Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 12
1.1. Некоторые публикации по экспериментальному и теоретическому исследованиям эффекта нелинейного рассеяния (ЭНР) 12
1.2. Обзор методов теоретического анализа ЭНР 14
1.3 Вопросы возбуждения и зондирования заглубленных нелинейных отражателей 17
1.4. Выводы 22
2. Возбуждение и рассеяние плоской волны на тонких нелинейных вибраторах, расположенных в свободном пространстве 24
2.1. Рассеяние бигармонического ЭМ поля на вибраторе с нелинейной нагрузкой 24
2.1.1. Постановка задачи 24
2.1.2. Решение задачи 24
2.1.3. Численные результаты 31
2.2. Рассеяние на двух параллельных вибраторах 37
2.2.1. Постановка задачи 37
2.2.2. Решение задачи 39
2.3. Рассеяние на нескольких вибраторах, оси которых произвольно ориентированы на плоскости 45
2.3.1. Постановка задачи 45
2.3.2. Решение задачи 46
2.4. Выводы 57
3. Возбуждение линейных вибраторов, расположенных в плоском однородном слое диэлектрика на металле 59
3.1.Случай элементарного магнитного вибратора, параллельного границам раздела 59
3.1.1. Обоснование возможности применения метода зеркальных источников 59
3.1.2. Постановка задачи 60
3.1.3. Решение задачи 60
3.1.4. Проверка выполнения граничных условий 82
3.1.5. Численные результаты 86
3.2. Случай элементарного электрического вибратора, параллельного границам раздела 96
3.2.1. Постановка задачи 96
3.2.2. Решение задачи 96
3.3. Случай симметричного вибратора конечных размеров, параллельного границам раздела 91
3.4. Случай элементарного вибратора, нормального к границам раздела 100
3.4.1 Постановка задачи 100
3.4.2. Решение задачи 101
3.5. Случай произвольно ориентированного электрического вибратора Герца 106
3.5.1 Постановка задачи 106
3.5.2. Решение задачи 107
3.6. Выводы 108
4. Возбуждение и зондирование плоской волной нелинейного электрического вибратора в плоском однородном слое диэлектрика на металле 109
4.1. Случай нелинейного вибратора Герца (НВГ), параллельного границам раздела сред 109
4.1.1. Задача возбуждения НВГ бигармонической ЭДС 109
4.1.2. Задача зондирования НВГ, помещенного в слой диэлектрика на металле, плоской волной 129
4.1.3 Характеристики рассеяния НВГ в слое диэлектрика на металле 132
4.1.4. Матрицы рассеяния 137
4.2. Случай НВГ с произвольно ориентированной осью 151
4.3. Случай нелинейного электрического вибратора конечных размеров, параллельного границам раздела 156
4.3.1. Применение метода интегрального уравнения относительно поверхностных токов на комбинационных частотах 156
4.3.2. Применение метода зеркальных изображений 165
4.4. Выводы 168
5. Возбуждение и зондирование плоской волной решетки нелинейных электрических вибраторов в плоском однородном слое диэлектрика на металле 171
5.1. Случай решетки из нелинейных электрических вибраторов, произвольно ориентированных на плоскости 171
5.2. Случай конечной периодической решетки из НВГ 177
5.2.1. Постановка задачи 177
5.2.2. Решение задачи 179
5.2.3. Численные результаты 187
5.3. Случай бесконечной двумерной периодической решетки из НВГ... 190
5.4. Случай бесконечной одномерной периодической решетки из НВГ 193
5.5. Случай конечной периодической решетки из нелинейных полуволновых вибраторов 198
5.5.1. Постановка и решение задачи 198
5.5.2. Результаты численных расчетов 200
5.6. Выводы 202
6. Экспериментальная часть 204
Заключение . 209
Список использованных источников 210
Приложения 213
- Вопросы возбуждения и зондирования заглубленных нелинейных отражателей
- Рассеяние на двух параллельных вибраторах
- Случай элементарного электрического вибратора, параллельного границам раздела
- Случай нелинейного электрического вибратора конечных размеров, параллельного границам раздела
Введение к работе
Любая современная радиосистема включает устройства, содержащие объекты, обладающие нелинейными по электрическому полю свойствами. Такими объектами могут быть: нелинейные элементы в виде диодов, транзисторов, электронных ламп; сложные металлические конструкции, на поверхности которых неизбежны технологические образования типа сварных швов, клепаных соединений, контактов металл-изолятор (окисел, диэлектрик, зазор) - металл, корродированные области деформации в виде трещин.
