад!оф1зики Харк1вського дерхун1верситету Черногор Лвон!д Феоктистович

Пров 1дна орган1зац1я : Харк1всысий В1йськовий ун1верситет,

кафедра комплекс!в управл 1ння косм1чними системами

Захист дисертад 1Г в!д<3удеться "-Si" червня 1997 року на зас1данн1 Спец1ал1зоваво1 ради Д 02.29.01 з присудкення вченого ступеня доктора ф 1зшсо-математичних наук в 1нститут1 рад1оф!зикн та електронИш HAH Укра1ни !м. О.Я.Усикова за адресов : 310085, и.Харк1в-85 , вул. Проскури, 12, IPE НАНУ. Початок зас!дань Спецради о Ш годинt.

3 дисертад1ев мохна ознайоыитись у 010л1отец1 1РЕ НАНУ за адресов : 310085, м. Харк1в-85, вул. Проскури, 12, IPE НАНУ.

Автореферат роз 1 с ланий "¿3" травня 1997 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано! ради д. ф. -и. н.

(Ifl^y^ с.М. Харк1вський

ВСТУП

Рая !озондування !оносфери мае велике практична значения як для отримання 1нформац11 про структуру I динам1ку 1оносферно! плазми, так I для створення високоефективних систем зв'язку, лэленгування, рад!олокац!1 Свключаючи 1 загоризонтну) в дека-ыэтрозоцу д!апазон1 хвиль. 1стотними в!дм!тними ознаками !оно-сферного розповсвдження рад!охвиль е багатомодов !сть радЮканалу, вд спричиняе широкий спектр кут!в приходу, 1 поляризац!йна трансформация падавчого поля. Багатомодове розповсвдження спосте-р!гаеться в б!лыгост1 випадк!в. 1нтерференц!я к!лькох мод, то розповсвджуються в 1оносфер! по р1зним траектор1ям, р1зко знижуе достов 1рн1сть 1нформац11 про сёредовище розповсвдження, но отримана при радюзондуванн!, а такох призводить до помилок кутових вимIрювань,зменшення пропускноI зд!бност! каналу зв'язку, ослабления корисного сигналу на фон! шуму 1 заваяавчих сигнал 1в.

Поряд з традицШними ампл1тудними 1 фазовиыи методами при розробц! р1зних рад!осистем в останн1 роки починавть зикористовуватися методи г як I базувться на поляризащйних власти-востях електромагн¡тних хвиль, то стимулве розвиток в!дпов!дних тэорэтичних 1 експериментальних досл!джень. При цьому виникае ряд проблем, складних 1 в багатьох випадках маловивченних.

Оссбливост 1 поляризацИ хвиль в 1оносферн!й плазм1 пов'язан! з ан!зотроп!ев середовища розповсвдження, яка призводить- до магн!то1онного розщеплення падавчого поля на дв( нормальн! хвил!, а такоа до взаемодИ С трансформац1I ) цих хвиль в нижнШ Юносфер! при переход! в!д ¡зотропного середовища на висх!дн!й д1лянц! траектор1I до сильно ан1зотропно1 плазми в облает1 максимума !он!зац!I шару ?2 1ояосфери. Поляризац!йна трансформа-ц)я також мае м!сце при формуваян! гранично! поляризацИ на яизх!дн!й д1лянц) траекторII в м!сц! виходу хвил! з юносфери. При значн!й дальност! одного Юносферного скоку вся траектор!я хвил! мохе опинитися в облает 1 взаемодИ. В зв'язку з щш, а такох з урахуванням ¡нтерференц 11 к 1 лькох хвиль р1зних траекто-р!й, поляризац!я сигналу в точц1 прийому важкопередбачувана 1 сильно зм!нветься з часом ввасл1док нестац (онарност 1 юносфери.

Траектор II декаметрових хвиль в !оносфер! та 1х поляриза-

utfiHl характеристики tIcho пов'язан! Mis собою. На р!зннх д1лян ках розповспдження хвил! в магн1тоактивн1й плазы! ыохсуть спосте р!гатися як кваз1поздовжн1, так i кваз1поперечнt по в1дношенн до геомагнитного поля умови. В першоыу випадку класична кагн!то 1онна теор1я лередбачае поляризац tD нормальных хвиль, близьку д крутого!, коли поляризац1йн1 завмирання, породген1 IX !нтер ференцleo, обумовлен1 ефектом Фарадея. При поперечному роз повсвдгеннI uarHlTotoHHt хвил 1 повинн1 бути л1н1йно поляризова ними, часов 1 зм1ни поляризац11 1х суперпозицi г пов'язан! з ефек том Коттона-Мутона i поляризац 1йн1 завмирання мають зове i м 1ншг характер. В зв'язку з шш при значнет вар!ац1ях кута прихол окремого ¡оносферного промене ado при auisl траектори posnoi сюдження Сперех!д до в!дбиття в1д 1ншого Юносферного niapj квазШоперечне розповсюдхення мохе перейти в кваз 1 поздовжне сильною 3MÍH0D поляризац!! спостер1гаемого поля. Тому поляризг ц!йн1 досл1дхення нев1дд!льн1 в1д траекториях, а описав! дисертац11 розробки присвячен! в т!й acío !нш!й м!р1 обе характеристикам.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн!сть теми. РадЮзондування в дею метровому д!апазон! е основним дяерелом 1нформад11 про неод® р(дну 1 нестаШонарну 1оносферу Земл!, а обробка сигнал (в системах рад¡оэв'яэху, нав1гац! I, пеленгацП 1 локацп широ; використовуеться для передач! ШформацП, знаходхевня м1сцепол ження i 1денти$!кац!1 радЮпередаючих засоб1в, об'вкПв, i рухаються та джерел збурення 1оносфери природного i пов'язано з д1яльн!сто людини походхення. Ефективн!сть вир1шення вс перел!чених задач в значн1й uipi залехить в!д того, наск!ль повно вшсористовупться вс! характеристики декаметрового рад! сигналу. При цьому ступ1нь освоения якого-небудь 1з параметр сигналу для наукових 1 практичних тлей повн1сто в1дпов1д cTyniHD вивченост! закон iв повед1нки оього параметра при рс повевдхенн! в середовиаК

1оносфера як частина навколоземного косм!чного просто Ictotho впливае на розповевдження рад!охвиль в широкому д lanas

Hi частот, через те ад вона е диспергувчим, магн 1тоактивним, яестгЩснарним, неоднор 1дним середовидем. Вона м1стить в codi неоднор1дност1 з широким спектром розм!р!в. Кр1ы того, при достатн!й ¡нтенсивност! радЮхвиль Юносфера стае нел!в!йним середовищем, що лодатхово впливае на характеристики розповсюджен-ня. В такШ ситуадМ вплив неоднор1дностей Юносфери стае одним з яайсуттев1ших фактор! в при оц 1нц t якает ! робота сучасних вим!рювальних раяЮсистем 1 систем передач t !нфор!ШП.

Найменш вявченоэ характеристикою декаметрового радЮсигналу е поляризац!я, або характеристика електромагв Itho ( хвил !, то визначае закон зм!ни величина t напряыку вектора напрухеност! електричного поля за перЮд несучо! частота. PodtT, як! присвя-чен! теоретичному I експериментальному досл!дженням поляризац 11 декаметрового сигналу при вертикальному а, там паче, при похило-му зондуванн! , зовс!м недостатяьо . Щэ менше розробок. як! дозволявть вшсористата поляризац 1йн1 параметри сигналу для п!д-вииення ефективнсст 1 робота радюсистем декаметрового д!апазону. Зна^ше в ¡дставання експериментальних досл!джень поляризац!йних характеристик сигналу С в пор !внянн 1 з такими параметрами, як ампл!туда, фаза, кути приходу I групове зап!знення) вихликано ai лип рядом причин, в тому числ! I трудноаами вим!рввання поляризац! Г.

Одна з актуальних сучасних проблем - вивчення хвиль в слабоан!зотропних неоднор|дних середовищах, з якоп доводиться зустр !чатися в багатьох роэд!лах рад!оф!зшси при розповсюдаеннi елактронагн!тних хвиль р!зних д!апазон!в в слабозамагн iчен iй лабораторий, 1оносфэрн!й, навколосонячн!й та м!язорян1й плазм!. Донедавна при розгляд1 модел1 поляризац1йно! структури рад!о-сигнал!в , до розповссдауються в 1оносфер1 , враховувались в основному фазстори, як! пов'язан1 з ефектом Фарадея t наявнютю кевзаемод!ючих магн1тоЮяних хвиль. Суттева особлив1сть слабо-ан1зотропного середовиша, до якого наложить ниаия частина земно I Юносфери, проявляеться в пом!тн1й зм!н1 поляризац(I падаячого поля. Ile пов'язано з !нтенсивнпм взаемним перетворенням магн!то-Юнних компонент Снормальних хвиль} в облает 1 поляризац (йного виродхення при переход! хвил! з в!льного простору в суттево ан!зотропне середовище (шар F2 Юносфери) на висх!дн!й д!лянц[

траектор I г 1 в облает t виходу хвил! з Юносфери на нисх!дн1й

д1лянд1.

