ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 6
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.13
УДК 537.872.32
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЗЕМНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ БОРТОВОГО НИЗКОЧАСТОТНОГО ПЕРЕДАТЧИКА В ИОНОСФЕРЕ
А. В. Мошков
Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Моховая, 11-7
Статья поступила в редакцию 21 июня 2021 г.
Аннотация. На примере конкретного проекта активного ионосферного эксперимента проведено численное моделирование наземного распределения напряженности поля низкочастотной волны, излучаемой при помощи рамочной антенны большого диаметра, установленной на борту спутника на приполярной орбите. Показано, что для рабочей частоты 10 кГц, диаметра рамки 20 м и амплитуды силы тока в рамке 100 А максимальное значение магнитного поля волны на поверхности земли убывает с увеличением широты и находится в интервале величин 1… 2 нА/м. Величина вертикального компонента электрического поля лежит в интервале 0.4 ... 0.8 мкВ/м. Средние значения доплеровского смещения частоты не превышают ~0,4 Гц. Проведено сравнение данных численного эксперимента и результатов расчета величины напряженности магнитного поля в максимуме наземного распределения с использованием простых приближенных формул.
Ключевые слова: ионосфера, низкие частоты, бортовая рамочная антенна, доплеровское смещение частоты.
Abstract. Projects of active experiments in the ionosphere and the magnetosphere of the Earth and planets often include powerful low-frequency transmitters installed on-board of a spacecraft. Such sources are very effective, but their radiation is extremely heterogeneous in space because of the anisotropy of the ionospheric plasma due to the presence of the magnetic field of the Earth. This paper is devoted to numerical modeling of a distribution of the wave field strength near the Earth surface. The work examines a specific active wave experiment with a 20 m loop as a transmitting antenna. The satellite is assumed to orbit with an inclination of 82.5 degrees at an average altitude of 1000 km. All calculations are performed in linear approximation using the cold magneto-active plasma model. The computation model uses ray approximation everywhere except for the highly heterogeneous lower ionosphere, where a full wave equations set is applied. It is shown that the maximum magnetic field value is decreased with increasing of the geomagnetic latitude value and the strength range is 1… 2 nA/m for frequency 10 kHz and loop current 100 A. The magnitude of the vertical component of the electric field lies in the range of 0.4 ... 0.8 μV/m. An average Doppler frequency shift is equal to ~0.4 Hz. A comparison is made between the data of the numerical experiment and the results of simple estimations of the values of the magnetic field strength at the maximum of the ground distribution.
Key words: ionosphere, low frequencies, on-board loop transmitter, wave field’s strength distribution, Doppler frequency shift.
Литература
1. Мошков А.В. Численное моделирование измерения напряженности поля бортового низкочастотного передатчика в ионосфере с использованием приемника, установленного на суб-спутнике. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.5.12
2. Ерухимов Л.М. Ионосфера Земли как космическая плазменная лаборатория. Соросовский образовательный журнал. 1998. Т.4. №4. С.71-77.
3. Арманд Н.А., Семенов Ю.П., Черток Б.Е. и др. Экспериментальное исследование в ионосфере Земли излучения рамочной антенны в диапазоне очень низких частот, установленной на орбитальном комплексе «Мир-Прогресс-28-Союз ТМ-2». Радиотехника и электроника. 1988. Т.33. №11. С.2225-2233.
4. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Численное моделирование распределения низкочастотного поля, создаваемого передающей рамочной антенной, установленной на борту космического аппарата. Радиотехника и электроника. 2019. Т.64. №9. С.866-873. https://doi.org/10.1134/S1064226919080126
5. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере. УФН. 2007. Т.177. №11. С.1145-1177. https://doi.org/10.3367/UFNr.0177.200711a.1145
6. Ракеты и космические аппараты конструкторского бюро "Южное". Под ред. С.Н.Конюхова. Днепропетровск, 2000 [электронный ресурс]. Сайт ГКБ "Южное" им. М.К.Янгеля. Режим доступа: http://rvsn.ruzhany.info/umz_2000_00.html. (16.06.2021).
7. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Распределение на поверхности земли напряженности поля низкой частоты, демодулированного в возмущенной нижней ионосфере. Радиотехника и электроника. 2018. Т.63. №5. С.409-414. https://doi.org/10.7868/S0033849418050030
8. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. Москва, Мир. 1973. 502 с.
9. Макаров Г.И., Новиков В.В. Вопросы распространения сверхдлинных радиоволн в полноводном канале Земля-ионосфера. УФН. 1969. Т.98. №4. С.733-735.
10. Аксенов В.И, Мошков А.В. О напряженности поля на поверхности Земли от источника очень низкой частоты, расположенного в ионосфере. Радиотехника и электроника. 1987. Т.32. №5. С.913-921.
11. Аксенов В.И., Мошков А.В. Трехмерные лучевые траектории электромагнитных волн низкой частоты в магнитосфере Земли. Космические исследования. 1981. Т.9. №6. С.876-883.
12. Budden K.G. Radio Waves in the Ionosphere. Cambridge: University Press. 1961. 542 p.
13. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Численное моделирование прохождения волн очень низкой частоты через магнитоактивную плоскослоистую плазму нижней ионосферы Земли. Радиотехника и электроника. 2020. Т.65. №5. С.434-441. https://doi.org/10.31857/S0033849420050101
14. Фаткуллин M.H., Зеленова Т.И., Козлов В.К., Легенька А.Д., Соболева Т.Н. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. Москва, Наука. 1981. 256 с.
15. Мошков А.В. Оценка величины напряженности поля низкочастотного ионосферного источника вблизи главного максимума распределения на поверхности земли. Радиотехника и электроника. 2009. Т.54. №12. С.1436-1442.
Для цитирования:
Мошков А.В. Численное моделирование наземного распределения напряженности поля бортового низкочастотного передатчика в ионосфере. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.13