Компьютерная симуляция распространения плоской электромагнитной волны в волноводе образованном поверхностью Земли и ионосферой при условии неоднородной проводимости границ

2023

Vestnik KRAUNC: Fiziko-Matematičeskie Nauki, Vol 44, Iss 3, Pp 104-120 (2023)

В статье приводятся результаты компьютерного моделирования распространения плоской электромагнитной волны. Грозовые разряды являются естественными источниками импульсного электромагнитного излучения (атмосферика). Атмосферик распространяется в волноводе Земля-Ионосфера как плоская электромагнитная волна с широким спектром частот с максимумом интенсивности в диапазоне 4-10 кГц. После землетрясений с магнитудами порядка 7 и более, увеличивается насыщенность подземных вод вторичными минералами, что приводит к локальному увеличению проводимости земли в данных областях. Что определяет электрофизические свойства земли, как параметры нижней границы волновода Земля-Ионосфера. Которые влияют на характеристики распространяющихся в волноводе электромагнитных волн. Предполагается, что, изучая параметры атмосферика можно установить наличие неоднородности проводимости стенки волновода. На основе системы уравнений Максвелла с краевыми условиями в виде Perfectly matched layer, задаётся математическая модель процесса. Краевые условия модели определяют область распространения электромагнитного широкополосного сигнала, как волновод с неоднородной проводимостью границ. Система модельных уравнений решается численным методом Finite-Difference Time-domain. Для решения поставленной задачи и проведения компьютерного моделирования разработан программный комплекс в среде MATLAB. С целью проверки предположения, был проведён ряд компьютерных симуляций. В результате показано, что имеет место обратное рассеяние электромагнитной волны на трассе волновода, возникающее в следствии отражения волны при её взаимодействии с неоднородностью проводимости нижней границы волновода. Показано, что с помощью математического моделирования процесса распространения атмосферика и его взаимодействий с неоднородностью в волноводе можно установить наличие неоднородности и её связь с характеристиками излучения.

article

English
Russian

KamGU by Vitus Bering, 2023.

математическое моделирование, динамические процессы, уравнения максвелла, атмосферик, плоская эм волна, волновод, неоднородность проводимости, компьютерная симуляция, matlab, обратная волна, численное решение, fdtd, pml, abc, mathematical modeling, dynamic processes, maxwell’s equations, atmospheric, plane em wave, waveguide, conduction inhomogeneity, computer simulation, inverse wave, numerical solution, Science