В результат!, формування гранично! поляризацiI сигналу на виход1 з 1оносфврного шару повинно в!дбуватися з урахуванням взаемодН СтрансформацП) нормальних хвиль, яка в явнШ форм! вЦсутня в кяасичн!й магн!то!онн!й теорН С MIT Ile п!д-твердхуеться рядом експериыентальних роб1т по вим! реванша гранично! поляризацII сигнал!в при вертикальному зондуванн 1 Юносфери, результата яких не завхди мохливо пояснити в рамках (MIT). Кр1м того, вертикальне зондування ¡оносфери представляв обмехе-ний 1нтерес для практичних тлей, а результата вимГрювання граничноI поляризац!! декаметрових хвиль на похилих трасах дальнього юносферного розповсвдхення у цей час духе мало. Ile х мохливо сказати ! в!дносно застосування до розповсвдхення Юно-сферних хвиль кваз11зотропного наближення СК1Ю методу гео-метрично! оптики, запропонованого Ю. А. Кравцовим ! дозволяючого врахувати взаемод1в магн1та!онних складових в ниянШ Юносфер!. Всупереч широко розповсвдхенм думц!, на протяхиих Юносферних трасах мохуть спостер1гатися достатньо сильн i ефекти п!н!йко1 трансформацп мод при наявност! д!лянок кваз!поперечного розповсвдхення.

Багатопроменеве розповсвдхення, яке р1зко знихуе над!йн1сть 1оносферного радЮканалу, спостер¡гаеться в 01льшост1 ситуацШ, при яких в !дбуваетьоя робота декаметрових радЮскстем як досл!д-ницького, так ( спеЩального призначення. Тому розвиток метод!в просторово! t поляризац!йно! ф1льтрац1Г приймаемого поля е безумовно актуальним. Якщо в в!дношвнн! удосконалення метод!в просторовоI селекцП на баз! великих горизонтально ор!ентованих антенних граток зроблено достатньо багато С прим!ром цьому мохе бути найб!льший декаметровий рад1отелескоп УТР-2 РадЮастроно-м1чного !нституту HAH Укра!ниЭ, то поляризац1йна ф!льтрац1я та метод» I! реал!зац1I стосовво до особливостей Юносферного розповсвдхення досл!дхен! не достатньо добре. Враховуючи низьк1 кути м!сця сигнал!в на дальн1х трасах, коли розр1шення горизон-тальних антен ictotho поПршуеться, е перспективним перех1д до вертикально ор1ентованих антенних систем з поляризац!йнов селек-ц!ев, як! поеднувть в codi високу спрямованють при малих кутах

s

мIсця з можливостями поляризац!Йно! обробки.

3 в 'я з о к роботи з науковими прог-рамами t темами. Bet основн! науков! t практичн! результата дисертацШно! робота отримаяо при виконанн I держбщжет-ких НДР "Искра-85", " Искра-91" в рамках план 1в фундаментальних лосл!даень НАН УкраГни, а такоя гоепдогов1рних НДР "Объем", ■Тузлук", "Бузина-1", "Бузина-Х", "Игла".

Метою р о б о т и е теоретичне 1 експериментальне досл!дження поляризацt Г декаметрових рад!осигнал1в при похилому зондуванн! Юносфери з урахуванням взаемодi [ магн!то!онних хвиль, а такая: високоспрямованих антенних граток з поляризац 1йною селекЩею 1 метод 1в оптимального прийому сигнал!в двох ортого-нальних поляризац 1й. Вона вклвчае так! задач!:

1. ДослЦиення тонко Г структура кутових спектр 1в приймаемих Юносферних хвиль 1 метод!в П вим!рювання, як! базувться на використани! високоспрямовано! антенно1 гратки , вим1рюванн! часово! неузгодженост1 нул!в поляризац !йних завмирань в просто-рсво рознесених точках, вим!рюванн1 р!знищ фаз магн!тоюнних хвиль.

2. Досл1даення можливостей п1двищення просторовоГ виб!рко-вост! вертикальних фазуемих антенних граток С ФАГ) за рахунок змвкшення р!вня бокових лепестк!в д!аграми спрямованост1 поблизу головного лепестка 1 звуження останнього при розташуванн! антени над похилою плотиной. Вивчення нових методiв високоточного вим!-рювання комплексно! д!електричноГ проникност! границ! розя1лу (коеф!ц!ент!в Френеля) ! 1х вихористання для уточнения просторо-вих ! поляризац !йних характеристик приземних антен. Пропонування ф!зичних принцип1в побудови 1 реал!зац!я вертикально! ФАГ з поляризац!йною селекЩею, яка ефективно використовуе в!дбиття в!д нап!впров!дниково! Шдстилавчо! гюверхн1.

3. Дося¡даення метод 1в оптимального прийому сигнал!в двох ортогональних поляризац !й СкруговоГ ! л1н1йно!) при ¡оносферному розповсюдженн 1 радЮхвиль з урахуванням параметр (в магн1то!онних компонент, впливу скривлення ортогонального поляризац!йного базису антени 1 флуктуаЩйно! чутливост! прийомно I системи.

4. Р¡шення р!вняння переносу поляризац11 в кваз 1!зотропному наближенн1 з урахуванням поглинання при квазШоздовжному ] кваз1поперечному розповсюдженн1. Отримання анал!тичних р!шень для фазору спостер1гаемого поля. Побудова алгоритму 1 проведения розрахунк!в поляризац1I хвил! вздовж траектор!I I гранично! поляризац 11 методом чисельного р (шення р!внянь К1Н.

5. ЕкспериментальнI досл!дження поляризацII декаметрових сигнал1в на протяжних Юносферних трасах з допомогою слабоспря-мовано1 турн!кетно! антени I вертикально! ФАГ, П рад1оф!зичн! випробування в поляриметричиому рехим1.Використання вертикально! ФАГ для знаходження дальност1 до дхерела рад!овипром1нювання. Постановка I проведения експеримент!в похилого поляризац!йно-узгодженого зондування 1оносфери 1 досл!дження взаемодП ыагн!-тоЮнних хвиль.

Наукова новизна отриманих результат ! В.

Вперше в декаметровому диапазон! запропоновано ф!зичн1 принципи побудови 1 досл!джено характеристики вертикально! ФАГ, яка мае ортогонально поляризован! елементи, а такси: принципи формування с 1м'I промен!в антени з урахуванням в!дбитого в!д нал 1впров1дниково Г земл! сигналу, який вдв!ч1 зменшуе ширину головного лепестка д!аграми спрямованостI СДС). Вивчено новий метод додаткового зменшення до двох раз1в шнрини головного лепестка ДС при використанн) похило! д!лянки земно! поверхн1.

Запропоновано 1 досл1дкено легко реаШзуемий на ПЕОМ новий п!дх!д до розрахунку поля земно! хвил! в ближн1й зон!, який ба-зуеться на прямому розрахунку 1нтеграл1в Зоммерфельда, поперед-ньо перетворених для забезпечення !х швидко! сходимость 3 його допомогою обгрунтовано ! досл1джено два нових методи знаходження комплексно! д!електрично! проникност! земл1, як! використовують вим!рювання поперечно! поляризац!! 1 ослабления вертикально! компонента поверхнево! хвил! на малих в!ддалях С1...10 довжин хвиль) в!д випромШювача. Вивчено також два нових методи, як! дозволяють безпосередньо вим!рювати коеф!Щенти Френеля при в!дбитт! !оносферно! хвил! в!д поверхн1 земл! I як! базуються на розд!льному прийом! падаючо! ! в!дбито! хвил!. В першому з

них для шпс тлей використано сформован 1 вертикальное ФАГ дв! зеркальн! в!дносно горизонту ДС, в другому - застосовано р 1зносно-фазовий пеленгатор з вертшеальням розносок елемент1в. Bel чотири метода експериментально апробован 1 1 дали близьк! результата.

Отримано анал!тичне р1шення р !вняння переносу поляризац!I в кваз ! 1зотропяоыу наближенн t з урахуванням поглинання для гранич-них випадк1в кваз¡поздовхного t кваз1поперечного розповегдження t для конкретных моделей (оносферя. Показано, ею вс1 поляриза-atSBl характеристики сигналу, а такох його повна амшитуда е осцилгсчями функЩями довжини шляху хвил 1 в плазм 1. Розроблено чисельний алгоритм р!шення система р(ввянь D.A. Кравцова для слабоан!зотропна Г плазыи, застосування якого дозволило виявити пом1тн1 в ряд! виладх1в в1дм!нност1 результат{в розрахунку поляризац1I !оносферних хвиль з використанням квазI¡зотропного наблихення 1 хласячно! магн1то!онЕо1 теорп, до виклюсан! транс-фораацЮТ хвиль. Виявлсно, щэ гранична поляризац 1я залежить в)д электронно! хояцентрацп в нилн!й юносфер! Св шарах D та £). Така залеан!сть в!дсутня в магн1то1онн!й теорП.

