Радиоволновые приборы СВЧ и КВЧ диапазонов для зондирования природных образований

• Автор: Ёлкин, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.12.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 212 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение. Общая характеристика работы
Глава 1. Электрофизические свойства, аппаратура и общие принципы радиоволнового зондирования природных образований
1.1 .Диэлектрические и радиационные характеристики природных
образований
1,2.Радиоволновые приборы СВЧ и принципы пассивного зондирования
природных образований
ГЗ.Радиоволновые приборы СВЧ и принципы активного контактного
и дистанционного зондирования природных образований
Выводы
Глава 2. Радиоволновые приборы для зондирования природных образований, научные принципы создания и результаты лабораторных и натурных испытаний
2.1.Измеритель диэлектрической проницаемости и результаты измерений диэлектрической проницаемости почвогрунтов, типичных для Поволжья
2.2.Приборы активного контактного радиозондирования почвогрунтов по параметрам влажности и солёности, результаты испытаний и
опытно-производственных работ
2.3 .Приборы активного контактного СВЧ зондирования снежно-фирновых образований в горных ледниках, результаты испытаний и
опытно-производственных работ
Выводы
Глава 3. Дистанционное СВЧ зондирование природных образований
3.1 .Природно-мелиоративный мониторинг земель Поволжья
3.2.Модели и расчеты СВЧ радиационных характеристик увлажненных и мёрзлых почвогрунтов, почвогрунтов с растительным покровом,
уровней залегания грунтовых вод
3.3.Результаты лётных радиометрических исследований, испытаний и опытно-производственных работ
3.4.Бесконтактный СВЧ прибор контроля почвенной влажности в системе автоматизированного посевного агрегата
Выводы
Глава 4. Радиоспектрометр и трансмиссионно-резонансная КВЧ/СВЧ
радиоспектроскопия
4.1.Особое положение ММ волн в системе электромагнитных
излучений
4.2.Трансмиссионно-резонансный КВЧ/СВЧ радиоспектрометр и метод радиоспектроскопии, радиофизическая концепция

4.3.Аппликаторньте антенны, конструктивные особенности и
электродинамические свойства
4.4.Экспериментальная апробация трансмиссионно-резонансных КВЧ/СВЧ радиоспектрометра и метода радиоспектроскопии, физические модели, резонансные эффекты, механизмы взаимодействия с физическими и биологическими объектами, применение в биологии и медицине
Выводы
Заключение. Основные результаты и выводы
Основные публикации, доклады и достижения
по материалам диссертации
Список литературы
Приложение. Акты внедрения и справки об использовании

Введение. Общая характеристика работы.
Диссертационная работа посвящена разработке принципов, приборов и методов радиоволнового контактного и дистанционного зондирования состояния природных образований: почв, растительных покровов, мёрзлых грунтов, снежно-фирновых образований и ледников, разработке комплекса аппаратуры и методов радиоспектроскопии для регистрации внутренних процессов в средах и объектах живой и неживой природы, диагностике состояния организма человека и животных, лабораторным и натурным испытаниям приборных комплексов и методов, проведению опытнопроизводственного зондирования параметров природных образований, внедрению разработок.
Актуальность темы. Главным фактором, определяющим жизнедеятельность растений и, в конечном счёте, урожайность, безусловно, является баланс водной и минеральной компонент почвы. Неконтролируемое землепользование не только не позволяет добиться устойчивой экономической эффективности сельскохозяйственного производства, но и таит в себе убытки и непрогнозируемые экологические катастрофы. Избежать этой ситуации можно путём разработки и внедрения радиоэлектронных средств оперативного и широкомасштабного контроля состояния всех звеньев в системе земледелия “почва - вода - минерально-солевой состав - растительность -животные-человек”. Для продуктивного сельского хозяйства необходима информация по основным параметрам природных образований - влажности и солёности почв, биомассы растительных покровов, уровней залегания грунтовых вод, глубины промерзания почв, процессам влагообмена в горных ледниках [1-8]. Однако в настоящее время современным контрольно-измерительным оборудованием и новейшими информационными технологиями сельское хозяйство не обеспечено, хотя они являются резервом повышения урожая.
В то же время существуют удачные разработки, некоторые из которых апробированы, например, приборы дистанционного активного и пассивного СВЧ зондирования природных образований [5-7,9,10]. Специфику хозяйственной деятельности в горных районах определяет гляциологическая обстановка горных ледников. Важнейшими здесь являются мощность ледников и процессы водобаланса в них. От этого

Из таблицы следует, что между содержанием воды в биотканях и значением ДП корреляция существует, но закономерности в их связи типа парциального соотношения еБ = Wsw не просматривается. Это указывает на участие в электродинамических свойствах тканей не только воды, но и биокомпонент, и, главным образом, процессов жизнедеятельности. Об этом свидетельствует тот факт, что собственное радиоизлучение живых биотканей превышает излучение искусственных эквивалентов (например, физраствора) при температуре тела. В данном случае целесообразнее применение контактного зондирования с использованием аппликаторных антенн. Поэтому производится измерение не яркостной температуры поверхности тела, а принимается собственное радиоизлучение из области тела, ограниченной ближней зоной аппликатор-ной антенны, соответствующее эквивалентной шумовой температуре.
1.2. Радиоволновые СВЧ приборы и принципы пассивного зондирования природных образований.
Принципы СВЧ радиометрии. Все тела при температуре выше абсолютного нуля излучают во всём диапазоне возможных частот электромагнитных колебаний по закону распределения интенсивности, близкому к закону излучения Планка для абсолютно чёрного тела. Интенсивность собственного радиоизлучения тел носит шумовой характер и связано с электрофизическими параметрами излучающих тел, таких как диэлектрическая проницаемость, электропроводность, плотность, фазовое состояние, температура, дисперсность, состав, структура поверхности и др.. Такая многопараметрическая зависимость требует тщательной опытной проработки зависимости собственного радиоизлучения объекта по каждому из параметров целевого назначения. Спектральная плотность собственного радиоизлучения при нормальных условиях (Т=300 К) в СВЧ диапазоне находится на чрезвычайно низком уровне. В соответствии с формулой Рэлея-Джинса
р( f,T) =2к( f/co)2 кБТ [ Вт/м2-Гц ] (1.43)
оно имеет порядок 3-10'19 Вт/м2-Гц . Поскольку собственное излучение шумовое, то измерения проводят в некоторой полосе частот А (, что снижает требования к чувствительности приёмных систем.
Р( f,T) =2п( {!с0)2 kgT-A f [ Вт/м2 ] . (1.44)