При облучении таких объектов на одной (основной) частоте в силу нелинейности их ВАХ в спектре рассеянного поля будут содержаться составляющие, расположенные на гармониках основной частоты. Если же облучение ведется бигармоническим полем, то спектральные составляющие рассеянного поля расположены на комбинационных частотах [1]. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что интенсивность комбинационных составляющих существенно зависит от вида ВАХ, интенсивности, поляризации и направлений падения полей облучения (на одной основной частоте или на двух) и может быть сопоставима с интенсивностью поля облучения [1,2]. При определенных уровнях комбинационных составляющих рассеянного поля возможно их мешающее воздействие на другие элементы того же устройства или других устройств системы. Этот эффект может проявляться особенно сильно при близко расположенных радиотехнических устройствах, по крайней мере одно из которых обладает нелинейными элементами. Поскольку в большинстве случаев между такими устройствами необходимо обеспечивать электромагнитную развязку, то эффектом нелинейного рассеяния при их проектировании и эксплуатации нельзя пренебрегать. Поэтому важное значение имеет анализ радиотехнической системы на возможность появления продуктов нелинейного рассеяния при воздействии на такую систему гармонических и бигармонических полей различного вида.
Кроме учета мешающего воздействия эффекта нелинейного рассеяния на работу радиотехнической системы разработаны и разрабатываются возможности его практического использования. Приведем несколько примеров. Практика показывает, что избирательный прием спектральных составляющих, возникающих в результате рассеяния радиоволн объектом с локально нелинейными электромагнитными свойствами, открывает возможность успешного решения радиолокационных задач при наличии помех, обусловленных отражениями зондирующего сигнала от подстилающей поверхности и предметов окружающего пространства а также влиянием мешающих излучений различных радиоэлектронных устройств [3-5]. Объект, не содержащий каких-либо элементов с нелинейными характеристиками, не будет восприниматься приемником радиолокационной станции, настроенным на гармонику зондирующей волны, в виду отсутствия трансформации спектра падающего поля. Таким образом, отсутствие нелинейных эффектов у естественного фона позволяет регистрировать волны, возникающие вследствие ЭНР на объектах искусственного происхождения, находящихся в зоне локации.
Уже разработаны специальные приемо-передающие устройства, способные принимать сигналы на частоте одной из гармоник зондирующего сигнала [6] при облучении нелинейных рассеивателей.
Перспективными направлениями развития подобных устройств являются: создание локаторов ближнего действия для быстрого осмотра людей в аэропортах с целью обнаружения спрятанного оружия; применение нелинейных локаторов в системах предотвращения столкновений автомобилей; поиск скрытно установленных подслушивающих устройств, содержащих полупроводниковые приборы [2-5]. Радиотехнические устройства, принцип действия которых основан на ЭНР, могут применяться для исследования слоистых земных покровов при проведении геологической разведки рудных полезных ископаемых, а также для обнаружения невскрытых минных полей, бункеров и замаскированной военной техники, для слежения за движущимися объектами, на которых возникают случайные контакты электропроводящих элементов конструкций. Кроме того, прием сигнала на комбинационных частотах позволяет обнаружить скрытые дефекты тех промышленных изделий, где трудно, а порой и невозможно произвести проверку качества непосредственным образом при неразрушающем контроле, как, например, в пассивных радиокомпонентах (резисторах, конденсаторах) [2].
Разработаны также и пассивные устройства, предназначенные для нелинейного рассеяния зондирующего сигнала на частоте одного из нелинейных продуктов его преобразования на нелинейных элементах (НЭ) таких устройств. Пассивные нелинейные преобразователи включают в себя один или несколько НЭ, закрепленных на "несущей конструкции" - линейных по электрическому полю металлических и (или) диэлектрических отражателях, обладающих заданными направляющими свойствами на основной частоте и ее гармониках (либо на комбинационных частотах двух зондирующих сигналов, если предполагается бигармоническое воздействие). Например, регистрация волн, нелинейно рассеиваемых пассивными маркерами, входящими в комплект индивидуальной защиты, используется как средство для поиска альпинистов, погребенных под лавинами, при проведении спасательных мероприятий в горах, определения местонахождения раненых на поле боя [7,8].
Особо следует выделить задачу преобразования энергии высокочастотного падающего поля в энергию постоянного во времени поля. Указанное преобразование возможно при использовании нелинейных элементов с определенным типом ВАХ, допускающей появление в спектре рассеянного поля комбинационной составляющей на нулевой частоте (например, это справедливо для ВАХ, хорошо аппроксимируемых квадратичной параболой). Решение этой задачи откроет, по сути, новый источник энергии. Отметим, что уже появились разработки таких антенн, предназначенные для передачи СВЧ -лучом энергии летательным аппаратам [9].
