Учебник.
Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 010800 - Радиофизика и по специальности 010801 - Радиофизика и электроника
| Предисловие |
| Глава 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В РАДИОТЕХНИКЕ И РАДИОФИЗИКЕ |
| | 1.1. Радиоволны и их применение |
| | 1.2. Распространение радиоволн в природных средах |
| Глава 2. ОБЩИЕ СВОЙСТВА РАДИОВОЛН |
| | 2.1. Волновое уравнение и плоские волны
в однородной среде |
| | 2.2. Сферические волны в однородной среде |
| | 2.3. Особенности поляризации радиоволн |
| | 2.4. Интегральные уравнения, метод Кирхгофа
и зоны Френеля |
| | 2.5. Лучевое приближение и метод геометрической оптики |
| | 2.6. Групповая скорость и волновой пакет
в среде с дисперсией |
| | 2.7. Лемма Лоренца и теорема взаимности |
| Глава 3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ДЕЦИМЕТРОВЫХ И САНТИМЕТРОВЫХ РАДИОВОЛН ЧЕРЕЗ АТМОСФЕРУ И ИОНОСФЕРУ |
| | 3.1. Коэффициент преломления и рефракция радиоволн |
| | 3.2. Запаздывание радиоволн в атмосфере и ионосфере |
| | 3.3. Влияние атмосферы и ионосферы на частоту радиоволн |
| | 3.4. Принципы мониторинга ионосферы
с помощью сигналов космических аппаратов |
| | 3.5. Радиозатменный метод исследований атмосферы |
| Глава 4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ |
| | 4.1. Статистические характеристики неоднородностей коэффициента преломления |
| | 4.2. Флуктуации фазы |
| | 4.3. Корреляционные функции флуктуаций радиоволн |
| | 4.4. Флуктуации амплитуды, фазы и частоты |
| Глава 5. РАДИОВОЛНЫ НАД ПЛОСКОЙ ГРАНИЦЕЙ РАЗДЕЛА СРЕД |
| | 5.1. Распространение метровых и дециметровых радиоволн при высокоподнятых антеннах |
| | 5.2. Распространение коротких и средних радиоволн при расположении антенн у границы раздела сред |
| Глава 6. ДИФРАКЦИЯ РАДИОВОЛН
НА СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ |
| | 6.1. Теория дифракции радиоволн
на поверхности Земли |
| | 6.2. Закономерности дифракции радиоволн |
| Глава 7. ЗАГОРИЗОНТНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ РАДИОВОЛН |
| | 7.1. Распространение радиоволн
в тропосферном волноводе |
| | 7.2. Дальнее тропосферное распространение радиоволн |
| | 7.3. Дальнее ионосферное распространение
метровых радиоволн |
| Глава 8. ИОНОСФЕРНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОРОТКИХ РАДИОВОЛН |
| | 8.1. Характеристики ионосферной плазмы |
| | 8.2. Общие закономерности распространения радиоволн в плазме |
| | 8.3. Закономерности ионосферного распространения коротких радиоволн |
| | 8.4. Методы мониторинга ионосферы |
| Глава 9. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СРЕДНИХ
И ДЛИННЫХ РАДИОВОЛН |
| | 9.1. Особенности распространения средних радиоволн |
| | 9.2. Нелинейные эффекты при распространении
средних волн в ионосфере |
| | 9.3. Длинные радиоволны в волноводе
"поверхность - ионосфера" |
| Глава 10. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
ЧЕРЕЗ ПОГЛОЩАЮЩИЕ СРЕДЫ |
| | 10.1. Поглощение волн в однородных средах |
| | 10.2. Распространение радиоволн в воде |
| | 10.3. Распространение волн в грунтах |
| | 10.4. Распространение радиоволн в лесу |
| | 10.5. Поглощение миллиметровых волн в атмосфере |
| Глава 11. ОТРАЖЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН ПОВЕРХНОСТЯМИ |
| | 11.1. Общие соотношения |
| | 11.2. Отражение радиоволн от сферической поверхности |
| | 11.3. Рассеяние радиоволн неровной поверхностью |
| | 11.4. Закономерности рассеяния радиоволн
и методы исследований поверхностей |
| Система единиц и размерности |
| Литература |
| Предметный указатель |
Задача книги -- дать научным сотрудникам и инженерам, студентам
старших курсов и аспирантам, специализирующимся по радиофизике и
радиотехническим дисциплинам, базовый минимум знаний о
закономерностях распространения радиоволн в природных средах.
При обсуждении необходимой полноты изложения разделов книги
авторы исходили из представления, что требования к глубине
анализа конкретных задач для лиц, специализирующихся по
радиофизике, радиотехнике, радиосвязи, радиолокации и
радионавигации, различны. Поэтому мы стремились изложить разделы
книги с примерно одинаковой полнотой, а в списке литературы
привели основные книги по распространению радиоволн, где более
полно описаны соответствующие разделы.
