Лаборатория распространения радиоволн  


Заведующий лабораторией – Макаров Глеб Иванович, профессор кафедры радиофизики физического факультета СПбГУ.
 
  I. Историческая справка

Лаборатория распространения радиоволн  (Бывшая лаборатория  «Волновые процессы» образована в 1997 году на базе двух лабораторий - «Теории распространения радиоволн» и «Нелинейной акустики».

Первая из них была создана профессором Г.И. Макаровым в 1956 году. Основной научной задачей лаборатории являлась изучение закономерностей распространения гармонических и импульсных электромагнитных сигналов над земной поверхностью, в ионосфере и в волноводном канале Земля-ионосфера.

Было проведено обобщение решения классических задач распространения над плоской и сферической однородной по глубине Землей на случай ее слоистой структуры и показано, что неоднородность свойств может оказывать существенное влияние на поведение электромагнитного поля.

Подробно исследованы задачи о распространении радиоволн в ионосфере и отражении от нее в широком частотном интервале - от сверхнизких частот до коротких волн. На высоких частотах для построения решения использовались различные методы - метод эталонных уравнений, метод интегральных уравнений, метод плавных возмущений и методы численного интегрирования уравнений Максвелла для плоско-слоистых анизотропных сред. Для описания распространения радиоволн КВ диапазона в неоднородных средах с локальными неоднородностями детерминированного и случайного характера был развит метод комплексной фазы, являющийся обобщением метода плавных возмущений на случай существенно неоднородной фоновой среды и сосредоточенного источника поля. При исследовании закономерностей отражения радиоволн низкой частоты использовались численные методы интегрирования уравнений Максвелла. Были разработаны соответствующие алгоритмы, созданы программы и проведены детальные расчеты электромагнитных полей.

С учетом результатов исследований процессов отражения от ионосферы и земной поверхности было построено решение задач распространения электромагнитных волн в регулярном и одномерно-нерегулярном волноводном канале Земля-ионосфера в виде ряда нормальных волн. Проведено исследование решения и показано, что в диапазоне СДВ при определенных условиях возникает явление вырождения нормальных волн - совпадение собственных значений двух волн. При этом в окрестности точки вырождения имеет место сильная трансформация вырождающихся волн, приводящая к значительным интерференционным эффектам. Результаты этих исследований позволили объяснить особенности распространения радиоволн СДВ диапазона в приземном волноводе на трансэкваториальных трассах, наблюдаемых экспериментально.

Разработанный аппарат расчета электромагнитных полей низкой частоты в волноводе Земля-ионосфера был использован для теоретического исследования проблемы возбуждения приземного волновода источниками, расположенными в ионосфере на искусственных спутниках Земли.

Проведено обобщение метода горизонтальных лучей и вертикальных мод на случай анизотропного волновода. С его помощью построено асимптотическое разложение решения для двумерно-нерегулярного волноводного канала Земля-ионосфера, которое учитывает рефракционные эффекты, вызванные поперечной к трассе распространения свойств волновода и его анизотропией.

Для описания электромагнитных полей СНЧ диапазона в двумерно-нерегулярном волноводе Земля-ионосфера предложен и развит метод обобщенных телеграфных уравнений, основанный на возможности одномодового представления поля.

Выполнены теоретические исследования влияния на ионосферу землетрясений и вулканических взрывов. Проанализированы процессы возбуждения и распространения акустических волн в атмосфере с учетом нелинейных эффектов и трансформации этих волн в низкочастотные магнитозвуковые и магнитогидродинамические волны в ионосфере. Построено решение задачи о возмущениях электронной концентрации, найдены пространственно-временные характеристики этих возмущений и проведена оценка их влияния на амплитуду и фазу радиоволн, отраженных от ионосферы.