В настоящее время активно ведутся исследования, связанные с разработкой сложных нелинейных плоскослоистых структур, способных управлять энергетическим спектром рассеянного поля путем осуществления модуляции отраженного на гармониках сигнала, приводящей к его усилению или ослаблению. Использование таких структур позволяет создавать искусственные субгармонические рассеиватели, применяемые как для имитации ложных радиолокационных целей, так и для обеспечения низкого уровня рассеянных ЭМ волн, что является эффективным способом снижения заметности защищаемых от средств радиолокационной разведки объектов [1].
Из сказанного следует, что актуальной задачей современной нелинейной радиолокации является анализ электродинамических свойств пассивных нелинейных отражателей, служащих элементами конструкций радиотехнических устройств. Необходимость такого анализа для разработки нелинейных приемо-передающих устройств связана с тем, что знание электродинамических свойств облучаемого объекта позволит правильно выбрать тип и подобрать параметры зондирующего сигнала для обеспечения достаточной интенсивности отраженной волны на заданной комбинационной частоте, обеспечив тем самым ее надежный прием.
В связи с этим актуальными являются постановка и решение задач возбуждения и зондирования нелинейных отражателей, помещенных в диэлектрический слой на металлической подложке. Как видно из предыдущего, успешное решение этих задач является теоретической базой, во-первых, для разработки специальных зондов для обнаружения нелинейных отражателей искусственного и естественного происхождения, заглубленных в грунт; во-вторых - для создания управляемых радиолокационных покрытий.
Цель диссертационной работы Целью диссертационной работы является разработка способов решения задач возбуждения и рассеяния ЭМ волн на решетках из нелинейных вибраторов, помещенных в плоский диэлектрический слой на металлической подложке, и получение новых знаний о распределениях спектральных составляющих возбуждаемых и рассеянных полей.
Задачи исследования
Задачами исследования являются: - постановка и решение задач возбуждения нелинейного вибратора (содержащего нелинейную по электрическому полю область) и решеток таких вибраторов, помещенных в плоский однородный слой диэлектрика на металле. Получение численных данных по структурам полей, возбуждаемых на комбинационных частотах. - постановка и решение задачи рассеяния плоской ЭМ волны (с произвольными направлением падения и поляризацией) на нелинейном вибраторе и решетке из таких вибраторов, помещенных в плоский однородный слой диэлектрика на металле. Рассмотрение аналогичной задачи рассеяния для решетки из полуволновых нелинейных вибраторов. Численное исследование указанных задач нелинейного рассеяния. - проведение эксперимента по обнаружению комбинационных составляющих в спектре рассеянного поля при облучении нелинейного отражателя в виде эквидистантной решетки нелинейных полуволновых вибраторов, помещенных в слой диэлектрика. Научная новизна и практическая ценность Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем: - впервые поставлены и решены задачи возбуждения нелинейного по электрическому полю вибратора и решеток таких вибраторов, помещенных в плоский однородный слой диэлектрика на металле. Проведен численный анализ для частных случаев (нелинейных элементарных вибраторов и плоских периодических решеток из таких вибраторов); впервые поставлены и решены задачи рассеяния плоской волны на нелинейном по электрическому полю вибраторе и решеток таких вибраторов, помещенных в плоский однородный слой диэлектрика на металле. Проведен численный анализ для частных случаев (нелинейных элементарных вибраторов и плоских периодических решеток из таких вибраторов).
Практическая ценность работы состоит в том, что на основе полученных аналитических решений разработаны и реализованы способы Численного моделирования возбуждения и рассеяния ЭМ волн на исследованных нелинейных отражателях, являющихся одними из основных элементов перспективных на сегодняшний день управляемых радиолокационных покрытий. Кроме того, полученные аналитические и численные результаты могут быть применены для разработки нелинейных локаторов для зондирования заглубленных в диэлектрический слой (например, грунт) объектов с нелинейными по электрическому полю свойствами.