Из имеющейся литературы нужно отметить большую серию учебников
"Электродинамика и распространение радиоволн", например [1,
2], где весьма полно изложены основы электродинамики и
распространения волн в волноводах, спиральных, гребенчатых
структурах, резонаторах и очень кратко описаны особенности
распространения радиоволн в природных средах. Университетский
учебник "Распространение радиоволн" [3] был опубликован в
1952 г. и, естественно, он не содержит многих новых разделов. В
1972 и 1984 гг. были выпущены учебники "Распространение
радиоволн" [4--6], в которых материал изложен в объеме,
необходимом студентам специальностей "радиосвязь" и
"радиолокация", но недостаточном для студентов-радиофизиков.
Авторы решили создать книгу, в которой объем сведений о
распространении радиоволн в природных средах был бы достаточен и
для радиофизической, и для радиотехнических специальностей.
План книги и объем сведений, изложенных в ее разделах,
сформировались в результате чтения лекций по курсу
"Распространение радиоволн" в Нижегородском и Томском
университетах, а также при подготовке аспирантов в Институте
радиотехники и электроники Российской академии наук. Первая
вводная глава дает начальные сведения о задачах распространения
радиоволн в природных средах, возникающих в прикладных
радиотехнических исследованиях и при изучении сред
радиофизическими методами. Во второй главе приведены общие
сведения об электромагнитных волнах, которые обычно излагаются в
разделах курса "Электродинамика". Мы привели эти сведения
компактно в одной главе, чтобы применять изложенные в ней
формулы и методы решения задач в последующих главах. Главы 3 и 4
содержат сведения о влиянии атмосферы и ионосферы в таких
условиях, когда происходит "почти свободное" распространение
сантиметровых, дециметровых и метровых радиоволн и эти среды
оказывают малое влияние на радиоволны. В главах 5 и 6 дан анализ
распространения радиоволн над плоской и сферической
поверхностями в условиях, когда можно не учитывать влияние
атмосферы или ионосферы. Далее, в главе 7, изложены особенности
загоризонтного распространения дециметровых и метровых
радиоволн, когда существенно рассеяние волн на статистических
флуктуациях коэффициента преломления атмосферы и ионосферы или
когда нужно учитывать влияние атмосферного волновода.
Закономерности ионосферного распространения коротких радиоволн
на большие расстояния описаны в главе 8. В этой главе приведены
краткие сведения об ионосфере. Мы отказались от подробного
описания механизмов образования ионосферы и поэтому смогли более
сжато изложить материал этой главы. В главе 9 описаны
особенности распространения средних и длинных радиоволн на
большие расстояния, когда нужно учитывать и влияние ионосферы, и
влияние поверхности. В отдельные главы 10 и 11 выделены сведения
о закономерностях распространения радиоволн в поглощающих средах
и об особенностях рассеяния волн разными типами поверхностей.
В текст включены многочисленные таблицы и графики, позволяющие
дать простую оценку ожидаемых эффектов распространения радиоволн
в различных ситуациях, а в предметном указателе приведены ссылки
на основные понятия, законы, методы и соотношения, что позволит
использовать книгу как справочник.
Для изучения этой книги достаточно знаний вузовских курсов
физики и высшей математики, а также вводного курса
электродинамики.
Эта книга соответствует программе курса "Распространение
радиоволн" для студентов радиофизической специальности
университетов. Программы этого курса для студентов технических
вузов, специализирующихся по радиосвязи, радиотехнике и
радиолокации, не содержат разделов с изложением методов
исследований сред радиофизическими методами, поэтому для
студентов этих специальностей § 3.4, 3.5, 8.4 можно исключить
и также опустить изучение § 4.2, 4.3, 6.1 и 11.3.
Мы используем систему единиц МКС, размерности основных величин
указаны на с. 483 настоящей книги. Гармоническую зависимость от
времени в комплексной форме даем как exp{-i omega t},
а векторы выделяем "жирными" символами.
Труд авторов распределился следующим образом: главы 1, 2, 3, 4,
9 и 11 написаны О.И.Яковлевым, главы 5, 6 -- А.Г.Павельевым
и О.И.Яковлевым, глава 8 -- В.П.Урядовым, главы 7, 10 --
В.П.Якубовым.
При создании этой книги авторы консультировались у многих
специалистов Института радиотехники и электроники РАН,
Нижегородского и Томского университетов. Авторы выражают особую
благодарность О.М.Ракитиной, В.А.Ануфриеву, В.П.Беличенко,
Г.Г.Вертоградову, А.Л.Гаврику, А.И.Захарову,
С.С.Матюгову, А.А.Понятову, Л.Н.Самознаеву, В.М.Смирнову
за консультации и помощь в создании этой книги.
Яковлев Олег Изосимович
Профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, лауреат двух Государственных премий СССР.
Якубов Владимир Петрович
Профессор, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой радиофизики Томского государственного университета, почетный работник высшего профессионального образования РФ, член редколлегии журналов «Известия высших учебных заведений — Радиоэлектроника» и «Оптика атмосферы и океана».
Урядов Валерий Павлович
Доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией физики ионосферы и распространения радиоволн Научно-исследовательского радиофизического института, доцент кафедры распространения радиоволн и радиоастрономии Нижегородского университета, почетный работник науки и техники РФ, член редколлегии журнала «Известия высших учебных заведений — Радиофизика».
Павельев Александр Геннадьевич
Профессор, заведующий лабораторией распространения радиоволн Института радиотехники и электроники РАН.
