Рассеяние электромагнитных волн от слоя магнитоактивной плазмы с неоднородной концентрацией частиц Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.876

А. В. Никушин, Д. Н. Панин РАССЕЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОТ СЛОЯ МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМЫ С НЕОДНОРОДНОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ЧАСТИЦ

Ключевые слова: неоднородная анизотропная плазма, рассеяние электромагнитных волн.

Предложена методика численного моделирования взаимодействия электромагнитного излучения со слоем- магнитоактивной плазмы с неоднородной концентрацией частиц. Методом дифференциальной прогонки рассчитаны частотные и угловые характеристики модулей коэффициентов отражения волн Е- и Н-поляризации.

Keywords: inhomogeneous anisotropic plasma, the scattering of electromagnetic waves.

The technique of numerical simulation of the interaction of electromagnetic radiationwith a layer of magnetized plasma with a nonuniform particle concentration. Calculatedby the differential sweep frequency and angular characteristics of the modules of the reflection wave of E-and H-polarization.

Рассмотрим слой плазмы, находящейся под влиянием внешнего постоянного вектора

магнитного поля Н0 [1]. Пусть вектор Н0 имеет направление вдоль оси z. Плазма в таком

состоянии считается анизотропной или магнитоактивной [2]. Данной моделью может, например, описываться плазма в ионосфере [3]. Проведем анализ взаимодействия электромагнитной волн E-и Н-поляризации с неоднородным магнитоактивным слоем плазмы, расположенным между плоскостями x=0 и x=L декартовой системы координат (рис. 1).

Рис. 1 — Наклонное падение E-волны на слой магнитоактивной плазмы

В неоднородном магнитоактивном слое плазмы, взяв материальные уравнения для пространственных зависимостей у- и 2-составляющих напряженностей электрического и магнитного полей при гармонической зависимости от времени получим систему уравнений вида:

dEy

dx

= - j юц 0 ц Hz(x),

dHz .A. sa(x) sin2 yI^ , 4 sa(x), .

— -j ®S0.(x) |1-1;(xr ■ Кф| Ey(x)+lwksin Y Hy(

dE,

dEz f. sin2 v!ш . . sa(x) .

— -j и^0 T-1(ф} Hy(x)+lööksin Y Ey(x)

dH.

• — j © 60 S//Ez(x),

dx

где s(x), sa(x), s// - компоненты тензора диэлектрической проницаемости плазмы.

Если ввести в рассмотрение нормированные напряженности электрического и магнитного полей, то для данной системы уравнений, исходя из условий непрерывности тангенциальных составляющих напряженностей электрического и магнитного полей на границах раздела сред, имеем следующие граничные условия:

U1(0) — 1 + Ree, U2(0) — -Reh cos Y,

4(0) — (1 - Ree)cosy, V2(0) — -Reh,

U1(L) — Tee, U2O-) — Tehcos Y,

V1O-) — Tee cos yZ>/Zl , V2(L) — - Teh Z,/Zl .

Вид уравнений, описывающих волновые поля в магнитоактивной плазме при Н-поляризации, такой же, как и в случае Е-поляризации, а граничные условия представляются в следующем виде:

U2(0) — (1-Rhh)cos Y, Ui(0) — Rhe,

V2(0) —-(1 + Rhh), 4(0) — -Rhe cos y,

U2O-) — Thh cos y , U1(L) — Teh,

V2(L) — -Thh ZJZl , V1(L) — - Teh cos Y ZJZl .

Система уравнений вместе с условиями составляет граничную задачу, решение которой позволяет определять волновые поля в неоднородном магнитоактивном слое плазмы. Методом дифференциальной прогонки граничные задачи данного типа сведена к задаче Коши, решая которую, мы можем найти частотные и угловые зависимости коэффициентов отражения.

Приведем основные результаты численного анализа отражений от анизотропной плазмы. На рис. 2 представлены частотные зависимости коэффициента отражения от однородного слоя магнитоактивной плазмы. Падающая под углом у = я/ 4 плоская волна Е-поляризована, максимальное значение плазменной частоты равно Крт = 1_ ©р/с = 5, собственная частота вращений электронов в магнитном поле равна Кн = 1_©н/с = 0,5, частота столкновений электронов в плазме Ку = L\эф/с = 0,5. При тех же параметрах

представлены отражательные характеристики неоднородного параболического профиля электронной концентрации. Здесь Рее - модуль коэффициента отражения основной волны, а

РеИ - деполяризованной. На рис. 3 показаны угловые характеристики коэффициентов

отражения основной волны для случая Е-поляризации. На рис. кривая 1 соответствует однородному слою магнитоактивной плазмы, а кривая 2 - параболическому.

Рис. 2 — Частотные зависимости модулей коэффициентов отражения Е-волн от слоя магнитоактивной плазмы

Рис. 3 — Угловые характеристики модулей коэффициентов отражения

электромагнитных волн Е-поляризации от слоя магнитоактивной плазмы

Литература

1. Неганов, В. А. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие для вузов./ О.В. Осипов, С.Б. Раевский, Г.П. Яровой; под ред. Неганова В.А. и Раевского С.Б. - М.: Радио и связь, 2005. - 648 с.

2. Виноградова М.Б. Теория волн / Руденко О.В., Сухоруков А.П. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. — 383с.

3. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме / М.: Главная редакция физикоматематической литературы, 1967. — 684с.

© А. В. Никушин - студ. каф. теоретических основ радиотехники и связи Поволжского госуд. унта телекоммуникаций и информатики, [email protected]; Д. Н. Панин - канд. физ.-мат. наук, доц. той же кафедры, [email protected].