Результаты исследования использованы в • НИР "Шаль", проводимой согласно постановлению Правительства РФ; • г/б НИР № 11055, проводившейся в соответствии с тематическим планом Таганрогского государственного радиотехнического университета; • учебном процессе на каф. АиРПУ Таганрогского государственного радиотехнического университета. Методы исследования В работе используются такие известные методы, как: - комплексных амплитуд для нелинейного случая [10-12] - используется при переходе от временной области к спектральной при анализе ЭНР на нелинейных отражателях; - интегрального уравнения [1,10]- при решении задач возбуждения и рассеяния на нелинейных вибраторах и решеток из таких вибраторов, расположенных в свободном пространстве, а также при анализе рассеяния плоского поля на электрическом вибраторе конечных размеров с нелинейной по электрическому полю областью, заглубленном в слой диэлектрика на металле; - метод зеркальных источников [13,14]- при решении задач возбуждения и зондирования нелинейных вибраторов, помещенных в слой диэлектрика на металле. В настоящей работе предложен метод, позволяющий с помощью представлений о зеркальных источниках рассчитывать поля рассеяния от решеток тонких прямолинейных вибраторов с сосредоточенной областью нелинейности, помещенных в плоский однородный слой диэлектрика на металле. При этом делается допущение относительно малости комбинационных составляющих рассеянных полей по сравнению с уровнем зондирующего поля на основной частоте. По заданному падающему полю ищутся сторонние электродвижущие силы, воздействующие на область нелинейности каждого из вибраторов, и далее решается система интегральных уравнений с заданными НГУ относительно комбинационных составляющих вторичных токов на плечах всех вибраторов (учитывая тем самым взаимодействие между вибраторами и между комбинационными составляющими их вторичных токов). Затем с помощью представлений о зеркальном изображении комбинационные составляющие напряженностей искомого рассеянного поля представляются в виде бесконечных рядов по частичным полям построенной упорядоченной системы зеркальных источников. Полученные ряды достаточно быстро сходятся. Тем самым становится возможным решить задачу нелинейного рассеяния. Заметим, что в приведенном методе промежуточным образом используется метод интегрального уравнения на основе заданных НГУ. Достоверность и апробация диссертационной работы Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, заключается, во-первых, в применении математических моделей, которые неоднократно применялись различными авторами и прошедших экспериментальную проверку на адекватность описываемым ими физическим процессам; использовании строгих методов решения электродинамических задач. Во-вторых, полученные численные результаты были качественно подтверждены экспериментом. Результаты исследования докладывались на всероссийских, научно-практических и студенческих конференциях, проводившихся в Таганрогском государственном радиотехническом университете, в том числе: • Всероссийская конференция "Излучение и рассеяние электромагнитных волн", Таганрог, 2003; • Всероссийская конференция "Излучение и рассеяние электромагнитных волн", Таганрог, 2004; • Всероссийская конференция "Излучение и рассеяние электромагнитных волн", Таганрог, 2005. Основные результаты исследования опубликованы в работах [47] - [57]. Положения, выносимые на защиту На защиту выносятся следующие положения: • Решение задачи рассеяния плоской волны на нелинейном вибраторе Герца и решетках из таких вибраторов, расположенных в свободном пространстве; • Разработка метода теоретического и численного анализов возбуждения и рассеяния ЭМ поля на нелинейном вибраторе Герца, расположенном в слое диэлектрика на металле; • Применение разработанного метода для решения задач возбуждения и рассеяния ЭМ поля на эквидистантной решетке из нелинейных вибраторов Герца, расположенных в слое диэлектрика на металле; рассмотрение тем же методом аналогичной решетки полуволновых вибраторов; Проведение эксперимента по обнаружению комбинационных составляющих в спектре рассеянного поля при облучении нелинейного отражателя в виде решетки нелинейных полуволновых вибраторов, помещенных в слой диэлектрика.
Вопросы возбуждения и зондирования заглубленных нелинейных отражателей
Ранее было отмечено, что актуальной является задача синтеза плоскослоистых структур, содержащих нелинейные элементы и способных управлять спектром падающего поля либо в сторону снижения заметности объекта, либо же для имитации ложных целей. Решение указанной задачи прямо связано с разработкой прикладных методов анализа ЭНР на таких структурах, в частности, зондирования нелинейных отражателей, расположенных в слое диэлектрика на металлической подложке.
Отметим, что, несмотря на практическую важность темы, соответствующие публикации по ней малочисленны и поэтому ее следует считать малоизученной.
В работе [20] в приближении слабой нелинейности исследовано рассеяние плоской ЭМ волны на кольцевой рамке, содержащей локальную нелинейную нагрузку, при наличии плоской границы раздела двух сред. Представляя исследуемую электродинамическую систему в виде нелинейной параметрической цепи, авторы получили интегральные уравнения, описывающие распределение тока в рамочной антенне на основной частоте и частотах гармоник зондирующего сигнала. По найденным из решения этих уравнений распределениям тока были получены выражения для азимутальных составляющих векторов напряженностей электрических полей на второй и третьей гармониках. Проведен расчет зависимостей модуля напряженности поля на второй и третьей гармониках от положения нелинейного элемента и от глубины погружения при различных частотах зондирующего сигнала. Полученные зависимости носят периодический характер, обусловленный влиянием границы. Дана оценка периода осцилляции для указанной зависимости от глубины погружения.