Експериментальн! досл1дження характеристик вормальннх хвиль з допомогоо слабоспрямованоI антени на протяхних трасах п!вден-ного i п1вн1чного напрямк1в показали, сю поляризац!я мохе бути як близькоп до кругово г Сприйом з Швдня), так ! суттево ел!п-тичною взаемно неортогональнос Сприйом з ШвночО. В останаьому випадку це зумовлево кваз Шоперечними умовами на низх1дн!й д!лянц! траектори. Вгкористання високоспрямованоГ вертикально! ФАГ вперше дозволило вивчити поляризац !с окремих (оносферяих мод в умовах багатопроменевост!, спостер!гати л!н!йну поляризац!ю нормальких хвиль траектор!й 1F2 l 1Е. Л1н!йна поляризац 1 я моди 1Е зуыовлена високими град!ентами !ои!зац1I в Е шар] ! в!дбиттям хвил! без ыагн!то!онного розщеплення. Реал!зац!я режиму поляризац !йно-узгодженого зондування (оносфери дала мохлив!сть роз-д!льно вивчита поляризац lu звичайно! t незвичайно! хвиль при кваз!поперечному розповсюдаенн i.

Сп1льне визсористання поляризац!йних вим!рювань ! вим!рввань кут!в м1сця дозволило експериментально встановити ефект взаемо-sil магн!то1онних хвиль в нихн!й юносфер!, який проявляешься в

квазlnep Юдичних флуктуац!ях повно! амшНтуди сушраого поля при р!зниц1 кут1в мЮця парЩалышх хвшгь мевше 1 градуса.

Практична значуц I сть робот и. Елект-ромагн!тн! хвил1 декаметрового д!апазону широко використовувться в системах рад 1 озондування Юносфери, як! в останвШ час стаоть нев1д'емноо частиноо комплекс 1в зв'язку, пеленгування i локац 1!, що дозволяе п!двиаити ефективн!сть робота цих комплекс !в за рахувок адаптаци до пост1йно зы1нюеыих умов розповсюдхення радЮхвиль. Юносферний декаметровий рад(оканал мае ряд безумов-них 'переваг: в1н завхди 1снуе, не вимагае матер¡альних затрат на свое утримання, його практично немохливо вивести з ладу. До числа основних характеристик, як! зумовлвють мохливост! радЮканалу, налехить 1 поляризац!йна структура едектромагн ¡тного поля. Проте, як показуе анал!з науково! л1тератури, сама ця характеристика в!дбитих в!д Юносфери рад!охвиль вивчена в!дносно слабко. Ця обставина с причине» того, що багато шггань над1йност! прийому багатопроменевих сигнал 1в не вирШен! до цього часу. По ц!й re причин 1 в згаданих застосуваннях не використовувться факт характерно! поляризац1I рад!охвиль, в1дбитих в!д юносфери.

Методи поляризац!йно! обробки знаходять поки ао обмехене застосувавня, хоч в ряд! випадк!в вони дають не менший виграш, в!х частотно-часов I або просторово-часов t. Треба наголосити, но традиШйно поляризац !йн i параметра антенних систем вибиралися на баз! знаходження середнього параметр 1в сигнал!в на виход! рад!о-каналу. В той хе час нестац1онарн1сть каналу, зумовлена в першу чергу ефектом Фарадея i багатопроменев!стю, робить такий виб!р ыалоефектившш. Перех1д se до поляризац 1йних методов обробки або адаптивних по поляризацlI, хоч i дозволяе досягти б!льш високо! ефективност 1, до цього часу обмехувався насамперед в1дсутн1стю конструктивних розробок i в!дпов!дних публ1кац!й по оЩнкам параметр!в поляризац!! рад!осигнал1в 1 ефективност! введения Ше! обробки. При цьому поляризац i йн i методи допускать вдале поеднання з ус!ма (ншими методами п1двищення над!йност! радюка-налу.Р!шення ц!е! задач! шляхом Шдвидення енергетики передалчих засоб!в не е рац!ональвим, особливо з урахуванням енергетично1 кризи ! завантахенн 1 сто рад!одиапазов!в. Найб!льш конструктивни-

ми виявляються метода, як! дазуатъся на поляризац!йн!й селекц!! I п!двищенн1 спрямованост! випром1шовчшс та прийиавчих антен.

По вказаним вше причинам отриман! в ц!й робот! результата мавть велюсе практична значения. Це зумовлюеться насамперед роз-робкою 1 спорудгенням високоспрямовано! багатопроменевоI антен-но1 гратки з поляризац!йнов селекц!ев, випробування якоГ показали 1стотний виграш в ефекгивност! в пор!внянн! з горизонтально ор1бнтованими антеяамя, як! кавть одну Я1н1йну поляризац ¡в. Досл!дхен! способи п!двядення просторовоI селективност1 верти-кальних ФАГ дозволили додатково п!двичщти цей виграш. Запропоно-ван1 метода вим!рввання параметра Шдстилавчо! поверхн 1, хр1м уточнения поляризац 1йних I просторових характеристик приземних антен, маоть самост!йне значения в д (агностик! стану земно г поверхн! , оц!нц{ запас 1з вологи I т.п. Дсхмпдавнюг метод !в використання сигнал 1в двох поляризац !й дозволило з урахуваяням р!зних фактор 1в знайти оптикальний, м!н!м!зуючий глибину эалиш-кових завмирань 1 максим!зувчий в!дношення сигналу до флуктуа-Щйного суму. Розробка приймалъно-передавчоI апаратури 1 реал1-зац!я режиму похилого поляризац !йно-узгодженого зондування юно-сфери на трас! середньоГ дальност! забезпечили поы!тну стаб!л!-зац!в поляризац!! приймаемого сигналу, коли збуджуема "корисна" хвиля перевшаувала на 20 дБ другу магн1то1онну хвили, до е додатковим фактором п(двищення над1йност! Юносферного дека-метрового рад!оканалу.

Особистий внесок автора роботи полягае в задродонувакн! ф!зичних принцип ¡в. побудови, розрахуня! характеристик I експериментальних досл!дхеннях вертикально! ФАГ з поляризац 1йнов селекц[ев; постанови! задач!, доел1дасенн 1 1 реал!зац!Г метод!в вии!рввання параметр!в п!дстилавчо! поверхн!; запропонуванн! 1 досл!да»нн1 способ1в Шдвищення просторово! селективностI антен э поперечное спрямованГств ; оптим!зац!!' метод!в використання сигнал!в двох поляризац 1й; постанови! задач! I р1шенн! р1внянь переносу поляризац 1! в слабоан1зотропн1й !оносферн!й плазм! в граничних випадках квазшоздовхнагоз !: кваз1поперечного розповевдхення; побудов! алгоритму* чисельного р!шення р!внянь кваз! !зотропного набяижвння; проведенн! багато-

р1чних поляриметричних спостережень на Рад 1 оастроном 1 чн 1 й обсер-ваторП Р1 НАН УкраГни; запропонуванн 1 1 реал!зац!I експеримен-т1в поляризац 1йно - узгодженого зондування Юносфери; обробц! отриманих даних 1 ф1зичн!й 1нтерпретац i I результат1в.

В yctx згаданих вще НДР, результата яких покладенt в основу ule! двсертацп, автор приймав участь як в1дпов1дальний виконавець, зам. наукового кер|вника 1 науковий кер1вник роб 1т.

Апробац1я роботи. Отриман! в дисертац!I результата були допов1дан( на конференд1ях I симпоз]уыах:

- Всесоюзному симпоз!ум1 " 1оносфера I взаекод 1 я декаметро-вих хвиль з Юносфернов Плазмою СМосква, 1989 р. 3;

- Всесоюзна конференц 11 "Теор1я I практика застосування методу некогерентного розс1яння для досл!дхення юносфери " CXapKlB, 1987 р.); Чг

- М!хнародному симпоз!ум1 по антенаы C-JINA 92, Франц1я, 1992 р.);

- XVII ВсесовзЖй конференцII по розповсвджвннв радюхвияь СУльяновск, 1993 р.);

- XXIV ГенеральнШ асамбле! УРС1 СЯпон1я, 1993 р.);

- М1жнародному симпоз1ум1 по антенам С JINA 94, Франц 1я, 1994 р.);

- М1жнародному симпоз!ум1 " Прогрес в електроыагн1тних досл1джвннях" CPIERS 95, Австр1я, 1996 р.).

П у б л 1 к а ц 1 !. Основн I результата роботи Ъикладен 1 в 23 публ1кац1ях, як! включавть статт! у в!тчизняних i закордоних журналах, авторськ! св1доцтва ! тези допов!дей, як i масть npl— оритетне значения.

