MEASUREMENT OF THE BACKS REFLECTION WITH THE HORN ANTENNA IN DIFFRACTION ISOLATION

Full Text

Коэффициент обратного рассеяния является основным параметром, содержащим информацию о зондируемом объекте, в частности почвенно-растительных средах. В настоящее время разработано много моделей в основном в эмпирических или полуэмпирических видах [1-4]. Объясняется это большой сложностью и многофакторностью земных покровов. Однако во многих случаях, например, при небольших значениях глубины проникновения поля в среду, почвенный покров можно считать однородным. В этом случае можно получить строгое выражение для коэффициента обратного рассеяния и обобщить его на случай неровной поверхности. Если в плоскости падения электромагнитной волны лежит вектор E (ТМ-мода), то коэффициент обратного рассеяния имеет вид ,(Cf1)= 20lg {a,[v2(9)e-2WcŒ<p- 2 -, -2iWJH k2 )s”2f Г . \2 1 Г“ +[1-ff (φ)]e ' * J(1+sin φ) +-sin 2φ ακφί, (1) αι=1+ GF(сц)^ (0) Vf(0)e_2iklh| +[1-Vf(0)]e-2** ’ и если вектор H лежит в плоскости падения (TE-мода), то σнн (φ ) = 20lg(α± \vl(f)e-2ik1h1/cosφ + +[1 - Vj2 (C1 ) ] e -2ik2h2^|1-|^k1 j sin2 φ cos φ I (2) α1 = 1 + GF (φ )Vj(0 ) ^2(0>_2гкЛ +[1 - Vjl2 (0)] e 2ik2 h2 где F(φ1) - диаграмма направленности; G - коэффициент усиления антенны радара; Vj (φ), V (φ) - коэффициенты Френеля: V1 (C1) = Z11 cos C1 - Z1 cos φ2 Z11 cos C1 + Z1 cos φ2 Z11 = 1 Z 21 = Vi(<f1) = Z1 cos C1 - Z2 cos φ2 Z1 cos C1 + ZIJ cos φ2 ZHjii1, Z 2 = ε1ε k1 = к0*П, k2 = к0\1^2 , k0 = где φ - угол падения на поверхность раздела сред (угол между осью диаграммы направленности и нормалью к поверхности; φ2 - угол преломления. Параметры h1 и h2 в формулах (1), (2) - это границы излучающих объемов в средах 1 и 2. Они определяются из уравнений энергетического баланса в первой и второй средах. Приближенно, при 2 < ε'12 < 10 h1,2 - λ . Здесь ε'12 и ε"12, дейст- . 2 . « 2 , i] 2 + εΊο - ε· 1,2 1,2 вительная и мнимая части диэлектрической проницаемости; λ - длина волны в вакууме. Формулы (1) и (2) приближенно обобщаются на случай неровной границы раздела сред, умножив коэффициенты Френеля на exp(-k Δcos φ2); Δ - СКО неровностей. Для пояснения физического механизма, лежащего в основе получения формул (1) и (2), приведем рис. 1. Рис. 1. Схема формирования радиолокационного отражения 139 Раздел 2. Радиофизические методы диагностики окружающей среды. Алгоритмы, инструменты и результаты Рис. 2. Установка для измерения обратного отражения почвенного покрова σ/σ0, дБ 4 I * I / г / И V L / / ■ - > < j I h ч X \ Л \ Ч \ % Ч ч 1 О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ф, градусы Рис. 3. Зависимость коэффициента обратного рассеяния почвенного покрова от угла падения В соответствии с рис. 1, волна, излученная радаром А, падает в направлении АО на границу xOy. В точке О одновременно возбуждаются волны, отраженные в направлении ОВ и преломленные в направлении ОС. Своим полем эти волны возбуждают (поляризуют) среды 1 и 2, в результате образуются пере-излученные (встречные) волны, распространяющиеся по тем же траекториям, только в обратном направлении. Таким образом, в сторону радара А приходят две обращенные волны, которые и образуют обратное или радиолокационное отражение. В данной работе проведено измерение коэффициента обратного рассеяния реальной почвы. Общий вид установки приведен на рис. 2. Измерения проводились с помощью рупорных антенн П6-23 шириной диаграммы направленности Δθ = 27°, коэффициентом усиления G = 13 дБ. Рас-крывы апертуры антенн 1 и 2 лежат в одной плоскости и для дополнительной электромагнитной развязки применен дифракционный элемент в виде прямоугольной проводящей пластины 3, размеры которой выбирались в соответствии с размерами апертуры и длины волны. Одна из антенн подключалась к генератору, другая к приемному устройству. Измерения проведены при частоте сигнала f = 1,5 ГГц. При расчетах коэффициента обратного рассеяния по (1) и (2) диэлектрическая проницаемость почвы принималась как ε = 16,5 - i0,099, что соответствует смеси содержанием 50 % песка влажностью 15 и 50 % глины влажностью 15 %. Поверхность раздела сред считается шероховатой со среднеквадратическим отклонением неровностей Δ = 0,001 6 м. Теоретические (сплошные и штрихпунктирные линии) и измеренные (треугольные и точечные символы) значения коэффициентов обратного рассеяния показаны на рис. 3. Здесь по оси ординат отложены относительные значения коэффициента обратного рассеяния σ/σ0, дБ, где σ0 соответствует обратному отражению от металлической поверхности при φ = 0. По оси абсцисс отложены значения углов падения φ в градусах. Данные 1 относятся к вертикальной поляризации, данные 2 - к горизонтальной поляризации. Из рис. 3 следует, что при 0° < φ < 30° экспериментальные 140 Вестник СибГАУ. № 5 (51). 2013 и расчетные данные согласуются, при φ > 30° наблюдаются расхождения. Данное расхождение связано с недостаточным динамическим потенциалом аппаратуры.

About the authors

Y. L. Lomuhin

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

Email: lom@pres.bscnet.ru
8 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

E. B. Atutov

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

8 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

B. V. Basanov

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

8 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

V. P. Butukhanov

Institute of Physical Materials Science of Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

Email: vbut1951@gmail.com
8 Sakhyanova st., Ulan-Ude, 670047, Russia

References

Supplementary files