В работе Михайлова и др. [21] с помощью результатов, полученных в [20], для того же случая (зондирование заглубленной рамки тока, содержащей нелинейное включение), выполнен расчет "нелинейной" ЭПР на третьей гармонике в зависимости от угла падения зондирующей волны.
Основной недостаток здесь - применение методов теории цепей при анализе рассеяния на объектах, размеры которых сравнимы с длиной волны зондирующего поля, и отсутствие обоснования применяемых для гармонических составляющих граничных условий. Поэтому полученные результаты по меньшей мере нужно считать недостаточно обоснованными.
Следует отметить работу Циолковского Р. [23], где рассматриваются электромагнитные свойства композитных конструируемых материалов, содержащих искусственные "молекулы" - электрически малые дипольные антенны, нагруженные на нелинейные пассивные либо активные цепи. Показано, что специфика пассивных и активных нелинейных нагрузок для электрических "молекул" будет определять отклик результирующих композитных материалов.
Ток на зажимах дипольной антенны определяется из решения нелинейного дифференциального уравнения первого порядка, описывающего поведение полной цепи, включающей антенну и нагрузку. При этом электрическая "молекула" представлялась по схеме Тевенина. Напряжение источника в этой схеме определялось как напряжение холостого хода приемной антенны без нагрузки. По найденному току диполя определяется излучаемое им ЭМ поле.
Показано, что если использовать пассивную нелинейную цепь в виде диодного моста с индуктивной нагрузкой в его центре (рис. 1.2), то падающее на соответствующую "молекулу" поле в виде узкополосного импульса взаимодействует с ней так, что ток диполя содержит нечетные гармоники падающего поля.
Рис. 1.2. Схема дипольной "молекулы", основанной на диодном мосте: Cd - эквивалентная емкость антенны; R - резистивное сопротивление цепи; v, - источник напряжения, зависящий от падающего поля
Дифференциальное уравнение относительно / (О решалось с помощью процедуры Рунге-Кутта.
Таким образом, теоретически показано, что пластина из молекул с диодным мостом будет действовать как материал, генерирующий нечетные гармоники. Недостатком здесь является то, что примененный при нахождении тока диполя метод эквивалентных схем становится неприменимым при относительно больших размерах диполей и соответствующих нагрузок.
В работе авторов [24] показано, как совершенно согласованный слой может быть реализован с помощью набора очень малых антенн, нагруженных объемными двуплечими схемами, и что очень тонкие композитные слои могут действовать как широкополосные поглотители мощности. Исходя из требований к свойствам совершенно согласованного слоя, определяются требования к сопротивлениям нагрузок, которые обеспечивают желаемое поведение композита.
Авторы, исходя из разработанного ими приближенного подхода для оценки локального поля в плоских решетках из электрических и магнитных диполей, решили задачу отражения для решетки из нагруженных антенн малого размера над абсолютно проводящим экраном. Это решение позволяет определить частотно-зависимый импеданс нагрузки, необходимый для отсутствия отражения. Показано, что нагрузка может быть реализована с помощью активных; операционных усилителей с выбранными цепями обратных связей.
В источнике [25] проведен обзор литературы по искусственным средам, в которых роль рассеивателей выполняют диполи со сложной (в общем случае активной) нагрузкой. Свойства нелинейных, усиливающих, активных и управляющих сложных сред рассмотрены с точки зрения их использования для создания широкополосных поглотителей.
