Введение к работе
Диссертация посвящена экспериментальному и численному ^следованию амплитудных, поляризационных и диаграммных зойств излучения искусственных движущихся возмущений ниж-ей ионосферы, создаваемых мощным сканирующим радиолу-ом KB диапазона — "радиозайчиком". Движущаяся интер-еренционная картина формируется излучением двух незави-шых антенных секций стенда "Сура"(НИРФИ). Измерения численное моделирование произведены для диапазона скоро-гей движения "радиозайчика" на высоте ~ 70 км от 0.15 до .5 скорости света в вакууме.
Излучение радиозайчика было обнаружено в ходе экспери-ентов по исследованию нелинейных свойств нижней ионосфе-ы. Главной особенностью возбуждаемого излучения является о, что за счет нелинейности частота и угол под которым ком-инационная волна уходит из области взаимодействия KB изучения с нижней ионосферой не равны частоте и углу падения сходных радиоволн. Экспериментальные и численные исследо-ания привели к созданию нового оригинального метода диа-егостики нижней ионосферы.
Актуальность проблемы. В 1980г. в Государственный еестр открытий был занесен новый эффект под номером 231. ффект получил имя Гетманцева как один из наиболее инте-есных и важных результатов, полученных в целом ряде экс-ериментов по исследованию нелинейных свойств ионосферы, бнаруженных при облучении ее мощным модулированным KB адиоизлучением при неподвижной диаграмме направленности, .альнейшим развитием этих исследований стало обнаружение злучения нижней ионосферы при облучении ее немодулиро-анным KB радиоизлучением, но с быстро вращающейся диа-эаммой направленности - "радиозайчиком".
Несмотря на то, что нелинейные явления в ионосфере из-зстны со времен обнаружения в 1933г. явления кроссмодуля-
ции или люксембург-горьковского эффекта необходимость исследования и учета этих явлений связана как с увеличением мощности излучения в различных радиопередающих установках в том числе и исследовательских, так и с возможностью разработки различных методов исследования и мониторинга процессов происходящих в одной из наиболее труднодоступных для дистанционного зондирования областей ионосферы - D слое.
В результате, возникло и интенсивно развивается новое научное направление физики околоземного космического пространства, основанное на эффектах нелинейного взаимодействия мощных радиоволн KB диапазона, а также волн других типов в ионосфере и магнитосфере Земли.
Исследуемый в диссертации круг вопросов является частью интенсивно проводимых в России, США и Европе экспериментальных работ по изучению нелинейных свойств нижней ионосферы. В диссертации всесторонне проанализированы проведенные автором экспериментальные исследования амплитудных, диаграммных и поляризационных свойств обнаруженного низкочастотного излучения от движущегося радиозайчика в диапазоне скоростей движения от 0.15 до 1.5 скорости света в вакууме. Это позволило разработать новый метод диагностики D-слоя ионосферы на основе низкочастотных эффектов излучения и отражения от движущегося коротковолнового радиозайчика.
Целью диссертационной работы является экспериментальное и численное исследование параметров низкочастотных эффектов Вавилова-Черенкова и Доплера от сверхсветового радиозайчика сформированного в нижней ионосфере сканирующим лучом коротковолнового стенда "Сура" путем измерения диаграммных и поляризационных свойств сигналов возбуждаемых как самим радиозайчиком, так и отраженных от него.
Исследование проводится на основе анализа данных измерений характеристик принимаемых сигналов и сопоставления с другими известными методами исследования и моделями ниж-
ей ионосферы.
Научная новизна работы работы заключается в следу->щем. Впервые экспериментально обнаружено излучение на эмбинационных частотах от искусственных крупномасштаб-ых неоднородностей создаваемых в нижней ионосфере за счет елинеиных эффектов и движущихся вдоль нижней границы со шростью больше скорости света в вакууме .
Преимуществом перехода к исследованию излучения от дви-:ущихся неоднородностей является направленность этого изучения и большая эффективность возбуждения волновода Земля-[онофера.
Научная и практическая ценность.
Одним из важнейших применений обнаруженного эффекта енерации излучения от сверхсветового радиозайчика может гать диагностика тонкой структуры ионосферных токов, ко-орая в средних широтах отражает динамику и структуру ней-рального ветра на высотах динамо-области ионосферы (іій O-f-80 км). Этому вопросу в последнее время уделяется большое нимание как с гочки зрения изучения общей атлюсферной цир-уляции, так и с точки зрения атмосферно-ионосферных связи. Диагностические возможности обсуждаемого метода зало-сены в физическом механизме генерации излучения. Средние арактеристики интенсивности и эллипса поляризации отражают направление и скорость общей атмосферной циркуляции области нагрева. Динамические характеристики излучения ают информацию о пространственно-временных вариациях го-изонтальной составляющей вектора скорости нейтральной омпоненты.
На защиту выносятся следующие положения и резуль-аты исследований:
1. Разработка методики генерации излучения искусственным движущимся источником в виде коротковолнового "радиозайчика" на нижней границе Д-слоя ионосферы.
-
Экспериментальное исследование характеристик излучения движущегося источника путем измерения параметров сигнала для различных значений величины и направлений скорости движения источника. Экспериментальное доказательство того, что отношение амплитуды излучения вперед к амплитуде излучения назад растет с ростом скорости движения. Сопоставление экспериментально измеренных параметров излучения с результатами численного моделирования.
-
Экспериментальное подтверждение различий в характеристиках излучения движущегося источника от аналогичных характеристик излучения неподвижного осциллятора (Эффект Гетманцева).
-
Разработка методики исследования Д-области ионосферы с использованием нормального и аномального эффектов Доплера в низкочастотном частотном диапазоне.
Достоверность полученных результатов и выводов работы определяется теоретическим обоснованием новых методов измерений, численным моделированием и независимой экспериментальной проверкой на других исследовательских стендах, например: Тромсе (Норвегия), HAARP (USA).
Личный вклад автора в проведении исследования выразился в следующем. В части проведения экспериментальных исследований при его непосредственном участии была разработана и изготовлена аппаратура автоматического управления частотой расстройки системы возбуждения усилителей мощности для независимых антенных секций стенда "Сура". Усовершенствован ряд устройств низкочастотной приемной установки. Разработаны методы обработки фазовых измерений и выполнены все основные измерения, результаты которых вынесены на защиту. Произведено численное моделирование.
Разработка методики экспериментов и интерпретация ре-ультатов, проводилась совместно с научным руководителем 5.0. Рапопортом. Переход к измерениям параметров излуче-шя при сверхсветовом движении радиозайчика предложен авто-)ом. На возможность обнаружения доплер-эффектов обратил інимание Б. М. Болотовский.
Проведение экспериментальных исследований по теме дис-:ертации требует обслуживания инженерного комплекса стенда НУРА коллективом сотрудников, без помощи которых проведете экспериментальных работ было бы невозможным.
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
XXIII General Assembly of the International Union of Radio sciece (URSI), Prague, Czechoslovakia, August - September,1990,
Всероссийской конференции по распространению радиоволн, З.-Петербург, 1996;
3-ей Международной школе по физике плазмы ВОЛГА-1997,
5-м Международном Суздальском симпозиуме УРСИ Мос-сва, 1998,
XIX Всероссийской научной конференции "Распростране-ше радиоволн" Казань, 1999,
а также на научных семинарах НИРФИ.
Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах.
Структура и объем диссертации.