Об 'ем та структур а^д íc е р т а ц 1 I . Робота складаеться з Вступу, п'яти розд.1л1в, Висновка та nepenii-ка цитовано! л1тератури С 139 найменувань ). Бона м1стать' ^300 стор1нок друкованого тексту, 15 стор1нок пере л Пса вккористаних джерел, 87 малюнюв, 28 таблиць. Эагальний об'ем дпсертац i Г -399 cToplHüK.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У В с т у п I обгрунтована актуальн!сть вибраноГ галуз1 досл!дхень 1 1х наукова новина; сформульована мета дисертад 11 1 практична значуа!сть робота; показано особистий внесок автора I зв'язок робота з науковими програмами, планами, темами, а такох об'ем та структура дисертацП.

В первому роз л I л I проведено огляд л!тератури, приев'ячено! особливостям поляризац!йних 1 просторових характеристик декаыетрових радюхвшть в (оносферному рад Юканал I, а такох запропоновано нов! методи ! досл!дхена тонка структура кутових спектр!в декаметрових рад!осигнал!в на основ! високо1 просторово! селекд!I 1 поляризац 1 йного анал!зу.

Обгрунтований С. А. Краваовим 1 дал! розвинутий вам ! 1ншими авторами метод кваз 1 (зотропного набпиження СК1Ю геометрично I оптики дозволив по-новому п1д)йти до опису поляризацII електро-магн!тних хвиль в неоднор!дн!й ан!зотропн!й плазмI. 3 викорис-танням цього методу стало мохливим коректно розглянути ефект л!н1йно1 взаемодП хвиль, який пов'язаний !з зняттям поляриза-Щйного виродхення при переход! хвил! з !зотропного в трьох-м!рнонеоднорIдив ан!зотропне середовиае, розрахувати коеф!ц!енти трансформац!I нормальних хвиль в облает! кваз1поперечностI, обговорити ефекти граничноI поляризац!! сигналу, а такох розглянути проблему "зшивання" геометрооптичних мод 1 р!шень кваз I-!зотропного наблихенвя. Однак, стосовно Юносферно! плаз ми пов-нота наявних результат!в недостатня. Частково це пояснюеться широко розповсодхеноо думкою, по товшлна перех!дного шару в земн1й 1оносфер) мала, тому I вшшвом взаемод! I мод на поляриза-ц!о мохна нехтувати, но в як!йсь м!р1 справедливо у випадку вертикального зондування 1оносфери. В найб!льш !нтересному для практики використання декаметрового рад 1оканалу випадку похилого зондування ¡оносфери при невеликих кутах випром1нввання 1 дис-танЩях 1000...3000 км вся траектор1я хвил! мохе опинитися усередин! геваз 1 ¡зотропного шару 1 ¡нтегрально накопичуемий ефект взаемод! I хвиль мохе стати в!дчутним. Слабко розроблен! з точки зору К1Н питания ст!йкост1 поляризац!йно-узгодхеного зондування 1оносфери, а такох питания гранично! поляризац!! магн!то!окних

хвиль для конкретних моделей 1оносфери з урахуванням поглинання.

Результата розрахунково-експериментальних роб1т, присвяче-них досл!дхенню поляризац1I декаметрових хвиль, як! пройшли шар Юносферно! плазми, в значн1й м1р1 такох належать до випадку вертикального зондування. Вертикальне вищгам!нювання, по-перше, прост1ше орган1зувати з допомогою Юносферних станц1й, як! е в наявност1, а подруге, поляризац1йний анал!з в!дбито! в!д 1оно-сфери хвил! мохе бути зд!йснено в моностатичному вар!ант! з сумИценням або невеликим розносом точок випром!нювання ! прийому. Кр!м того, при малих зен1тних кутах в якост! антен поляриметра мохно використати схрешен! в горизонтальн1й площин! в!братори, а результата вим!рсвання поляризац!! будуть слабко залехати в!д характеристик в!дбито! в!д земл! хвил!. Для практичного застосу-вання б!льш характерно похиле Юносфернэ розповсвдхення хвиль з кизькими кутами м!сця, коли антени поляриметра необхцщо розта-шовувати в вертикальн!й плоцин! ! стае суттевим розрахунок пол!в, в!дбитих в!д нал¡впров1дниковоI земл!. Останне приэводить до необх1дност1 використання метод 1в 1 в!дпов!дно! апаратури для вим!рювання коеф1ц1ент1в Френеля з введениям комплексних поправок "на земли" в результата поляриметр! I.

Розгляд л!тературних даних дозволив зробити висновок, ко напрямок подальших теоретичних ! експериментальних роб!т повинен полягати в розрахунках з застосуванням К1Н поляризац!! декаметрових радЮхвиль на похилих Юносферних трасах, розробц! 1 проведенн! поляриметричних експеримент!в дальнього Юносферного розповссдхення з урахуванням впливу характеристик п ЦстилаючоI поверхн! як в випадку однопроменевого прийому , так ! при багатопроменевост!, коли необх!дно застосування • високоспрямова-них антенних систем з поляризацШнои селекШев. Це дозволить обгрунтувати ефективн!сть застосування р!зних алгоритм1в поляризац !йно! ф!льтрац!1 1 виб!ркового збудхення одн!е! !з Юносферних мод в ц!лях п1двищення над!йност1 Юносферного радЮка-налу.

Використання р!зних метод!в в!ш!рквання кут!в приходу декаметрових рад1осигнал1в призводить в ряд! випадк!в до результат!в як! вахко пор!вняти, то дае при р!зносно-фгзов!й пелентац!!, наприклад, хибне розум!ння великих ! швидких флуктуацШ кут!в

м!сця в умовах багатопроменевост1.В зв'язку з цим в пункт! 1.2.1 наведено результата р!чного циклу вим1рювання просторових куто-вих спектр!в на мерши анальних рад!ол!н!ях з допомогою високо-спрямовано! антенно! гратки рад Ютелескопа УТР-2. На в !дм!ну в!д фазовях метод!в д!аграмний метод розд!лення штерферуючих мод пом!тно б1льш сталий I е прямопоказуючим. Азимутальн! в!дхилення в проведених досл!дхеннях не показали яких-небудь пом!тних аномал!Я 1 не перевищували к1лькох градус!в в!дносно розрахова-ного азимуту. Спектри кут!в м!сця мали велику р!зноман!тн!сть ! добре в!дпов!дали розрахункам. На б!льш коротк!й трас! 2000 км спостер!галися сигнали, в!дбит! в!д кожного з трьох Юносферних шар!в Е, Р1, Г2, а також !х комб!нац1! 1Е + 1Е2, 1Е2 + 1Е2р . Перех!д в!д одного типу розповсвдження до !ншого в!дбувався за к!лька хвилин. Такий же часовий масштаб мали 1 кваз1пер!одичн! вар!ац!1 кут!в м!сця моди 1Р2. Ампл!туди вказаних мод в б!льшост! випадк!в були схож!. Спектри кут!в м!сця сигналу, який пройшов трансэкватор¡алъну рад!отрасу 6000 км,спостер!галися двох основ-них тип!в : з добре пом1тним максимумом при кутах 11...13° Страектор!я ЗЕ2) 1 монотонно спадаюч! в область високих кут!в м!сця, пов'язан! з ефектом Е-розс!яння. В Щлому протяжна радЮ-траса в пор!внянн! з б!льш короткою характеризувалася пом!тно б!льш розмитими кутовими спектрами 1 меншою 1х р!зноыан!тн1стю.

В пунктах 1.2.2. та 1.2.3. запропоновано 1 досл!джено мето-ди вим1рювання тонко! структури траекторних характеристик:р!зни-ц! кут!в приходу магн1то!онних хвиль ! слабких вар!ац!й кут!в м!сця однопроменевого сигналу. Перший метод базуеться на засто-сувана! двох рознесених секц!Й рад!отелескопу УТР-2, спостере-женн1 часово! неузгодженост 1 нул!в поляризащйних завмираяь ! дозволяв вим)рювати р!зницю кут!в м!сця двох нормальних хвиль менше н12 1°. Можлива модиф!кац!я методу в режим! двохканального (нтерферометру. Високе кутове розр1шення при знаходженн! слабких вар!ац!й вертикальних кут1в досягаеться за рахунок зв'язку м!ж малими зм!нами кута м!сця 1 достатньо великою зм!ною р!зниц! фазових шлях!в магя!то!онних хвиль, ко дозволяв використовувати сум Юно з поляриметром слабоспрямовану турникетну антену замЮть антенноI гратки протяжного близько 2000 метр1в.

В другому р о з д ! л I вивчен! ф!зичн! принципи

побудови I формування д1аграм спрямованост1 С ДС) вертикально антенних граток СВФАГ) з поляризац1йнов селекц!ев, як! ефективно використовують в1дбиття в 1л нап!впров!дниково! зет!.