Стандартной задачей при разработке радиопоглощающих покрытий (РПП) является получение низкого уровня коэффициента отражения р0 в как можно более широком диапазоне длин волн АД = Лтах - Лтіп при ограниченной толщине покрытия d. Автор замечает, что существует фундаментальное ограничение, связывающее между собой возможные значения величин р0, АЛ, d [26]. Это ограничение имеет вид:
Рассеяние на двух параллельных вибраторах
Рассмотрим два тонких трубчатых прямолинейных электрических вибратора, находящихся в свободном пространстве. Один из них имеет длину 2/,, другой - 2/2. Ширина разреза и радиус каждого из вибраторов одинаковы и равны 2Ьн а, соответственно. Разрезы вибраторов заполнены нелинейным по электрическому полю веществом. Пусть продольные оси вибраторов параллельны, расстояние между ними - D. Введем ДСК так, чтобы ось Oz совпала с осью одного из вибраторов, а область разреза этого вибратора совпала с началом координат. Ось Оу направим перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси обоих вибраторов (см. рис.2.6). К разрезу одного из вибраторов подводится стороннее постоянное поле "смещения" с напряженностью blfi0 и электромагнитное поле переменного смещения с частотой Q, напряженность которого обозначим E[M(p,t); к разрезу другого - поля постоянного и переменного "смещений" с напряженностями Е о и E(p,t), соответственно. На некотором расстоянии от вибраторов расположен сторонний источник ЭМП, возбуждающий в области расположения вибраторов локально плоскую волну на частоте со» О. с напряженностью электрического поля Е {fit). Эта волна воздействует на области разрезов Ки1 и VK2 вибраторов. Совместное воздействие полей на частотах Q. и о) на области Уяі и Ки2 приводит к появлению первичных продольных токов в этих областях, которые могут быть представлены в виде бесконечных спектров комбинационных составляющих по Фурье [11,12].
Пусть выполнено условие D» а, где а - радиус каждого из вибраторов. Поскольку вибраторы тонкие, то комбинационные составляющие плотностей поверхностных электрических токов на боковых поверхностях вибраторов почти не зависят от азимутального угла и можно для представления каждого из вибраторов применить модель нити линейного тока. Тогда для указанных рядов Фурье получим:
Ток I"2(p,t) порождает вторичный ток ї г2(Р 0 на плечах вибратора, спектральные составляющие которого также расположены на комбинационных частотах [11,12]:
Комплексные амплитуды спектральных составляющих l\mlzmn(z) и le\2zmn(z) зависят от полных сторонних полей в областях Vul и Ук2
Необходимо найти распределения спектральных составляющих вторичных токов по плечам вибраторов ЦЛгтЛ2) и соответствующие спектральные составляющие векторов напряженностей вторичных полей в пространстве, порождаемых ими.
Считаем, что вольтамперные характеристики (ВАХ) нелинейного вещества в областях УиХ и Уи2 обоих вибраторов известны.
Рассмотрим вначале случай идеальной ЭДС. Это означает, что мы пренебрегаем воздействием вторичных полей обоих вибраторов на нелинейности в областях УиХ и Уи2.
Для дальнейших расчетов представим сторонние напряженности полных электрических полей, действующих на боковых поверхностях областей VnX и Vu2, в виде их рядов Фурье: 2\E2dz(z)\ - амплитуды падающего поля в областях Ки1 и Ки2, E z(z), E . iz)- комплексные Заметим, что комплексная амплитуда E 2mn(z) отлична от нуля только на нулевой частоте, основных и сопряженных к основным частотах, что как раз и соответствует приближению идеальной ЭДС.
Предположим, что вектор напряженности электрического падающего поля в каждой точке области нахождения вибраторов параллелен плоскости Oyz, а вектор Пойнтинга составляет угол «910 с осью Оу. Тогда комплексная амплитуда z-составляющей вектора напряженности падающего ЭМП равна: где к10 = Уіод/ аіо-"о - коэффициент распространения на частоте coi0 = со ъ среде с комплексной диэлектрической проницаемостью єаЮ = єа(\-іа/о)10); Ёд, -комплексная амплитуда напряженности падающего электрического поля.
Мгновенное значение напряженности полного поля, существующего вне вибраторов, равно где Е"2- векторы напряженностей первичных электрических полей, возбуждаемых токами 712(z,0; ЕХ2- напряженности вторичных электрических полей, порождаемых вторичными токами 7, 2 (z,t) на плечах вибратора.
Запишем граничные условия для мгновенного значения z-составляющей напряженности полного электрического поля на боковых поверхностях обоих вибраторов.
Для определения напряженностей Ё"2шп(р е 5бок12) на боковых поверхностях вибраторов можно воспользоваться формулой (2.24) раздела, посвященного зондированию одиночного нелинейного электрического вибратора: суммарный потенциал, точнее, тп - компонента z составляющей потенциала полного вторичного поля, возбуждаемого обоими вторичными токами на плечах вибраторов.
Случай элементарного электрического вибратора, параллельного границам раздела
Заволжье отличается резко континентальным и засушливым климатом: холодной и малоснежной зимой, непродолжительной весной и жарким, сухим летом [123].
За вегетационный период (апрель-октябрь) выпадает всего лишь 225...265 мм (Пригородная зона, г. Энгельс) и 180...203 мм (северная левобережная микрозона, Энгельсский район), а за период с температурами выше ЮС сумма осадков соответственно составляет 180...201 и 160-...180 мм. Этого количества осадков крайне недостаточно для получения в Заволжье высоких урожаев проса (прилож. 5). Повторяемость сухих лет за вегетацию составляет 53...63% (табл. 2.2.5).
