• Распространение электромагнитных импульсов в природных средах

  Руководитель направления Стрелков Герман Михайлович и.о.зав.лаб., д.ф.-м.н., профессор эл. почта: [email protected]

  
  

  Целью работы, которая ведется в лаборатории по указанному направлению является постановка и решение новых оригинальных задач в области распространения и описания искажений радиоимпульсных сигналов гигагерцевого и терагерцевого частотных диапазонов, строго говоря, с произвольно задаваемыми начальными характеристиками в природных средах. Под последними имеются ввиду прежде всего, планетные атмо-сферы и ионосферы и межпланетная плазма. В частности, результаты, приводимые ниже и рассматриваемые нами как достижения, являются, по нашему мнению, новыми и не имеющими аналогов в литературе. При этом существенной особенностью результатов являются возможности инициировать на их основе ту или иную совокупность новых исследований.

• Получено не имеющее аналогов в литературе интегральное соотношение, во временной области выражающее напряженность поля поступающего в холодную плазменную среду импульса через напряженность поля излучения, регистрируемого на приемном конце трассы. На его основе для сверхкороткого синусоидального цуга с синусоидальной огибающей показана возможность восстановления поступающего в среду импульса в широких интервалах интегральной электронной концентрации (TEC).

  

  Рис.1. Сопоставление напряженностей поля излучаемого E(0;t') (кривые 1), принимаемого E(TEC;t') (кривая 2 слева) и восстановленного E_B(TEC;t') (кривая 2 справа) импульсов в бесстолкновительной холодной плазме при длительности импульса t_и = 8 нс, несущей частоте f'=0.125 ГГц и интегральной электронной концентрации трассы TEC = 2.0×10¹⁶ м^-2.

  Публикации:
  
  • Стрелков Г.М., Худышев Ю.С. О возможности восстановления сверхкороткого радиоимпульса, деформированного при прохождении холодной плазменной среды. // Радиотехника и электроника. 2022. Т.67. №8. С. 729-735

• В последние десятилетия опубликованы весьма многочисленные иссле-дования, авторы которых трактуют свои теоретические и/или экспери-ментальные результаты как обоснование или обнаружение возможности сверхсветовых скоростей распространения электромагнитных импульсов в газовых средах. На этой основе далее развились представления о «быстром» свете и «медленном» свете и стали анализироваться возможности управле-ния скоростью распространения импульсов. через вариации характеристик среды. Поскольку при этом все без исключения вышеупомянутые работы в своих выводах так или иначе опираются на предварительно преобразо-ванное интегральное решение Фурье, выполнен анализ процесса распро-странения электромагнитного импульса в резонансно-поглощающей газовой среде на основе интеграла Фурье без введения каких-либо допущений, приводящих так или иначе к упрощениям подынтегрального выражения. Показано, что до окончания временного отрезка, предписываемого уравне-ниями Максвелла, излучение на выходе из слоя отсутствует. Иначе: эффекта «сверхсветового» распространения электромагнитного импульса через резонансно-поглощающую среду интеграл Фурье не содержит. Предложена альтернативная интерпретация смещения к началу импульса максимума огибающей выходящего из слоя излучения при малых оптических глубинах (~ 1) слоя на несущей частоте.

  

  Рис. 2. Огибающие поля излучения в начале z = 0 (кривые 1) и конце z = Z (кривые 2) трассы для шляповидного импульса при несущей и резонансной частотах f'=ν_ij=380.1 ГГц; полуширине спектральной линии ∆ν = 0.025 ГГц; оптической глубине трассы τ(ν_ij) = 1: высоте A₀ = 1 и длительности импульса t_и= 10^-8с.