Розповсюдхення радюхвияь декаметрового д1аяазону при даль-н1стях б1льше 200.. .300 км в1дбуваеться з в!дбиттям, часто бага-тократвим, в!д юносфери I земл!. Як результат структура поля в точц! прийому виявляеться духе складное 1, як правило, визна-чаеться 1нтерференц1ею Юлькох промен!в , кохен з яких мае дискретну 1 дифузну компонента. АмшПтуда поля набувае коливаль-но! просторово-часовоI структури, яка призводить до нерегулярних завмирань сигналу, во знихуе над1йн(сть передач! 1нформад!Г. Одним 3 способ 1В подоланн*,дього явиша мохе бути використання високоспрямованих прийомних антен, як! эабезпечувть достатне в!дношення сигналу до перешкод нав1ть в м!н!мумах корисного сигналу. Антенн! системи, як! вшсористовувалися до оього часу, це л1н1йн1 горизонтальн! багатопроменев! гратки, промен! яких притиснут! до плопини антени. В!домо, до антенн оього типу по розр!шасчий зд(бност( (стотно поступаться системам з поперечное спрямован¡ств. Однак останн! в мехах бувшого СРСР ран!ше не роз-роб ля лися, оск!льки 1х спорудхення - достатньо складна проблема, тому пропонувалося в якост! компромЮного вар!анту системи, як! розташован 1 похило. В 1домо такох, ао по м!ркуванням техн!чно! складност! в!дом! антени аналог1чного типу, як! побудовав! в США, такох е горизонтальними фазованими гратками С ФАГ).

В п! дрозд !лах 2.1.. .2. 3 розглянуто !иший вар (ант вертикальна ФАГ, для спорудхення якоГ в цей час е реальн! мохливост!. В основу було покладено спос1б променеутворення ФАГ, яхий дозволив при заданих розм!рах вдвое Шдвищити I! спрямован1сть. Проведено анал!з характеристик антени з урахуванням реальних властивостей грунту для кругово I ! л1н!йно! поляризац!й, досл!д-хено д!аграми спрямованост! в залехност1 в1д числа елеыент1в ФАГ, в!дстан! м1х ними, способу збудження, частота ! поляризац11. Це стало базою Жпя розробки ! спорудхення 13 елементно! вертикаль-ног ФАГ з поляризац 1йнов селегаиев.

На характеристики горизонтальних ФАГ (стотно впливае поверх-ня земл!. Завдяки симетр11 так I антенн однаково "опром1нюшъ" верхн!й нап!впрост1р 1 поверхнв розд!лу. 0ск!льки при малих ку-

так м!сця коефШент в!дбиття практично для любих властавостей гранши розд!лу дор!внюв -1, пряме i в !дбите поле в1дн1маються, повне поле п!д малики кутами м!сця наближаеться до нуля, а про-м!нь антени "в1джинаеться" в!д горизонту вгору. Тому забезпечятн ефективну роботу горизонтальних ФАГ п!д кутами м tсця, меншими 5...10°, в д!апаэон1 декаметрових хвиль духе важко: необх!дно мати антеннi системя величезних поздовжнях розм1р!в.

!нша ситуация мае м!сце для вертикальних ФАГ. Тут д1аграма спрямованост i СДС) ыоже бути несиметричною в!дносно горизонтально I площини. Якшо кут ы1сця б1льше ширини променя, то поверхня розд!лу практично не опром1нветься 1 на д!аграму спрямованост! не впливае. Однак е мохлив!сть 1ншого б1льш ефективного п1дходу: можливо так сфорыувати ДС вертикально! ФАГ, но опром!нення поверхн! розд1лу при малих кутах м!соя буде корисням. Для цього необх1дно, цоб сума фаэи поля в точа! в!дбитгя ) фази коеф»ц!ен-ту в1дбиття була кратна 360°. Тод! пряме 1 в!дбите поле будуть складатися, а не в!дн!матися, як це було в розглянутих виде випадках. Оск!льки при малих кутах м1сця коеф!ц!ента в!дбиття для горизонтально! ! вертикально! поляризащй р1вняються -1 не залегно в!д властавостей грунту, фаза поля, onpoMiHiouvoro землю, ! фаза просторового поля повинн! в!др)знятися на 180°. Для реал!зац!1 ц!е1 1де1 антена повинна мата два променя С точи i-ше, ДС с двома максимумами). Один повинен бути спрямоваяим п:д кутом м!сця До, !ншй - п1д кутом м!сця - До. Якщо поле другого променя протафазно поло першого, то п!сля в!дбиття вони скла-дуться в дальн!й зон! синфазно, практично подвоювчи ефективну висоту антени.

В п!дрозд!лах 2.2, 2.3 проанал!зовано вплив нал 1впровIднико-воГ земл! на ДС i поляризаШйн! характеристики ВФАГ для дов !ль-но! л(н!йно! поляризац!!. Виявлено слабкий вплив параметр¡в п!дстияаочо! поверхн! на форму головного лепестка ДС 1 поляриза-ц!йну селектавн!сть при кутах mí спя, менших за кут Брюстера. Розраховано с!кейства ДС в вертикальн!й плоа!н! для ВФАГ з резною к!льк!сти елемент1в по основн!й та поб!чн!й поляризац!ям.

В п(дрозд!л! 2.4 досл!джгно приншши формування в!яла ортогональних промен1в ВФАГ ! метода синтезу д!аграмоформуючих схем СДФС). Описаний алгоритм синтезу ДФС дозволяе побудувата

багатопроменеву матрица без фазових здвипв будь-якого порядку з м!н!мальною к1льк!ств елемент!в.

В п1дрозд 1л1 2.5 описано розробку та реал!зац!в д!юч!х макет!в 15 - елементво! багатопроменевоI ВФАГ висотов 180 м з поляризац1йнов селекц1ев 1 ампл!туднов матрицев розм!рност! 15 х 15 для формування с !мейства промен 1в в площ!н! кута м!сця.

В п 1 дрозд1л1 2.6 вивчено методи п1двищення просторово! селективност! вертикальних ФАГ. Запропоновано метод знигення р1вня близьких до напрямку фазування б!чних лепестк!в ВФАГ, який базуеться на в!дключенн1 Сабо протифазному включенн!) одного елемента гратки. На в1дм!ну в!д ампл !тудного струморозпод!лу з використанням атенюатор1в, запропонований спос!б не призводить до зменшення ККД антенн.

Розглянуто вар!ант розмНаення ВФАГ над похилов плотиною, який дозволяв синфазно складати три хвил1: падаючу, в1дбиту в!д похилог площини та в!дбиту в1д горизонтально! д1лянки земно! поверхн1. В цьому вар!ант1 досягаеться Шдвищення просторово! селективност! ВФАГ•за рахунок зменшення ширини головного лепестка ДС до двох раз!в.

Характеристики вертикально! ФАГ 1 поляризаЩя залехать в!д параметр!в шдстилаючо! поверхн!. тому значна увага прид1ляеться розробц! 1 апробац1I метод!в вим!рввання комплексно! д!електрич-но! проншсност! земл! ! коеф1ц1ент1в Френеля. В п!дрозд!л! 2.7 обгрунтовано, досл!дгено ! експериментально апробовано чотири нових методи виы!рввання параметр!в п1дстилавчо1 поверхн! з метою уточнения характеристик приземних антен з використанням як просторових, так 1 поверхневих хвиль. Для вим!рювання коеф!ц!ен-т!в Френеля з допомогою просторових хвияь застосовувалась ВФАГ ! р 1зносно-фазовий пеленгатор з вертикальним рознесенням елемент!в. Точн! розрахунки компонент поля поверхнево1 хвил! дозволили реал1зувати два незалеяних метода знаходхення комплексно! д1-електрично! проникнут!. Вим!рввання параметр!в земл! з використанням вс!х чот;.. метод!в дали близьк! результата.

В третьему р о з д ! л 1 досл1джено методи оптимального прийому сигнал!в двох поляризац!й при 1оносферному роз-повсюдхенн I декаметрових радЮхвиль. Багатопроменева структура приймаемого поля призводить до 1нтерференц1I 1, як насл!док, до

глибоких завмирань сигнал¡в, а таког до "розтягнення" 1мпульс!в у час t.Ефэктивним способом боротьби з цим е використання високо-спряшваних багатопроменевих антен в точц! прийому. Таким чином можливо в значн!й Mipi знизити завагаючий вплив Юносфэрних мод i р)зко п 1д8ищити "як!стъ" ярийску сигнал ¡в. Одкак, завдяка малому кутовоку розносу кагн!то1онкшс компонент 1нтерфзренц1я и is ними, ш,о зветься поляризац i йними завмираннями, не мохе бути л1кв!дована при реальних posuipax антен т!льки за рахунок просторовоI селекц i Г. Для зкаяення поляризац1йних завмирань е природним використати той факт, цо магн!то!онн! хвил! С звичайяа i незвичайна) маять р1зну поляризац (в. В розд!л! 2 описана антена, яка здатна розд!ляти компонента по поляризац! 1, тобто антена з поляризац 1йною селекц !ев. При цьому виникае задача оптимального використання вказано I властивост! антени з допомогов в!дпов1дним чином функшонувчо! апаратури прийому та обробки сигнал]в в двох каналах поляризац1йиого рознесення. РШеннв д!е! задач! присвя-чено розд1л 3, в якому запропоновано 1 досл!дхено к!лька метод1в обробки як з точки зору м!нш1зац!1 глибини завмирань, так ! з точки зору п!двиаення в1дношення сигналу до шуму. Анал!з дозволив вибрати серед розглянутих мзтод(в оптимальний, який сум!щуе в ссб1 простоту реал!зац!f з високов ефективн)стю. Таким е метод двохканального прийому з складанням огинавчих п!сля л1н!йного детектування. Для його реал1зацП потр!бно радюприймаяьний за-г 16, який мае два капали, настроен! на одну частоту, 1 схему п!слядетекторного складання.

