Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 5. С. 19-27
Экспериментальное исследование диэлектрических свойств сухого снега с крупными частицами на частоте 37,5 ГГц
1 Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Московская обл., Россия
Одобрена к печати: 07.10.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-19-27
В настоящей работе методом призмы на частоте 37,5 ГГц выполнено экспериментальное исследование зависимости показателя преломления сухого снега от объёмной плотности на интервале её значений 0,16–0,535 и размеров частиц до 10 мм. Исследованные образцы снега имели как самосформировавшуюся, так и разрушенную структуру. Кроме того, использованы различные комбинации смеси из кусков мелкозернистой снежной корки и крупных осколков сосулек. Сравнительный анализ полученных в работе экспериментальных данных с известными данными показал, что зависимость действительной части комплексной диэлектрической проницаемости сухого снега от объёмной плотности описывается формулой Полдера – ван Сантена независимо от структуры снега при размерах частиц, по крайней мере соизмеримых с длиной волны.
Ключевые слова: сухой снег, показатель преломления, объёмная плотность, соизмеримые с длиной волны частицы льда, эксперимент, метод призмы
Полный текстСписок литературы:
- Аплеталин В. Н., Голунов В. А., Чигряй Е. Е. Диэлектрические свойства льда и снега в ММ диапазоне волн // Тр. 1-й Всесоюзной школы-симп. по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере. М., 1983. С. 156–160.
- Голунов В. А. Когерентное ослабление электромагнитных волн в слабо поглощающих плотных случайных дискретных (снегоподобных) средах // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 1. С. 31–37. DOI: 10.7868/S0033849415010052.
- Голунов В. А., Коротков В. А., Сухонин Е. В. Эффекты рассеяния при излучении миллиметровых волн атмосферой и снежным покровом // Итоги науки и техники. Сер. «Радиотехника». М.: ВИНИТИ, 1990. Т. 41. С. 68–136.
- Голунов В. А., Гордеев К. В., Рыков К. Н. Пассивные измерения показателя преломления жидкого азота и сыпучих веществ методом призмы в миллиметровом диапазоне волн // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2021. Т. 13. № 4. С. 435–442. DOI: 10.17725/rensit.2021.13.435.
- Кузьмин П. П. Физические свойства снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 178 с.
- Оделевский В. И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем // Журн. техн. физики. 1951. Т. 21. Вып. 6. С. 678–685.
- Рыжов Ю. А., Тамойкин В. В., Татарский В. И. О пространственной дисперсии неоднородных сред // Журн. эксперим. и теорет. физики. 1965. Т. 48. № 2. С. 656–665.
- Ambach W., Denoth A. Studies on the dielectric properties of snow // Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie. 1972. Vol. 8. P. 113–123.
- Colbeck S. C. The geometry and permittivity of snow at high frequencies // J. Applied Physics. 1982. V. 53. Iss. 6. P. 4495–4500.
- Cumming W. The dielectric properties of ice and snow at 3.2 cm // J. Applied Physics. 1952. V. 23. P. 768–773.
- Denoth A. Effect of grain geometry on electrical properties of snow at frequencies up to 100 MHz // J. Applied Physics. 1982. V. 53. P. 7496–7501.
- Evans S. Dielectric properties of ice and snow: A review // J. Glaciology. 1965. No. 5. P. 773–792.
- Hallikainen M., Ulaby F., Abdelrazik M. Dielectric properties of snow in 3 to 37 GHz range // IEEE Trans. Antennas and Propagation. 1986. V. AP-34. No. 11. P. 1329–1340.
- Matzler C. Microwave permittivity of dry snow // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1996. V. 34. No. 2. P. 573–581.
- Matzler C., Wegmuller U. Dielectric properties of fresh-water ice at microwave frequencies // J. Physics D: Applied Physics. 1987. V. 20. P. 1623–1630.
- Polder D., van Santen J. H. The effective permeability of mixtures of solids // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1946. V. 12. No. 5. P. 257–271.
- Sihvola A. Electromagnetic Mixing Formulas and Applications. IEE Electromagnetic Waves Ser. L., 1999. V. 47. 284 p.
- Sihvola A., Kong J. A. Effective permittivity of dielectric mixtures // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1988. V. 26. No. 4. P. 420–429.
- Sihvola A., Nyfors E., Tiuri M. Mixing formulae and experimental results for the dielectric constant of snow // J. Glaciology. 1985. V. 31. No. 108. P. 163–170.
- Stogryn A. The bilocal approximation for the effective dielectric constant of an isotropic random medium // IEEE Trans. Antennas and Propagation. 1984. V. AP-32. No. 5. P. 517–520.
- Sugiyama S., Enomoto H., Fujita S., Fukui K., Nakazawa F., Holmilund P. Dielectric permittivity of snow measured along the route traversed in the Japanese–Swedish Antarctic Expedition 2007/08 // Annals of Glaciology. 2010. V. 51. No. 55. P. 9–15.
- Tiuri M. T., Sihvola A. H., Nyfors E. G., Hallikainen M. T. The complex dielectric constant of snow at microwave frequencies // IEEE J. Oceanic Engineering. 1984. V. 9. No. 5. P. 377–382.
- Tsang L., Kong J. A. Scattering of electromagnetic waves for random media with strong permittivity fluctuations // Radio Science. 1981. V. 16. No. 3. P. 303–320.
- Tsang L., Kong J. A., Newton R. W. Application of strong fluctuation random medium theory to scattering of electromagnetic waves from a half-space of dielectric mixture // IEEE Trans. Antennas and Propagation. 1982. V. AP-30. No. 2. P. 292–302.
- Tsang L., Kong J. A., Shin R. Theory of Microwave Remote Sensing. N. Y.: Wiley-Interscience, 1985. 632 p.
- Zhuck N. P., Schuemann K., Shulga S. N. Effective permittivity of a statistically inhomogeneous medium with strong permittivity fluctuations // J. Electromagnetic Waves and Applications. 2004. V. 18. No. 3. P. 357–359.