Анализ агроклиматических ресурсов изучаемого региона свидетельствует, что продуктивность посевов проса снижается частыми суховеями, воздействиям которых систематически подвергается энгельсский, Марксовский и другие районы Саратовского левобережья.
Погодные условия в годы исследований сложились по-разному. Основные метеорологические элементы, установленные на метеопункте ВолжНИИГиМ, в сравнении со среднемноголетними показателями приведены в прилож. 5, 6, 7.
Так, 1975 год был острозасушливым, 1976 год - многоводным, 34 1977 год - среднесухим, 1978 год - средневлажным, 1979 год -средне сухим, 1980 год - среднесухим. bСумма эффективных температур в среднем за вегетацию составила 2600...2800С.
Таким образом, погодные условия Саратовского Заволжья позволяют возделывать просо на зерно. Однако, высокие и устойчивые урожаи его могут быть получены при высоком уровне агротехники на орошаемых землях [184]. bВ опытах применялась агротехника, разработанная НИИСХ Юго-Востока для проса [I44-].
Предшественник проса - яровая пшеница. При повторных посевах - озимая пшеница. Зябь поднималась на глубину 25...27 см. Весной проводилось двухследное боронование зяби и не менее двух культивации почвы. Оптимальной дозой минеральных удобрений, согласно наших предварительных исследований, было N90P60K45 уДб" рения вносились перед посевом с помощью разбрасывателя удобрений РМТ-4. Посев проса проводили рядовым способом в третье декаде мая - начале июня [бб, 186] районированным сортом Волжское 3. Норма высева проса - 2 млн. всхожих зерен 84, 187].
Все варианты опыта поливали дождевальной установкой ДДА-ЮОМ. Поливные нормы, исходя из ограниченности водных ресурсов хозяйств и в соответствии с оптимальным режимом орошения, составляли 350 м3/га. Сроки поливов назначались в соответствии с основными критическими фазами развития растений, не допуская снижения влажности почвы в расчетном слое 0-60 см (активный слой) более 70% НвЧ Повторность опытов трехкратная, размер делянок 250 м , учетная площадь делянок - 150 м Схема закладки опыта - последовательная.
Внекорневая обработка проса в посевах раствором гибберелли-на осуществлялась в первый год реконгносцировочных опытов (1975 г.) вручную, ранцевым опрыскивателем; в последующие годы (1976-1978 гг.) - с помощью приспособления к дождевальной машине ДДА-ЮОМ и с помощью сельскохозяйственной авиации (рис,2, 3) - 1979-1982 гг. [21].
С 1977 года, помимо внекорневой обработки растений в посевах гиббереллином, нами была введена предпосевная [П7, II3J обработка семян проса (на 2...6 часов) гиббереллином (табл. 2.3.1), совмещенная с протравливанием семян раствором формалина (I кг на 300 л воды).
Случай нелинейного электрического вибратора конечных размеров, параллельного границам раздела
Увеличение продуктивности метелки и, следовательно, посева в целом, т.е. урожая зерна проса находится в прямой зависимости от числа заложившихся цветков, а, следовательно, и размера площади листьев 4...7 ярусов. Своими исследованиями мы установили, что уже к фазе выметывания метелки разница с контрольным вариантом размера поверхности 4...7 листьев составила 19,3... 24,8% (из расчета на одно растение), а 8...10 ярусов + II...12 24,8% (из расчета на одно растение), а 8...10 ярусов + II...12 ярусов - 44...76%, соответственно одной и двум обработкам,ГК. В связи с этим число заложившихся цветков в метелке проса, обработанного гиббереллином, при всех прочих равных условиях возделывания, в том числе и одинаковом уровне водообеспечения (70... 75% НВ) было на 31...92% выше, чем в контрольном варианте.
За счет стимулирующего действия гиббереллина озерненность отдельных частей метелки обработанного ГК проса также заметно возрастала. Данные 4.3.2 подтверждают, что при одном и том же уровне водообеспечения, не ниже 70...75% НВ, озерненность отдельных частей метелки резко увеличивалась исключительно за счет действия гиббереллина. Так, в верхней части увеличение составляло 7,7...13,2%, в средней - 28,2...35%, в нижней, обычно наименее озерненной, 60...71% (соответственно одной и двум обработкам ГК).