Показано, ао оптимальним способом ослабления поляризац!Иного фод!нгу е адаптиЕиа поляризацШна ф1льтрац!я, коли поляриза-л, i я антени "ся1дкуе" за поляризац tec приймаеиого поля, що дина-а1чно зм1нветься, якао воно формуеться сукупнютв двох магн(то-!онних компонент одного ¡ояосферного променя. При наявност! м!ж-иромэнезоГ !нтзрференцп адаптивний поляризац!йний ф!льтр СПФ) забезпечуе ьиншальну глибину згляихових завмирань в пор!внянн! з 1наши способами поляризацШно! ф!яьтрацП, оск!Льки зазми-рання на виход! двохканального засобу обробки визначавться Плыси флуктуац!ями повно! !нтенсивност! приймаемого сигналу, я!кв!дувати як! без розд!лення (оносферних мод принципово не-юхливо . ПоляризацШна ф!льтрац!я одн!е! магн!то!онно! хвил!

поступаеться по ефективност! адаптивному ПФ. 11 результата мохуть виявитнся негативними при невдало вибран!й поляризац 11 падаючо! на Юносферу хвал).

Перех1д в1д адаптивного ПФ до п fслядетекторного складання огинаючих сигнал!в ортогонально поляризованих канал)в не приводить до noulTBoro пог!ршення результат !в обробки при врахуванн 1 вшшву схривленвя поляризац!йного базису, параметр!в магн!то-Юнних хвиль 1 флуктуаШйно! чутливост! приймально! системи. Пор1ввяння двох основнах поляризац1йних базис!в показало б!лыпу ефективнЮть кругового базису при кваз 1 поз довитому розпавсюдхен-н! хвиль, яхе част!те всього мае м!сце на середньоширотних юно-сферних трасах.

В четвертому р оз i I я I вивчено вплив слабко! ан1зотроп!I на поляризац!с декаметрових радюхвиль.

Сигнал, який пройшов шар магн 1тоактивно! неодвор!дно! плазма, звичайно подапть у вигляд! суперпозиц11 незалехних иагн!то-1онних хвиль , як! розповсвдхуються по близьким траектор!ям. 1нтерференц!я цих хвиль породхуе добре в(дом! поляризац1йн! завмирання сигналу, як! пав'язан 1 з ефектом Фарадея. 0ск1лыа магн !то!онн! хвил! в найпрост!шоиу випадку мають взаемно ортого-нальн! поляризац!!, то при в!дсутност! взаемод1 г поляризац!йн! завмирання мохливо було б л1кв1дувати шляхом вибору поляризац!' приймально! антени або використавяям здвоеного ортогоналш поляризованого лрийому, який описано у розд1л! 3. Одиак,повв!сп усунути завмирання вемохливо, оск!лыси модель нормальних хвиль, як! везалехно розповссджусться в Юносфер1,неприйнятна в загаль-ному випадку.

ДодатковиЯ !втерес до досл!дхвнвя поляризацII декаметрови радюхвиль, як! пройшли шар ан!зотропно! плазми, визвали робот; Ю. А. Кравцова 1968...1971 р.р., як! орисвячен! квазI!зотропном наблнженню СК1Ю методу геометрично! оптики. Ней метод дозволя описатя розповсюдхення сигналу у вигляд! суми двох взаемод!вчи характеристична! Смагн1то!онних) хвиль в облает! поляризац!йног виродхвння, коли р!зниця показник!в заломлення цих хвиль An i 1 / kQl, де kQ - хвильове число у в!льному простор!, I - xapai терния масштаб зм!ни параметр !в середовища. Уявлення про поляр! зац!с, як! Юнували до того часу, полягасть у тому, по грани«

поляризац!я харахтеристичних хвиль в класичн!й магн!то!онн!й теорп СМИ) залежить т1льки в1д величина магн 1тного поля, кута Mtz магн!тним полем I хвильовкы вектором ! не залегать в!д электронно I коицеатрацП плазми. 3 цього робився висновок, в,о експериментальке знаходження гранично I поляризац JI не може бути джерелом вових знань про Юносферу, оск>лыш магв!тне поле вIдоме з достатньоп точн!ств.

В п Iдрозд 1л i 4.1 отримано акал!тачне р!аэння р!вняння переносу поляризац 11 в облает t поляризац 1 ёного виродження для граничите випадк1в кваз шоздовжного I кваз (поперечного розповевдже-ння. Показано, до у випадку Перес 1чення френелевсысих об'ем!в двох маги1то!онних хвиль граничн! умови С поляризац)я поля на вход! в кваз 1!зотропний шар ) визначаються сумарним полем цих хвиль. У противному раз! граничн! умови треба формулввати для кожно! хвил1 ! розглядати кезалежно Гх розповсюдження до точки зпходу хвиль з 1овосферно1 плазухи. З'ясовано, то при малих кутах Mis магн!тним полем ! хвильовим вектором основний внесок з деполяризац!в сигналу вносить поглинання в ниян1й Юносфер!. При значних величинах цього кута присутн!сть поглинання мое© компен-сувати дэполяризашю за рахунок ефекту Коттона -Мутона, яка звичайво взаяаеться визначальнов.

Отрнман! анал1тичн1 р!шеняя р!внянь переносу поляризац!! зручн! при аная!з! умов рсэповсвдЕеияя норкальних хвиль з ураху-ванням !х взаемод! !, а також для оц!нок впливу на спостер1гаему поляризац!» поглинання ! ефекту Коттона-Мутона. Розрахунки поляризац II сигналу, який спостер!гаеться на виход! з Юносфери С гранично! поляризац И), краше проводит чисельно. Такий п1дх!д е особливо ефективним, коли вся травктор1я хвил! може бути описана з допомогов р(внянь кваз ! !зотропного наближення СК1Ю. Мета розгляду, описаяого у п!дрозд!л! 4.2, - чисеяьне !нтегрува-ння р!внянь кваз ! !зотропного наблигзння геометрочно! оптики для досл!дження гранично I поляризац и радюхвиль, як! пройшли скр!зь Юносферу Зэмл1, ао дозволило знайти пом!тн1 в!дм!нност! результат! в KIH ! магн!то!онно! теор!! (MIT), котр! спостер!гаються при наявност ! на траектор 11 хвил! д!лянки кваз (поперечного роз-повевдження. У випадку в!дсутност1 тако! д!лянки розрахунки поляризац!! з викорнстанням КШ I MIT близьк!.

Гранична поляризашя характеристичная юносферних мод в KÎH виявляеться залежное В1д електронно! концентрацИ в облает 1 полдризац¡Иного виродження, тобто у шарах D i Е ¡оносфери, тодi як в MIT така залежн!сть висутня. Макть м!сце розб!жност! ! в залежност! параметр!в гранично! поляризацП харахтеристичних хвиль в!Д кута Mi* магн!тним полем i хвильовим вектором в точа! еиходу сигналу з юносфери. як1 спричиненî ефектом трансформац!Г хвиль. Як результат иього ефекту з'являеться можлив!сть дистан-цtftHoro знаходження поляризацП випремшеюча! антени 1 електронно! концентрац i î в квазi!зотропному шар i по спостерехенням гранично! поляризац!i сигналу. Останне реал!зуеться, якао висх1дна д iлянка траекторп характеризуемся квазшоперечними умовами резпевевяження, ао мае шеце. налриклад, на трас! Харк1в-Москва.

В п'лтему р о з д i л i наведено результата експери-ментальннх досл!джень псляризаш Г декаиетровкк рая!осигная1в на протяжнкх трасах далекого юносферного розповссджекня.

Поляризац!я Юносферних рад i охвияь залишаеться до цього часу кайменш доел¡дкеним параметром сигналу. В план! теор!Ï це пояснветься складн!стю ршення р¡вняння переносу поляризацП в мзгн iтоактивн iй плазм i з урахуванням З1ткнень. но розглядалося у розд¡.i! 4. Нестача експериментальних досл!джень пов'язана з несбх;дн:ств Еикористання пари антен, створюючих ортогональний оазис, i розробки поляр;шетричноI апаратури, яка б працввала в реальному чаек Шльша частина експериментîb. то були проведен! ран!ше, це експерименти вертикального зондування Юносфери 1з застосувакням систем з двох схреиених у горизонтально шгощин! в!братор!В. Реал!заа,!Я похилого зондування.яке викликае найб!ль-ший практичний ¡ктерес в задачах радЮлскац! ! i рад!озв*язку, при достатньо низьгип: кутах мюця потребуе переходу до вертикально! ор!ентацП плодник туриикетно! пари, ао створте труднод1 при установи i антен. Яаявнгсть в (сбитого в!д земя! пода саотво-рюе поляризатс падаючо! хвиль а усунення цих викривлень потребуе знания кутtB м!сця приймаемого сигналу i параметр!в п!д-стилаочо1 поверхн! з залученням метод ¡г !х вим!рввання, под!бних розглянутим у розд 1л1 2. KpiM того, похкле зондування !оносфери викликае у б!льшост! випадк1в багатопроменеве розновсидження рад!охвиль з близысими кутами приходу окремих !оносферних ыод.