Лаборатория «Нелинейная акустика» была создана проф. Г.А. Остроумовым в 1964 году. Основным научным направлением лаборатории было исследование распространения ударных волн, генерируемых в частности электрическими разрядами, и акустических волн большой интенсивности в пористых средах - пенопластах и жидкостях с пузырьками газа. Было показано, что уравнением состояния таких сред может быть уравнение в форме Тэта, но с аномально большим нелинейным параметром. Была получена формула для нелинейного параметра жидкостей с пузырьками газа, измеренный нелинейный параметр указанных сред достигал 104.

Проведено исследование взаимодействия звуковых волн в условиях сильной нелинейности среды, обусловленной газовой кавитацией. изучены макроскопические характеристики нелинейной кавитирующей среды, их динамика и временные закономерности. Описан процесс эволюции газовой кавитации. Разработана методика измерений макроскопических характеристик кавитирующей жидкости.

Исследованы акусто-гидродинамические эффекты (массоперенос, радиационное напряжение), сопутствующие распространению акустических волн в нелинейных средах. Выявлены закономерности кинематических и динамических характеристик акустических течений в акустических полях разной геометрии. Экспериментально исследованы поперечные вязкие волны. Определены их скорость распространения и поглощение, а также изучены течения, вызванные ими.

Предложены методы воздействия акустическими течениями в продольных и поперечных волнах на тепломассообмен в химических технологиях и металлургических процессах, на управление движением жидкости в капиллярах и тонких слоях, вблизи биологических мембран.

Выполнены теоретические численные исследования акустических преобразователей различной природы - жидкостных, электродинамических, пьезокерамических, пьезотрансформаторных.
 
 
 
 
 
 

II. Состав лаборатории.
 
Сотрудники:

1

2

3


 
 


 
 

III Основные направления научных исследований.

Теоретические исследования закономерностей распространения электромагнитных волн в изотропных и анизотропных неоднородных средах и нерегулярных волноводных каналах.

Разработка методов и алгоритмов расчетов, электромагнитных полей в волноводном канале Земля-ионосфера и в ионосфере с учетом ее пространственной неоднородности и анизотропии.

Изучение вариаций поля радиоволн СДВ диапазона в приземном волноводном канале, вызванных различными гелио - и геофизическими факторами.

Теоретическое исследование процессов распространения ударных волн в атмосфере и в ионосфере с учетом их неоднородных и нелинейных свойств.

Разработка нелинейной акустики многокомпонентных сред (газ - жидкость - твердое тело).

Изучение акустических течений и акусто- гидродинамических явлений, в том числе в тонких слоях жидкости.
 

V. Основные последние научные публикации.
 
 

