Дифракционное рассеяние электромагнитных волн в атмосфере

Рассеяние и ослабление электромагнитных волн зависит от соотношения длины волны и размера рассеивателя. Когда , то при этих условиях наблюдается геометрическое отражение и рассеяние. Для простейших целей мы оценивали ЭПР для шара: ; для пластины: ; для полупроводникового вибратора: (условие: ).

Расчет ЭПР для шара используется для калибровки метеорологических радиолокаторов, в диапазоне длин волн см, при этом соотношение между диаметром шара и длиной волны 1/10 (.

Дифракционное рассеяние электромагнитных волн в атмосфере наблюдается при условии, что размеры цели во много раз меньше длины волны, т.к. цель при расчетах является сферической частицей, то размеры цели оцениваются или через диаметр, или через радиус этой частицы.

Радиолокационное обнаружение облаков основано на эффекте рассеяния радиоволн СМ-диапазона на частицах облаков и осадках. При взаимодействии падающей электромагнитной волны на гидрометеор, в нем индуцируется электрические и магнитные дипольные, квадр -, окто - моменты.

Энергия осцилляции (возникновения) исходит от падающей волны. Часто энергия при взаимодействии с гидрометеором переходит в тепло, часть вновь излучается в пространство в виде рассеянного электромагнитной поля на той же частоте, что и первично падающая электромагнитная волна. Способность облачных частиц и диэлектрических неоднородностей возвращать часть рассеянной энергии к источнику количественно характеризуется поперечным сечением обратного рассеяния или поглощения.

– поперечное сечение рассеяния, - поглощения, [см², м²].

Аналитическое выражение для расчета эффективной площади рассеяния получено из классической теории рассеяния электромагнитных волн:

(1.1)

(1.2)

- порядок парциальных волн (положительное число); - вещественная часть суммы параметров преломления, взятых с обратным знаком; и – коэффициенты Ми, которые определяются амплитуду парциальных волн, излученных индуцированными магнитными и электрическими ди -, квадр – и другими моментами.

, ,

где – волновое число, – цилиндрические функции Бесселя.

Эти функции позволяют решить задачи рассеяния внутри сферы (сходящиеся волны).

- цилиндрические функции Ханкеля, которые позволяют решить задачи рассеяния вне сферы (гидрометеора).

(1) примем для расчета характеристик рассеяния гидрометеора любых размеров и диэлектрических свойств. В литературе встречается понятие – нормальное поперечное рассеяние.

,

,

где – радиус рассеивающей частицы.