В цих умовах малорозмфнi антеннi системи не дозволяпть видгляти окреы i моди, то приводить до бажання використати високоспрямова-н1 антенн! гратки з поляризацiïîhod селекте», розробка i споруд-ження яких - досить складна i дорога задача. Використання описано! в розд1л! 2 вертикально! багатопроменевоГ ФАГ забезпечило упевнене в бiльшост! випадк¡в розд!леннл ¡оносферних код , досл1джвння поляриэадп будь-яко! 3 них ! пом1тно п!двищило над!йн1сть радЮзв'язку на трасах дозжиксв дс 10000 км.

В п¡дрозд¡лт S.1 описано полярдметер декаметрового д1апазо-ну хвиль, який прайсе в реальному час! в хруговому ! л!н1йному базисах з урахуванням вплпзу параметр!в земноI поверхн1 сп!льно з вим!рввачем кутових спектров на баз! антенних граток радю-телескопа УТР-2. В п!дрозд1л! S.3 наведено результата вим1рвван-ня гранично! поляризацП нормальних хвиль, як! спостер!гаються на довготних paatonlH!ax в режим 1 однопроменевого прийому. Для трас п!вденного, а також захиного напрямху поляризац!я магн!то-Юнних хвиль виявилась близькою до кругово!, ао зумовило високу ефективн!сть метод!в поляризац!йно! ф1льтрацП, як! базувться як на вид1ленн1 одн1е! хвил i, так ! на формуванн1 повно{ ампл!туди сумарного поля. У випадку прийома сигналу з п!вн!чного напрямку Страса Москва-Харк¡в) при кваз!поперечному розповсюдженн1 на низх!дн!й Д1лянц! траектор!! спостер!гаемi магн!то1онн! хвил1 в ряд! випадк!в мали суттево ел!птичну взаемно неортогональну поляризац !в. Це обумовило пог!ршення результат!в поляризад !йно! селекц!! при залишков!й глибин! флуктуаШй р1вня сигналу до 25« .

Використання розробленоI ! споруджено! високоспрямованоI вертикально! ФАГ дозволило вивчити поляризац!в окремих ¡оносферних мод в умовах багатопроменевост! Сп1дрозд!л 5.4), а також ощнити виграа в достов1рност1 прийому 1нформац!1 в пор!внянн1 з типовое атггенов б1гучо! хвил i БС-2, яка мае горизонтальну ор!ен-тац!с ! одну л!н!йну поляризац!». Спостер1гаека на рад 1отрасi Санкт-Петербург - Краснодар поляризац!я нориальких хвиль моди 1F2 при кутах м'.сця Д ^ 20° виявилася близькоа до л1н1йно1. Мода 1Е часто такоа була л1н!йно поляризованоп внасл!док висо-ких град!ент!в !он!зад!Г в шар! Е (оносфери ! в 1 дбиття хвил! без магн!то!онного розщеплення. Виграш ВФАГ в пор!внянн! з БС-2 по критер!в середньо! в!рог!дност! помилки досягав 32 раз!в при

використанн1 оптимального променя ВФАГ з двома ортогональними поляризац(ями. Високоточне вим(рввання кутових спектр 1в з допо-могов ВФАГ стало основою для р!шенвя задач) знаходхення дальнос-т1 до джерела рад1овипром1нввання. При використанн1 комб1новано-го методу побудови проф!лю електронно! концентрад 11 помилка знаходхення дальност1 не перевиаувала к!лькох процент 1в.

В п(дрозд1л1 5.5 наведено опис апаратурного комплексу для вшфом1нвваввя в декаметровоыу д (апазон 1 хвиль дов1ль-но1 ел!птично1 поляризац1I, з допомогою якого проведено поляризац !йно - узгоджене зондування Юносфери на похил(й трас! протяжн(стю 1200 км. Реал(зад1я режиму поляризац Шного узгоджен-ня дозволила розд(льно вивчити поляризац1ю магн1то1онних хвиль при кваз1поперечному розповсюдженнI, а такох пом(тно стаб!л1зу-вати поляризац 1йн 1 характеристики приймаемого сигналу за рахунок перевщевня на 16...20 дБ ампл!туди збудхуемоГ "хорисно!" хвял1. Розглянуто метод формування л(н(йно поляризованою антеною сигналу дов(льноГ поляризац!Г С в(д л!н(йно! до круговоI який базуеться на комплексних вяастивостях коефШ1ент1в Френеля 1 мохе бути використаний при зд!йсвенн! виб1ркового збудхення магн(то(онних хвиль.

Реал 1 зад 1я сумюних в!м1рювань поляризац(I 1 кут1в м1сця дозволила експериментально виявити ефект взаемод 11 магн!то(онних хвиль в нихн1й юносфер!, який проявляеться у кваз1пер Юдичних зм1нах повно! ампл1туди сумарного поля при р1зниц1 кут1в м1сця парц1альних хвиль меное 1°, а такох у зменшенн 1 коеф!ц1енту ел1птичност1 нормальноI хвил! в пор!внянн1 з результатами магн1-тоювног теор!! Сп(дрозд 1л 5.0). Окр 1м чисто ф(зичного ¡нтересу, розглянутий ефект вахливий для практики використання декаметро-вого радЮканалу. В проведених експериментах глибина зм!н повно Г ампл1туди приймаемого сигналу не перевиаувала 20...25 %. Цв означав, то у випадку однопроменевого прийому I при використанн 1 двохканально! ортогонально поляризовано I система поляризац (йн 1 завмирання не перевтауватимуть вказано! величини 1, в!дпов1дно, не вплинуть пок!тно на над1йн1сть радЮканалу.

В п!дрозд 1л1 5.7 вивчена ефективнЮть застосування просто-рово-поляризац (йного $1льтра СПГМО з базою близько 3 X. для усуненвя 1нтерференц!йннх ] поляризац1йних завмирань в умовах

багатопроменевост ¡. Експериментально показано,-що при прийом 1 двохпроменевого сигналу 1Е + 1F2 на трас i Москва - Харк1в ППФ дозволяе повн!ств усунути завхкрання яа р1вн! - 10 дБ в!дносно максимального значения.

У В и с н о в к у наведено основн! результата í висковкк робота.

Основн í результат и, як 1 в и я о с .m -с я на запет:

1. Впершэ в декаметровону д!апзгоя! запропоногано $!зичн! принципа побудови, досл!дяено д(агргнк спрямованост i С ДС) I поляризацШн! характеристики I реал!зована вертикальна ФАГ, яка мае дв1 ортогональн1 поляризацП I використовуе в!дбиття в!д земл! для звуження вдвое ширини головного лепестка ДС. Вивчена коглив1сть додаткового зменшення ширини ДС до двох раз¡в при рсзмШенн! антени над похилов площинов.

2. Запропоновано легко реал1зуемий на ПЕОМ алгоритм розра-хунку трьох компонент поля земно! хвил! в близи 1й зон!, яккй базуеться на прямому сбчисленн! 1нтеграл!в Зомшрфельда.поперед-пьо поретворених для забезпеченкя ïx швидко1 сходимость 3 його донского» сбгрунтоваяо i досл!дхено два ноаах датоди знаходження комплексно f д1електркчно1 проникност í п!дстилавчо! повархн!, hîc i дозволили вкязити р!чн! Baplauiï ефектизноI плои! найб!льшого декакетрозого рад!отелескопу УТР-2.

3. Отркнано акал ¡тачке 1 чисельне ривення р ¡внякня переносу поляризацН в кваз í 1зотропному ваблихэан1 з урахуванням поглн-нання для конкретнах моделей !оносфери. Показано, що во! пояяра-зад!йн! характеристики сигналу i його (нтенсивн!сть е осцюювчи-Ш1 функцгямн довални шляху хвил! з плазы!, що принципово обмежус моаливост! усунення поляризац!йних завмирань в 1оносферному радюканал!. Виявлено, що внасл!док ефекту трансформац ! Г хвиль гранична поляркзащг !онос$ервих иод эалеаить в!д електронно! кониентрац ! ! з нижн1П ioHocfepi. Tasa заяэжн!сть в хласичн 1й исагн i то iohhíü теор i1 в!дсутня.