  • Г.И. Макаров, В.В. Новиков, С.Т. Рыбачек. Распространение электромагнитных волн над земной поверхностью. М.,изд. «Наука», 1991, 196 стр.
  • Г.И. Макаров, В.В. Новиков, С.Т. Рыбачек. Распространение радиоволн в волноводном канале Земля-ионосфера и в ионосфере. М.,изд. «Наука», 1994, 150 стр.
  • В.В. Новиков, Ю.Н. Соловьев. Асимптотика собственных волн плавно нерегулярного сферического анизотропного волновода. Извузов, Радиофизика, 38, 5, 457 - 466, 1995.
  • V.V. Novikov and S.T. Rybachek. The effect of a transverse irregularity on the electromagnetic fields excited by VLF transmitters at ionospheric heights in the Earth - ionosphere weveguide near the terminator. Journal of Atmospheric and Solar - Terrestial Physics, 59, 12, 1453-1459, 1997.
  • S.T.Rybachek. Radio wave propagation from antennae at satellite altitudes into the earth-ionosphere waveguide.\\ Jour. Atm. Terr. Phys. Vol. 57, N 3, pp. 303--309, 1995.
  • S.T.Rybachek, V.I.Ivanov, V.L.Senina. Excitation of the earth-ionosphere irregular waveguide by sources located in an anysotropic ionosphere. \\Jour. Atm. Sol.-Terr. Phys. Vol. 59, N 5, pp. 561--567, 1997.
  • В.В.Новиков, С.Т.Рыбачек. Электромагнитные поля элементарных излучателей в магнитоактивной плазме. Изд-во СПбГУ, 124с., 1998.
  • G.F. Remenets Unique ground VLF monitoring of relativistic electron precipitations // Problems of Geospace. - Austria, Vienna: Austrian Academy of Sci. Press. P.273-278. 1997.
  • Г.Ф. Ременец Немонотонность профиля электронной концентрации нижней авроральной ионосферы в случае вторжения релятивистских электронов 15 сентября 1982 г. // Проблемы дифракции и распространения волн. Вып. 24 - СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та. С.35-43. 1994.
  • Г.Ф. Ременец Динамика нижней кромки ионосферы во время геофизических возмущений 29 сентября 1989 г. // Проблемы дифракции и распространения волн. Вып. 24 - СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та. С. 80-102. 1994.
  • М.И. Белоглазов, Г.Ф. Ременец, В.П. Немиров Обратная СДВ-задача в случае нескольких вторжений релятивистских электронов в верхнюю атмосферу в 1986 г. // Дифракция и распространение волн. Вып.28 - С.-Петербург: СПбГУ. С. 78-82. 1998.
  • M.I. Beloglazov, G.F. Remenets Unique ground VLF monitoring of the relativistic electron precipitations due to the two radio traces data // International Conference on Problems of Geocosmos. Book of Abstracts - St.Petersburg: St.Petersburg University Press. P. 123. 1998.
  • M.I. Beloglazov, G.F. Remenets, V.P. Nemirov Upper atmosphere ionozation by the REPs in 1985-86 and VLF inverse problem // Physics of Auroral Phenomena. Proceedings of the 21st Annual Seminar (PGI-98-03-106) - Apatity: Rus. Ac. Sc., Polar Goephys. Ins. P. 16-18. 1998.
  • V.C. Roldugin, M.I. Beloglazov, G.F. Remenets, Total ozone decrease in Murmansk after REP events, in Proceedings of The 24-th Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods, Andenes, Norway, 18-22 August, 1997. Printed in Norway by Sentraltrykkeriet A/S, Bod0. PP. 189-193. 1998.
  • В.В. Кириллов. Двумерная теория распространения электромагнитных волн СНЧ-диапазоне в волноводном канале Земля-ионосфера. Изв. вузов, Радиофизика, 39, 9, 1103-1114, 1996.
  • В.В. Кириллов, В.Н. Копейкин, В.К. Муштак. Электромагнитные волны СНЧ-диапазоне в волноводном канале Земля-ионосфера. Геомагнетизм и аэрономия, 37, 3, 114-120, 1997.
  • Т.И. Бичуцкая, Г.И. Макаров. О лучевом представлении поля точечного источника в неоднородной среде. Вестник СПбГУ, сер.4, 2(№11), 77-83, 1996.
  • Т.И. Бичуцкая, Г.И. Макаров. Рассеяние электромагнитного поля на осесимметроичной неоднородности в волноводном канале. Вестник СПбГУ, сер.4, 2(№11), 3-10, 1998.
