сантиметровые волны

САНТИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ (СМВ) - радиоволны в диапазоне длин волн 1-10 см (частоты 3-30 ГГц). Влияние ионосферы на распространение СМВ невелико - поглощение практически отсутствует, а фазовый сдвиг, пропорц. длине волны, составляет для стандартной дневной ионосферы при вертикальном распространении волн 3-30 рад. В нейтральной атмосфере имеют место молекулярное поглощение СМВ водяным паром (слабая линия вращат. спектра водяного пара с резонансом на длине волны= 1,35 см) и, при наличии облаков и осадков, поглощение в жидкокапельной фракции. Именно мощные облака и дожди приводят к наиб. существенному поглощению СМВ, к-рое достигает в зенитном направлении единиц и даже десятков дБ в KB части диапазона СМВ. Коэф. поглощения и преломления в облаках определяются комплексной диэлектрич. проницаемостью воды , к-рая в диапазоне СМВ имеет резкую частотную зависимость, а также зависит от темп-ры воды и степени её минерализации. Водная среда для СМВ является сильно поглощающей (толщина скин-слоя < 1 см), обладающей большим коэф. преломления и, следовательно, сильно отражающей и рассеивающей. В безоблачной атмосфере поглощение СМВ определяет водяной пар.

Преломление СМВ в атмосфере из-за влияния водяного пара превосходит преломление эл--магн. волн в оптич. диапазоне и, возрастая с ростом зенитного угла, достигает значений 30-40'. Загоризонтное распространение СМВ незначительно и связано гл. обр. с волноводным распространением, к-рое возникает в случаях, когда в приземном слое атмосферы градиент коэф. преломления dn/dh < - 1,57*10^-4 км^-1. Флуктуации интенсивности СМВ вследствие турбулентности атмосферы при величине структурной постоянной см^-2/3 обычно не превышают 5-10%; их поперечный радиус корреляции порядка размера Френеля зоны -(L - длина трассы). Среди эффектов, возникающих при распространении СМВ в атмосфере, следует отметить рассеяние на гидрометеорах (облака, дожди, снег), к-рое имеет рэлеевский характер, а на длинах волн < 3 см - деполяризацию, возникающую из-за отклонения формы частиц гидрометеоров от сферической.

В качестве источников СМВ используются ламповые и транзисторные генераторы, генераторы на туннельных и лавинно-пролётных диодах, диодах Ганна, искровой разряд, клистроны, лампы обратной (ЛОВ) и бегущей (ЛБВ) волн, магнетроны, мазеры на циклотронном резонансе (МЦР). Естеств. источниками СМВ являются галактич. и внегалактич. источники, имеющие, как правило, степенной спектр (радиогалактики, квазары, остатки вспышек сворхновых, центр Галактики, туманности, космич. мазеры на Н₂О), а также Луна, планеты (яркостная темп-pa к-рых К), атмосфера Земли и земные покровы, спорадич. всплески в околоземном пространстве. Солнце [яркостная темп-pa к-рого в диапазонесм составляет Т = 4,5*10⁵К (спокойное Солнце), а в периоды высокой активности увеличивается в 2-3 раза]. Специфика диапазона СМВ - прозрачность ионосферы, возможность реализации узкой диаграммы направленности при сравнительно небольших размерах антенн, возможность генерации коротких импульсов, а также низкий уровень помех - привела к широкому использованию СМВ в радиолокации, радиоастрономии, связи на трассах Земля - космич. аппарат. Зависимость коэф. поглощения и отражения, а следовательно, и теплового излучения СМВ от диэлектрич. параметров, на к-рые сильно влияет наличие влаги, а также тот факт, что излучение проникает или формируется в слое, толщина к-рого пропорц. длине волны, позволяют использовать СМВ для дистанционного зондирования радиолокац. и радиометрич. (по собств. излучению) методами. Так, с ИСЗ определяются увлажнённость полей и уровень грунтовых вод, толщина и водозапас снежного покрова, оцениваются характеристики растительного покрова и прогнозируется урожайность. Определяются также глобальное распределение атмосферного водяного пара, поле темп-р и степень взволнованности морской поверхности, скорость ветра, концентрация, тип и возраст морского льда, его толщина. Измерения рефракции СМВ при радиопросвечивании атмосфер планет с космич. аппаратов используются для восстановления высотных профилей темп-ры, давления и содержания газовых компонент. СМВ находят применение для определения подповерхностного профиля темп-ры и глубины промерзания грунта, определения глубинной темп-ры внутр. тканей тела по измерениям теплового излучения. СМВ применяются для внутр. нагрева, в частности в медицине для неинвазионного лечения опухолей (гипертермия).

Лит.: Альперт Я. Л., Гинзбург В. Л., Ф е й н б е р г Е. Л., Распространение радиоволн, М., 1953; Татарский В. И., Распространение волн в турбулентной атмосфере, М., 1967; Фок В. А., Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн, М., 1970; Введенский Б. А., Распространение ультракоротких радиоволн, М.. 1973; Колосов М. А., Шабельников В. А., Рефракция электромагнитных волн в атмосферах Земли, Венеры и Марса, М., 1976; Губанов В. С., Финкельштейн А. М., Фридман П. А., Введение в радиоастрометрию, М., 1983; Ш у т к о А. М., СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов, М., 1986. К. П. Гайкттч.

   <<      Предметный указатель      >>