Если же сравнивать эти цифры с литературными [бб, 67], то есть без обработки ГК, но в благоприятный по влагообеспеченно-сти год, то увеличение от гиббереллина (при оптимальном режиме орошения 70...75% от НВ) составило 14; 8,3 и 15,6% - от одной обработки ГК и 19,5; 16,2 и 26,1% - от двух обработок ГК или в полтора-два раза больше, соответственно верхней, нижней и средней ее части.
Наряду с другими авторами [l9I, 192, 193], мы считаем, что налив повышенного против контроля числа зерен мог осуществиться за счет одновременного снабжения цветков и зерен достаточным количеством ассимилятов [67, ПО] именно за счет гиббереллина, способствовавшего улучшенной транслокации (способности растения перемещать в зерно и накапливать в нем органическое вещество) и экономного расходования органического вещества на энергетические затраты растения [іб?]. Кроме того, аналогично сведениям о причинах повышения урожайности яровых хлебных злаков при недостатке воды в почве в критический период их развития за счет обработки их микроэлементами [185] можно предположить, что обработка проса гиббереллином при оптимальном режиме орошения (может быть, и не вполне достаточном для этого): 70...75% НВ улучшает условия формирования генеративных органов, уменьшает их стерильность, снижает череззерницу и пустоколосицу, улучшает водный режим листьев (о чем мы уже говорили) и колоса (метелки), повышает белковый и углеводный обмен и отток ассимилятов,
Работы по изучению вопросов водного режима почв были начаты по инициативе акад. А. Н. Костякова в 1913 г., но особенно широко развернулись в 20-30-х годах нашего столетия. Для глубокого понимания этого вопроса многое дали работы акад. А. Н. Костякова, Б. А. Шумакова, классические работы по водному режиму почв принадлежат А. А. Роде Гі4б], Н. А. Качинскому 71J, А. М. Вялому, А. Ф. Большакову, С. И. Долгову.
Вопросы водного режима растений имеют для Поволжья совершенно исключительное значение, так как довольно большая часть сравнительно плодородных почв лежит в области недостаточного и неустойчивого увлажнения и не обеспечивает влагой сельскохозяйственные культуры. Поэтому для получения достаточно высоких урожаев к атмосферным осадкам засушливого Заволжья необходимо добавлять [82J нужную растениям воду путем орошения [l9, 40, 47, 74, 81, 115].
Получение гарантированных урожаев проса в Заволжье зависит от применения рационального поливного режима. Поэтому корректировка рекомендованного режима орошения для проса в связи с применением гиббереллина представляет для орошаемого земледелия определенный научный и практический интерес.
Проведенными исследованиями, в частности физиологическим обоснованием [l02, 135] поливного режима, мы подтвердили выбранный для проса в соответствии с имеющимися рекомендациями [48, 60, 105, 133, 38] режим орошения, при котором оптимальная влажность почвы (0...60 см) лежит в интервале от 90 до 75... 70% НВ [Ларионов А. Г., I98l].
Основываясь на засухоустойчивости проса, ареале распространения его корневой системы, а также рекомендациях ученых Поволжья о режимах орошения и факте возможности варьирования при возделывании проса нижним порогом влажности почвы, мы приняли за рациональную поливную норму 350 м3/га со строгим учетом всех выпадающих осадков, достаточную, как мы считаем, для про-мачивания 0...60 см слоя почвы.
Верхний предел увлажнения почвы при поливах, равный 90% НВ, о чем говорилось выше, был отправной цифрой при расчете наших поливных норм. Он основан на необходимости соблюдения оптимальной аэрации почвы в зоне распространения корней: не менее 20% от общей порозности почвы (И. С. Шатилов, Б. Б. Шумаков, Н. С. Петинов, М. К. Каюмов, 1976;. А. Г. Ларионов, 1981).
Относительно числа поливов проса нами были приняты рекомендации ученых [ібо] о том, что эта культура поливается 3...4 раза нормами по 350...400 м3/га, являющихся наиболее рациональными при дождевании во избежание лишнего стока при поливе. Правда, в средне-сухие воды [23, I24J в связи с большим водным дефицитом нами применялись дополнительный, всходовызывающий полив нормой 150 м3/га и к трем, планируемым во влажный год поливам, добавлялся [9, 34J четвертый вегетационный полив (350 м3/га). Таким образом, число поливов при возделывании проса варьировало от 3 до 5, соответственно влажному и средне-сухим годам.
В доказательство принятой нами оросительной нормы 1550 м3/га (для средне-сухого года) мы использовали указание П. П. Вавилова (1976) о том, что оросительная норма для проса колеблется в пределах 1500...2000 м3/га.