  • Т.И. Бичуцкая, Г.И. Макаров. Возмущение электромагнитного поля в погранично нерегулярном волноводном канале. Вестник СПбГУ, сер.4, 3(№18), 90-95, 1998.
  • Т.И. Бичуцкая, Г.И. Макаров. Воздействие трехмерного возмущения ионосферы на поле точечного источника в сферическом волноводном канале. Вестник СПбГУ, сер.4, 1(№4), 69-72, 1999.
  • В.А. Павлов. Дифракция сильной ударной волны на фильтре с изменяющимся во времени радиусом. Прикладная механика и техническая физика, 36, 6, 11-13, 1995.
  • В.А. Павлов. О структуре ионно-звуковой ударной волны в слабоионизованной плазме. Физика плазмы, 22, 2, 182-187, 1996.
  • В.А. Павлов. Влияние слабой нелинейности на акустическое возмущение в неоднородной среде. Вестник СПбГУ, сер.4, 3(№18), 89-93, 1997.
  • В.А. Павлов. Пространственно-временные характеристики возмущений атмосферы и ионосферы над эпицентром землетрясения. Вестник СПбГУ, сер.4 4(№25), 138-141, 1997.
  • В.А. Павлов. Гофрировочная неустойчивость детонационного фронта. Вестник СПбГУ, сер.4, 4(№25), 87-91, 1998.
  • В.А. Павлов. Влияние анизотропии на структуру ионно-звуковой волны. Изв. вузов, Радиофизика, 42.2, 120-128, 1999.
  • В.А. Павлов. О влиянии диссилации на возмущение плазмы ударной волной. Вестник СПбГУ, сер.4, 1(№4), 90-92, 1999.
  • Н.Г. Семенова, П.П. Прохоренко, С.И. Пугачев. Ультразвуковая металлизация материалов. Изд. «Наука», Минск, 1987.
  • Н.Г. Семенова, А.И. Коровин. Исследование электропроводимости кавитирующей жидкости. Акустический журнал, 5, 372-375, 1990.
  • С.И. Макаров, Л.И. Смирнова, Н.Г. Семенова. Средние эффекты в аккустическом поле. Механика жидкостей и газа, 1, 7-12, 1990.
  • Н.Г. Семенова, Ю.А. Лысенко, В.В. Петраш. Интенсификация процесса массообмена крови в мембранном аксигенаторе посредством акустических течений. Акустический журнал, 38, 62, 324-330, 1992.
  • Н.Г. Семенова, С.И. Пугачев. Особенности ультразвуковой технологии, реализуемой в тонком слое жидкости. Ультразвуковые технологические процессы. М., МАДИ, 33-36, 1998.
  • С.Б. Афанасьев, Н.Г. Семенова. Акустический импульсный метод исследования слоя жидкости. В сборнике «Дифракция и распространение волн», СПб, 28, 140-143, 1998.
  • Г.А. Дружинин. Волны в средах с пузырьками. В сборнике трудов VI сессии РАО «Акустика на пороге XXI века», 7-12, 1997.
  • М.М. Бугаева, В.М, Крячко, Н.Н. Ступакевич, Н.П. Тихомиров. Акустические приемники на основе жидких электролитов и проводящих суспензий. Вестник СПбГУ, сер.4, 4, 105-109, 1995.
  • В.М. Крячко, Н.П. Тихомиров. Измерение механических импедансов нагрузки стержневого пьезорезонатора. Акустический журнал, 39, 2, 377-380, 1993.
  • В.М. Крячко, Н.П. Тихомиров. Импеданс тонкого слоя вязкой жидкости. Акустический журнал, 40, 2, 311-313, 1994.
  • 1. Соловьёв О.В. К решению векторной трехмерной локально-нерегулярной волноводной задачи.// Изв. ВУЗов. Радиофизика. Т.38. ©8. С.785-803. 1995.
  • 2. Соловьёв О.В. К задаче о береговой рефракции в импедансном волноводе.// Изв. ВУЗов Радиофизика. Т.38. ©11. С.1168-1176. 1995.
  • 3. Соловьёв О.В., Агапов В.В. Расчет СДВ полей в волноводе с трехмерной локальной неоднородностью.// Изв. ВУЗов. Радиофизика. Т.38. ©12. С.1312-1321. 1995.
  • 4. Soloviev O.V., Agapov V.V. An asymptotic three-dimensional technique to study radio wave propagation in the presence of a localized perturbation of environment.// Radio Science. V.32. No.2. P.515-524. 1997.
  • 5. Соловьёв О.В. Распространение низкочастотных радиоволн в возмущенном трехмерной крупномасштабной неоднородностью приземном волноводе.// Изв. ВУЗов. Радиофизика. Т.41. ©5. С.588-604. 1998.


 
 
 
 

На страничку НИИРФ