Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Том 1 - Исимару А.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку а = раа =(Я/Ге)оа, сечение поглощения отдельного эритроцита
равно
оа = 6 • 10-12/ см2,
где / измеряется в мегагерцах. Характеристики рассеяния и поглощения
могут существенно зависеть от вязкости плазмы и эритроцита [3].
Глава 4
Рассеяние волн в разреженных облаках частиц
В гл. 2 и 3 представлены характеристики отдельного рассеивателя и
приведены некоторые примеры, с которыми чаще всего приходится
иметь дело на практике. Обратимся теперь к главной цели данной книги,
а именно к изучению характеристик волны, распространяющейся через
облако случайно распределенных рассеивателей. Укажем сразу, что,
имея дело с волной в облаке из множества частиц, как правило,
рассматривают два предельных случая: разреженные и плотные облака.
Если плотность частиц мала, можно использовать приближение
однократного рассеяния (рис. 4.1, а). В этом приближении предполагает-
ся, что излученная волна приходит к приемному устройству,
встретившись лишь с очень небольшим числом частиц. При этом
считается, что рассеянная волна порождается однократным рассеянием
на какой-либо частице, а рассеяния более высоких кратностей считаются
пренебрежимо малыми. Результаты такого приближения чрезвычайно
просты и широко используются в приложениях, включая
метеорологические радиолокаторы [7] я акустику океана [157]. (Общая
теория рассеяния света изложена в работах [16, 36].)
При увеличении концентрации частиц уже нельзя считать, что
распространяющаяся в прямом направлении волна не отличается от
падающей, и возникает необходимость учитывать затухание волны из-за
рассеяния и поглощения вдоль пути распространения (рис. 4.1,6). В
таком приближении по-прежнему считается, что рассеянная волна
обусловлена однократным рассеянием на частице, но здесь уже
учитывается затухание из-за рассеяния и поглощения как падающей, так
и рассеянной волн при их распространении. Такой подход частично
учитывает многократное рассеяние, и поэтому мы его будем называть
первым приближением теории многократного рассеяния. Это приближе-
ние широко используется при изучении поглощения в дожде.
Слова "разреженный", "малая плотность частиц" и т. п. ис-
пользовались выше без соответствующей строгости. Вообще говоря,
разграничение различных приближений должно зависеть от таких
величин, как оптический путь и альбедо, которые зависят от длины
волны, размера частиц и их характеристик рассеяния, а также от.
свойств излучателя и приемника. Эти вопросы рассматриваются в
последующих разделах, посвященных соответствующим приближениям.
Рассеяние волн в разреженных облаках частиц
83
Указанные выше два приближения - однократное рассеяние и
первое приближение многократного рассеяния - пригодны для описания
большинства встречающихся на практике задач. Относительная простота
этих методов обусловила их чрезвычайно широкое использование.
Однако оба этих приближения пригодны лишь для разреженных облаков
частиц. В противоположном
Ч
<t:
Излучатель Приемник
з*:
Затухание
о-9'° '
Рис. 4.1. Однократное рассеяние (а), первое приближение многократного рассеяния (б),
многократное рассеяние (в) и диффузионное приближение (г).
случае, когда плотность частиц велика, оказывается полезным другой
метод, который называется диффузионным приближением (рис. 4.1, г).
Этот метод подробно рассматривается в гл. 9.
Существует еще промежуточная область концентраций частиц,
лежащая между областями малых плотностей (когда применимо
однократное рассеяние и первое приближение теории многократного
рассеяния) и больших плотностей (когда справедливо диффузионное
приближение), где многократное рассеяние играет важную роль (рис.
4.1, в). В последующих главах мы рассмотрим некоторые методы,
разработанные для описания волн в этой сложной для расчетов области.
Здесь же мы оста
84
Глава 4
новимся на однократном рассеянии и на первом приближения теории
многократного рассеяния.
Вообще говоря, при исследовании волн в случайных средах все
задачи можно разделить на два типа: а) рассеяние волны в случайной
среде и б) распространение волны в случайной среде в пределах прямой
видимости. Среди примеров задач рас- сеяния можно назвать изучение
аэрозолей и гидрометеоров с помощью радиолокаторов, лазерных и
акустических локаторов, а также рассеяние света и звука в воде.
Примеры задач распространения в пределах прямой видимости
включают определение флуктуаций амплитуды и фазы волны, вызванных
случайной средой, и влияния этих флуктуаций на системы связи.
Каждый из этих двух типов задач (рассеяние и распространение) в свою
очередь можно разбить на два вида в зависимости от того, является ли
излученная волна монохроматической или импульсной.
Данная глава посвящена рассеянию монохроматической волны в
случайной среде. Рассеяние импульсных волн рассматривается в гл. 5, а
задачи распространения в пределах прямой видимости изучаются в гл. 6.
Первые три раздела данной главы посвящены анализу средней мощности