4. Б результат! експеримэнтального дося!дгання нормальиих хвиль отриыано, цо îx г.оляркаац!я «ose бути як близьков до кру-гово1 (траси поденного ! зах!дного напрямк!в), так ! суттево ел!птичнов взаемно неортогональнов Сп!вн!чний напрямок) , що

викликано кваз Шоперечними умовами на низх1дн1й д1лянц! траекто-р 11. Використання високоспрямовано! ВФАГ вперше дозволило вивчи-ти поляризащю окремих ¡оносферних мод в умовах багатопромене-BocTl, спостер1гати л1н!йну поляризаШю нормальних хвиль траек-ToplS 1F2 1 IE . Експериментально виявлено ефект взаемодИ магн1то10ННИХ хвиль в нихн1й 1оносфер1, який проявляеться в кваз1перюдичних зм1нах повноГ 1нтенсивност! сумарного поля.

5. Запропоновано f досл(джено методи оптимального прийому сигнал!в двох поляризаЩй при юносферному розповсюдженн1 рад1о-хвиль, як 1 м!н1м!зують глибину завмирань сигналу 1 максим1зують в 1дношення корисного сигналу до флуктуащйного шуму.

П у б л 1 к а ц l I за темою i не е рта к 1 I :

1. Фалькович И. С. Способ снижения боковых лепестков вертикальной антенной решетки, использующей отражения от границы раздела // Радиотехника и электроника. - 1990.- Т. 33, N 3.- С. 637-639.

2. Содия Л.Г., Фалькович И.С. Изучение траекторных характеристик KB сигналов о помощью протяженной антенной решетки // Электросвязь.- 1990.- N 4.- С.14-16.

3. Фалькович И. С., Глибицкий M. М. Вертикальная антенная решетка, размещенная над наклонной плоскостью // Радиотехника и электроника." 1991.- Т.38, N 6.- С. 1124-1128.

4. Фалькович И. С. Ослабление поляризационных замираний при ионосферном распространении декаметровых волн // Электросвязь.-1992.- N 1.- С.31-33.

5. Степанова Н.А., Фалькович И. С. Взаимодействие магнитоионных волн в нижней ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия.- 1992.-Т. 32, H 6.- С. 68-77.

6. Bruck Yu. H., Inyutin G. A., Falkovich I.S. and Sodin L.6.

A multibeam polarized broadband vertical array antenna for high reliability communication sistems // Jour'nees Internationales sur les Antennes. - 1992. - V. 6. - P. 637-639.

7. Брук Ю. M., Содин Л. Г, Фалькович И. С. и др. Вертикальная многолучевая антенная решетка KB диапазона с поляризационной селекцией // Электросвязь.- 1993.- N 7.- С.17-18.

8. Falkovich I.S., Kalinichtnko N.N., Sodin L.6. and

Stanislavsky A.A. An effective technique for measuring the dielectric constant of the ground to determine parameters of antennas, above an Interface // Journées Internationales sur les antennes. 1994.- V.7.- P. 370-374.

9. Седин Л. Г. .Фальксвич И. С. Измерение коэффициентов Френеля с помощью вертикальной фазированной антенной решетка // Радиотехника и электроника.- 1995.- Т.40, H 4.- С.552-563.

10. Фалькович И.С., Калиниченко H.H. KB антенна круговой поляризации иа основе линейного диполя, размещенного над полупроводящей землей // Электросвязь.- 1995.- N3.- С.29-31.

11. Фалькович И.С., Калиниченко H.H., Станиславский A.A. Экспериментальные исследования наклонного пояяризационно-согласован-ного зондирования ионосферы в декаметровом диапазоне волн // Геомагнетизм и аэрономия. - 1995.- Т. 35, N 6.- С. 123-131.

12. Содин Л.Г., Фалькович И.С., Шпак А.И. Экспериментальные исследования многолучевой вертикальной ФАР KB диапазона // Электросвязь. - 1993.- N г. - С. 29-31.

13. Содин Л.Г., Фалькович И.С., Калиниченко H.H. Использование поверхностной и пространственной волн для измерения диэлектрической проницаемости почвы и уточнения характеристик наземных антенн // Радиотехника и электроника.- 1996.- Т.41 , N 10. -С.1191-1196.

14. Фалькович И. С., Калиниченко H.Н. Применение разностно-фазо-вого пеленгатора для измерения коэффициентов отражения от земли // Электросвязь. - 1996. - N 2. - С. 32-33.

15. Фалькович И. С. Поляризация радиоволн в ионосфере : магнитофонная теория и квазиизотропное приближение // Радиофизика и радиоастрономия. - 1996. - Т. 1, N 2. - С. 260-2®.

16. Фалькович И. С. Измерение флуктуация углов прихода декашт-розого радиосигнала по углу поворота плоскости поляризации // Укра Пгськкй метролог1чний журнал. - 1997.- И 2.- С. 11-13.

17. Содин Л. Г., Фалькович И. С., Калиниченко H. Н. Определение параметров зешли по измерения поперечной поляризация поверхностной волны // Радиотехника. - 1997.- Т. 52, N 1.- С. 95-102.

18. Фалькович И. С. Измерение поляризации многолучевого сигнала с помощью пространственно-поляризационного фильтра //Укра Гнський метролог1чний журнал, - 1997.- N 1,- С. 49-50.

19. А.с. 1660090 СССР. Способ формирования диаграммы направленности в угломестной плоскости вертикальных антенных решеток слабонаправленных горизонтально поляризованных элементов / И.С.Фалькович, М.М.Глибицкий (СССР). - Заявлено 01.12.1988. Опубл. 01.03.1991.- Бюл. N24.

20. А. с. 302987 СССР. KB антенное устройство с веерной ДН для разнесенного по углам прихода приема сообщений от удаленных корреспондентов / Ю.Д.Ротенко, К.А.Федоров, А.И.Шпак, А.В.Кучерявый, И. С. Фалькович ССССР). - Заявлено 17.06.1988. Опубл. 2.10. 1989.

21. Фалькович И. С. Эффективность поляризационной фильтрации KB на наклонных трассах // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума "Ионосфера и взаимодействие декаметровых волн с ионосферной плазмой". -Ч. II. - М.: Наука, 1989. - С. 33.

22. Фалькович И. С. О возможности поляризационного согласования на передающем конце KB радиотрассы // Тезисы докладов XVII Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. - Секц. 9. - М.: Наука, 1993. - С. 45..

23. Stepanova N.A., Falkovich I.S. Polarization of the HF signal passed through the Ionosphere // Abstracts of the XXIV-th General Assembly of the International Union of Radio Science.-Japan, 1993,- P. 313.

АННОТАЦИЯ

Фалькович И.С. Поляризация радиоволн в ионосфере, антенны с поляризационной селекцией и эффективность декаметрового радиоканала. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. Рукопись. Институт радиофизики и электроники НАН Украины им. А. Я. Уси-кова, Харьков, 1997.

Зашщазтся 23 научныз padc-ш, котсрыэ содержат результаты теоретических и экспериментальных исследований поляризации дека-метровых радиоволн, распространяющихся в магнитоактивной ионосферной плазме. С использованием квазиизотропного приближения геометрической оптики получены аналитическое и численное решения уравнения переноса поляризации. Показано, что поляризационные характеристики сигнала являются осциллирующими функциями длины пути волны в плазме, а предельная поляризация нормальных ионосферных мод зависит от электронной концентрации в нижней ионосфере. Применение разработанной вертикальной антенной решетки впервые позволило изучить поляризации кагнитоионных волн в условиях многолучевости» экспериментально установить эффект взаимодействия нормальных волн. Предложены и исследованы методы оптимального приема сигналов двух поляризаций при дальнем ионосферном распространении.

ABSTRACT

Falkovich I.S. Polarization of radiowaves in ionosphere, antennas with polarization selectivity and efficiency of HF radiochannel. Dissertation for Scientific Degree of Doctor of Sciences (Physics and Mathematics) in Speciality 01.04.03-Radio-physics as a manuscript. Institute of Radiophysics and Electronics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkiv, 1997.

23 scientific articles are defended that contain the results of the theoretical and experimental investigations of the HF radiowaves polarization which is propagated in the ionospheric plasma. The analytical and numerical solutions of the polarization transfer equation have been obtained by using the quasi-isotropic approximation of the geometries optics . It was demonstrated that the polarization parameters of a signal are oscillating functions of length path of wave in plasma and limiting polarization of characteristic ionospheric modes depend on

electron density in lower ionosphere. The use of the elaborated vertical antenna array allowed the ivestigations to be made of the magneto-ionic waves polarization in the multiray conditions and it allowed to discover the transformation effect of the characteristic waves. For long ionospheric paths the methods of the optimum signal receiving of two polarizations have been suggested and investigated.

Ютчов 1 слова: поляризац!я, магн!то1онна хвиля, квазПзо-тропне наблихення, антенна гратка, взаемод(я хвиль.

В 1дпов1дальний за випуск Коноваленко 0.0.

Шдписано до друку 15.05.1997 р.. Формат паперу 60x80x16.

Пап!р офс.. Офс. друк.. Об'ем 1,8 ф!з. д. л..

Заказ N 33 . Тирах 100 прим.. Безкоштовно.

Ротапринт IPE НАН Укра1ни, Харк1в-85, вул. Акад. Проскури,12.