Влияние сильного локального атмосферного возмущения на величину сопротивления излучения низкочастотной рамочной антенны, расположенной в ионосфере Земли

Аннотация

Проведены численные расчеты изменения величины сопротивления излучения ионосферной рамочной антенны в интервале частот 1…10 кГц под влиянием всплывающего сильного локального возмущения, вызванного возможным вторжением в атмосферу метеоритных тел. Показано, что с приближением области возмущения к рамочной антенне величина сопротивления излучения сначала возрастает, а затем падает практически до нуля. Реактанс антенны изменяется при этом на несколько порядков величины, что затрудняет её согласование с передатчиком, особенно на частотах, превышающих нижнюю гибридную частоту.

• ионосфера
• рамочная антенна
• низкие частоты
• сопротивление излучения
• сильное локальное возмущение

Abstract (in English)

Effect of strong local atmospheric disturbance on the radiation resistance of a low-frequency loop antenna located in the Earth's ionosphere

A low-frequency loop antenna located in the ionosphere can be an effective diagnostic tool for determining the parameters of strong local atmospheric disturbances. The source of such disturbances can be the intrusion of meteoroids into the atmosphere. The input impedance of the loop antenna in the undisturbed ionosphere weakly depends on the parameters of the surrounding magnetoactive plasma, so an inhomogeneity of the environment does not disrupt the matching of the loop with the transmitter. The article presents the results of numerical calculations of radiation resistance and reactance values of the low-frequency loop antenna located in the ionosphere in the frequency range of 1...10 kHz. The parameters of the ionospheric plasma (ionization value, temperature, effective frequency of electron collisions) change in time under the influence of a strong local disturbance emerging in the atmosphere. It is shown that as the disturbance region approaches the antenna, the magnitude of the radiation resistance is significantly different from the background values, first in the direction of increase, and then in the direction of decrease, down to a value of the order of the radiation resistance in free space. The duration of these disturbances is in the range from 15 to 30 s with a change in the initial energy of the atmospheric disturbance from 1 to 10 PJ. The antenna reactance changes by several orders of magnitude, which makes it difficult to match it with the transmitter, especially at frequencies exceeding the lower hybrid frequency.

Для цитирования

Литература

1. Акиндинов В.В., Еремин С.М., Лишин И.В. Антенны низкой частоты в магнитоактивной плазме (обзор) // Радиотехника и электроника. - 1985. - Т. 30. - № 5. - С. 833-850.
2. 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.
3. Лукин Д.С., Пресняков В.Б., Савченко П.П. Расчеты волновых полей ближней зоны рамочного ОНЧ-излучателя в однородной магнитоактивной плазме // Геомагнетизм и аэрономия. - 1988. - Т. 28. - № 2. - С. 262-267.
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/S0033849419080126.
5. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Пространственное распределение демодулированного низкочастотного поля в ионосфере, возмущенной мощным коротковолновым радиоизлучением // Радиотехника и электроника. - 2013. - Т. 58. - № 9. - С. 965-970. - https://doi.org/10.7868/S0033849413090106.
6. 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.
7. 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.
8. Wang T.N.C., Bell T.F. Radiation Resistance of a Short Dipole Immersed in a Cold Magnetoionic Medium // Radio Sci. - 1969. - Vol. 4. - No. 2. - P. 167-177. - https://doi.org/10.1029/RS004i002p00167.
9. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. - Москва: Наука, 1981. - 416 c.
10. Стикс Т. Теория плазменных волн. - Москва: Атомиздат, 1965. - 343 с.
11. Мошков А.В. Влияние сильного локального атмосферного возмущения на резонансную структуру ближнего поля низкочастотной рамочной антенны, расположенной в ионосфере Земли // Радиотехника и электроника. - 2023. - Т. 68. - № 9. - С. 852-857. - https://doi.org/10.31857/S0033849423090188.
12. Фаткуллин M.H., Зеленова Т.И., Козлов В.К. и др. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. - Москва: Наука, 1981. - 256 с.