  Публикации:
  
  • Стрелков Г.М., Худышев Ю.С. О «сверхсветовом» распространении электромагнитного импульса в резонансно-поглощающей газовой среде. // Радиотехника и электроника. 2023. Т.68. №1. С. 37-43

• Выполнен анализ характера и особенностей дисперсионных искажений сверхкоротких радиоимпульсов с различными начальными характеристиками в бесстолкновительной межпланетной плазме. Полученные результаты позволяют заключить, что, несмотря на значительную деформацию излучаемых импульсов в холодной бесстолкновительной плазме, их амплитудные спектры и автокорреляционные функции практически не изменяются, мгновенная частота, начиная с некоторых значений TEC, монотонно убывает со временем, а огибающая принимает вид амплитудного спектра, обращённого по частоте из-за полного разделения формирующих импульс групп гармоник по временной оси.

  

  Рис.3. Напряженность поля (черные кривые) и мгновенная частота (синие кривые) излучаемого синусоидального радиоимпульса с частотной манипуляцией (а) и деформированного в межпланетной плазме импульса (б)

  Публикации:
  
  • Худышев Ю.С. Сверхкороткий радиоимпульс с частотной манипуляцией на межпланетной трассе // XIX Конференция молодых ученых «Фундаментальные и прикладные космические исследования». Сборник трудов. М.: ИКИ РАН. 2022. С.162-176

• Получено аналитическое решение задачи о распространении электромагнитного импульса в атмосферном окне прозрачности, когда его спектр приходится на частотный интервал, ограниченный соседними резонансными частотами какого-либо газового компонента среды. Решение не является результатом вычисления интеграла Фурье и не ограничено длиной трассы или выбором a priori временного хода напряженности поля излучаемого импульса.

  

  Рис.4. Напряженность поля (кривая 1) и мгновенная частота (кривая 2) радиоимпульса с несущей 355 ГГц, распространяющегося в атмосферном окне прозрачности, ограниченном частотами 326,4 (3) и 380,1 (4) ГГц, при оптических глубинах трассы на резонансных частотах среды τ₁ = 10 и τ₂ = 90; полуширинах спектральных линий Δ ν₁ = 2.79 ГГц и Δ ν₂ = 2.84 ГГц и длительности импульса 0.028 нс.

  Публикации:
  
  • Стрелков Г.М. Дисперсионные искажения сверхкороткого радиоимпульса в газовой среде с двумя резонансами. РЭ. 2018. Т.63. № 7. С.627-640

• Выполнен анализ возможности приближения бигауссовским распределением напряженности поля и ее мгновенного приращения радиоимпульса с хаоти-ческой огибающей, деформированного при распространении в резонансно-поглощающей газовой среде. Случайное поле и его мгновенное приращение, регистрируемое на приемном конце трассы, находится как результат реше-ния задачи непосредственно во временной области без привлечения ин-теграла Фурье. Показано, что они заведомо не являются гауссовскими. Параметры искомых бигауссовского распределений определяются далее решением оригинальной системы алгебраических уравнений, получаемой по данным о поле в каждом конкретном случае с частичным привлечением метода моментов. Рассмотрены возможные интервалы значений основных параметров задачи (полуширина спектральной линии, оптическая глубина трассы, начальная длительность импульса), для которых указанное прибли-жение оказывается эффективным.

  

  Рис. 5. Пример деформации прямоугольного радиоимпульса с хаотической огибающей в резонансно-поглощающей газовой среде (а) и его приближения бимодальным гауссовским распределением при несущей импульса и резонансной частоте среды 380.1 ГГц; полуширине спектральной линии Δ ν = 0.5 ГГц, оптической глубине трассы τ=20 и числе скачков огибающей N=50.

  Публикации:
  
  • Стрелков Г.М., Лепехин В.В. О статистическом описании напряженности поля радиоимпульса с хаотической огибающей в резонансно-поглощающей газовой среде. Всероссийская открытая научная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». . – Муром: МИ ВлГУ, июнь 2023 г.).– Материалы конференции. 2023. С.94-102

Информация о лаборатории доступна также на сайте Фрязинского филиала ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН