Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 10 · RADIO WAVE PROPAGATION

Influence of oscillating polarization current on the absorption of VLF radio waves propagating along the earth's magnetic field line

V.M. Krasnov1, Y. Kuleshov1, I.A. Gotur1, Y. Drobzheva2

1 Mozhaisky Military Space Academy, St. Petersburg, Russia
2 Russian State Hydrometeorological University, St. Petersburg, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.10.5 UDC 537.874 EDN EMXYPJ

Abstract

Taking into account the oscillating polarization current in Maxwell's equations made it possible to determine the “transparency band” of the ionosphere by the angle between the direction of the magnetic field and the wave vector for VLF radio waves. Waves with both linear polarization of the electric field vector and an extraordinary wave can penetrate to heights above the maximum of the ionosphere layer. The absorption of radio waves is largely determined by the magnitude of the angle between the geomagnetic field vector and the direction of propagation of the radio wave. When radio waves propagate strictly along the geomagnetic field line, an extraordinary wave is not absorbed, but a wave with linear polarization is absorbed. Calculations make it possible to explain the maxima of the energy spectrum of radio waves recorded by the DEMETER satellite in the area of the transmitter location and in the area of the magnetically conjugate point.

  • VLF radio waves
  • ionosphere
  • Earth's radiation belts
  • permittivity
  • conductivity
Аннотация (на русском)

Влияние осциллирующего поляризационного тока на поглощение ОНЧ-радиоволн, распространяющихся вдоль линии геомагнитного поля

Учет в уравнениях Максвелла осциллирующего поляризационного тока позволил определить для радиоволн ОНЧ диапазона «полосу пропускания» ионосферы по углу между направлением магнитного поля и волновым вектором. На высоты выше максимума слоя ионосферы могут проникать волны с линейной поляризацией вектора электрического поля и необыкновенная волна. Поглощение радиоволн в значительной степени определяется величиной угла между вектором геомагнитного поля и направлением распространения радиоволны. При распространении радиоволны строго вдоль силовой линии геомагнитного поля необыкновенная волна не поглощается, что объясняет одинаковые по амплитуде максимумы энергетического спектра радиоволн, зарегистрированные космическим аппаратом DEMETER, в районе расположения передатчика и в районе магнитно-сопряженной точки.

For citation

Krasnov V.M., Kuleshov Y., Gotur I.A., Drobzheva Y. Influence of oscillating polarization current on the absorption of VLF radio waves propagating along the earth's magnetic field line // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.10.5

References

  1. Sauvaud J.A., Maggiolo R., Jacquey C., Parrot M., Berthelier J.J., Gamble R.J., Rodger C.J. Radiation belt electron precipitation due to VLF transmitters: Satellite observations. Geophys. Res. Lett. 2008. 35. L09101. https://doi.org/10.1029/2008GL033194
  2. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Учебник для вузов. Москва, Связь.1972. 336 с.
  3. Rapoport Yu., et al. Model of the propagation of very low-frequency beams in the Earth-ionosphere waveguide: principles of the tensor impedance method in multi-layered gyrotropic waveguides. Ann. Geophys. 2020, 38, P.207-230. https://doi.org/10.5194/angeo-38-207-2020
  4. Inan U.S., Chang H.C., Helliwell R.A. Electron Precipitation Zones Around Major Ground-Based VLF Signal Sources. Journal of Geophysical Research. 1984, Vol. 89, No. A5, P.2891-2906.
  5. Budden K.G. Radio waves in the ionosphere. Cambridge. At the university press. 1961. 562 p.
  6. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. Москва, Физматгиз. 1960. 550 c.
  7. Shaikh D. Theory and simulations of whistler wave propagation. J. Plasma Physics. 2009. Vol. 75. Part 1. P. 117-132. https://doi.org/10.1017/S0022377808007198
  8. Krasnov V.M. Propagation of radiowaves at frequencies below than electron gyro-frequency from the earth surface to the higher atmosphere. In a book Solar Physics Research Trends. Nova Science Publishers. Washington. 2008. P. 381-399.
  9. Krasnov V.M., Kuleshov Yu.V., Koristin A.A., Drobzheva Ya.V. Influence of the geomagnetic field on absorption of radiowaves. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2021. Vol. 227(11):105806. P.1-9. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2021.105806
  10. Chen F.Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, second ed. Vol.1. NewYork and London. Plenum Press. 1984. 392 p.