О вычислении величины напряженности поля в дальней зоне элементарной рамочной антенны, расположенной в ионосфере Земли

Аннотация

Представлена простая и наглядная численная процедура для определения в широком диапазоне частот величин компонент напряженности поля в дальней зоне элементарной рамочной антенны, расположенной в ионосфере Земли, при условии, что известна ее диаграмма направленности по мощности в приближении холодной многокомпонентной магнитоактивной плазмы. Приведены результаты расчета напряженности поля рамочной антенны на частотах 1 и 100 кГц для параллельной и перпендикулярной ориентации оси рамки относительно направления внешнего геомагнитного поля.

• ионосфера
• магнитоактивная плазма
• рамочная антенна
• напряженность поля в дальней зоне

Abstract (in English)

On the calculation of the field strength in the far zone of an elementary loop antenna located in the Earth's ionosphere

A low-frequency loop antenna located in the ionosphere can be used as an effective tool for plasma diagnostics and radio communications. The problem of finding the far field of an antenna in a magnetoplasma such as the ionosphere was solved by several workers earlier. It was shown that the results may be reformulated in a simpler manner to express them in terms of the normalized characteristic plane waves of the medium. This has the advantage of showing clearly how the far field depends on the free space pattern of the antenna, on the shape of the dispersion surface, namely, on the curvature characteristics of this surface. This paper presents a relatively simple and intuitive computational procedure for determining the far-field strength of any small-sized (compared to the wavelength) source located in a cold, homogeneous, multicomponent magnetoactive plasma (the ionosphere), provided that the source's radiated power and its power radiation pattern are known. As an illustration, the results of calculating the field strength in the far zone of an elementary loop antenna located in the ionosphere are given for frequencies of 1 and 100 kHz. A qualitative analysis of the angular and frequency distribution of the field strength is performed for parallel and perpendicular orientations of the loop antenna. It is shown that plasma resonance and multipath propagation, arising from plasma anisotropy, lead to a significant angular redistribution of the loop field strength compared to radiation in free space.

Для цитирования

Литература

1. Мошков А.В. О вычислении диаграммы направленности элементарной рамочной антенны, расположенной в ионосфере Земли // Журнал радиоэлектроники. - 2026. - № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.2.2
2. Budden K.G. Radio Waves in the Ionosphere. - Cambridge: University Press, 1961. - 542 p.
3. Бункин Ф.В. Об излучении в анизотропных средах // ЖЭТФ. - 1957. - Т. 32. - № 2. - С. 338-344.
4. Mittra R., Deschamps G.A. Field Solution for a Dipole in an Anisotropic Medium // Electromagnetic Theory and Antennas, part 1. - Ed. E.C. Jordan. - New York: Pergamon Press, 1963. - P. 495-512.
5. Беллюстин Н.С. Об излучении волн свистового диапазона в плазме // Известия вузов. Радиофизика. - 1978. - Т. 21. - № 1. - С. 22-34.
6. Стикс Т. Теория плазменных волн. - Москва: Атомиздат, 1965. - 345 с.
7. Bortnik J. Precipitation of radiation belt electrons by lightning-generated magnetospherically reflecting whistler waves. - Stanford University, 2004. - 216 p.
8. Wang T., Bell T.F. On input impedance of an arbitrarily oriented small loop antenna in a cold collisionless magnetoplasma // IEEE Tr. on Antennas and Prop. - 1973. - Vol. 21. - No. 5. - P. 745-746. https://doi.org/10.1109/TAP.1973.1140562
9. Фаткуллин M.H., Зеленова Т.И., Козлов В.К. и др. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. - Москва: Наука, 1981. - 256 с.
10. Ziolkowski R.W., Deschamps G.A. Asymptotic evaluation of high-frequency fields near a caustic: an introduction to Maslov's method // Radio Science. - 1984. - Vol. 19. - No. 4. - P. 1001-1025. https://doi.org/10.1029/RS019i004p01001