Электродинамическая теория металлических антенн при наличии замагниченных плазменных направляющих систем

• Автор: Зайцева, Анна Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Введение
Глава 1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ТОКА РАМОЧНОЙ АНТЕННЫ, РАСПОЛОЖЕННОЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ПРОДОЛЬНО ЗАМАГНИЧЕННОГО ПЛАЗМЕННОГО СТОЛБА
1.1. Постановка задачи и основные соотношения
1.2. Представление поля антенны в виде разложения в интеграл
Фурье по продольному волновому числу
1.3. Спектральное представление поля антенны
1.3.1. Разложение поля антенны по собственным волнам плазменного столба
1.3.2. Вклад в поле антенны волн непрерывной части
пространственного спектра
1.3.3. Вклад в поле антенны волн дискретной части
пространственного спектра
1.4. Вывод интегральных уравнений для тока
1.5. Общее представление полной мощности излучения антенны
1.6. Выводы
Глава 2. РАМОЧНАЯ АНТЕННА НА ПОВЕРХНОСТИ СТОЛБА, ЗАПОЛНЕННОГО НЕРЕЗОНАНСНОЙ МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМОЙ
2.1. Исследование ядер интегральных уравнений для тока антенны
2.1.1. Анализ сингулярных частей ядер
2.1.2. Анализ регулярных частей ядер
2.2. Решение интегральных уравнений для тока
2.3. Входной импеданс и мощность излучения антенны
2.4. Дисперсионные характеристики и структура полей собственных
мод, направляемых плазменным столбом в нерезонансной области частот
2.5. Результаты численных расчетов распределения тока и входного
импеданса
2.6. Анализ вкладов волн дискретной и непрерывной частей
пространственного спектра в полную мощность излучения антенны
2.7. Выводы

Глава 3. РАМОЧНАЯ АНТЕННА НА ПОВЕРХНОСТИ
СТОЛБА, ЗАПОЛНЕННОГО РЕЗОНАНСНОЙ
МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМОЙ
3.1. Исследование ядер интегральных уравнений для тока антенны
3.1.1. Анализ вклада волн непрерывного спектра в сингулярные части ядер
3.1.2. Анализ вклада волн дискретного спектра в сингулярные части ядер
3.1.3. Анализ регулярных частей ядер
3.2. Решение интегральных уравнений для тока
3.3. Входной импеданс и мощность излучения антенны
3.4. Дисперсионные характеристики и структура полей собственных
мод, направляемых плазменным столбом в резонансной области частот
3.5. Результаты численных расчетов распределения тока и входного
импеданса
3.6. Анализ вкладов волн дискретной и непрерывной частей
пространственного спектра в полную мощность излучения антенны
3.7. Выводы
Глава 4. ЛЕНТОЧНАЯ АНТЕННА, РАСПОЛОЖЕННАЯ НА ПЛОСКОЙ ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМЫ И ИЗОТРОПНОЙ СРЕДЫ
4.1. Постановка задачи и основные соотношения
4.2. Представление поля антенны в виде разложения
в интеграл Фурье
4.3. Вывод интегральных уравнений для тока
4.4. Решение интегральных уравнений для тока
4.5. Результаты численных расчетов распределения тока и входного
импеданса
4.6. Выводы
Заключение
Литература

Введение
Интерес к теории металлических антенн, работающих в магнитоактивной плазме, возник сравнительно давно и стимулировался потребностями и перспективами разнообразных приложений. Анализ электродинамических характеристик антенн в магнитоактивной плазменной среде важен как в общетеоретическом плане, так и с точки зрения многочисленных практических аспектов их использования, таких как космическая связь [1-6], диагностика ионосферной и лабораторной плазмы [7-9], создание эффективных высокочастотных источников плазмы [10, 11] и т.д. Очевидно, что нахождение антенн в плазме существенно изменяет их электродинамические характеристики по сравнению со случаем размещения в свободном пространстве. Особое значение при этом имеет определение влияния плазменной среды на распределение тока и импеданс антенн. Отдельное место в анализе этих характеристик занимает изучение влияния различных плазменных неоднородностей вблизи антенных систем. Такими неоднородностями могут являться как крупномасштабные образования, например, плазменно-волноводные структуры, формируемые вблизи электромагнитных источников вследствие нелинейного взаимодействия возбуждаемого поля с плазменной средой [3, 6, 12-18], так и сравнительно небольшие области вблизи поверхностей антенных устройств, около стенок разрядной камеры и т.п. [8-11, 19, 20].
Литература, посвященная исследованию распределения тока, структуры поля, а также импедансных и энергетических характеристик антенн в однородной и неоднородной магнитоактивной плазме весьма обширна. Не ставя целью привести даже краткий обзор соответствующих публикаций, упомянем лишь те вопросы, которые имеют непосредственное отношение к содержанию данной диссертации, посвященной исследованию электродинамических характеристик дипольных и рамочных металлических антенн, работающих при наличии замагниченных плазменных направляющих структур. Прежде всего, отметим, что выбор исследуемых излучателей обусловлен их широким применением для решения многих прикладных задач. Например, линейные дипольные и кольцевые рамочные излучатели используются в экспериментах по возбуждению электромагнитных сигналов в ионосфере с борта космических летательных аппаратов — ракет и искусственных спутников Земли [1, 21-23]. В ранних работах по данной проблематике [24-41] рассматривались излучатели малых электрических размеров с заданными распределениями электрического тока — треугольным для линейных дипольных антенн [30, 33, 35, 36] и однородным для рамочных [34, 37-41]. Однако для излучающих систем сравнительно больших электрических размеров приближение заданного тока является непригодным,

Очевидно, что Кт(() и кт(() являются ядрами интегральных представлений компонент Еу^а, г) и Е2)ГП(а,г) соответственно.
С учетом граничных условий (1.16) и (1.17) для тангенциальных компонент электрического поля на поверхности антенны и формул (1.12), (1.13), (1.70), (1-71) можно получить интегральные уравнения для величии Тт(г). Из граничного условия (1.16) следует

Кт(г - = -Ат. (1.74)

Граничное условие (1.17) дает

кт(г - г')Тт{г')&г' = 0. (1.75)

В уравнениях (1.74), (1.75) предполагается, что гп = 0, ±1, ±2,... и г < Ф Поведение решений полученных интегральных уравнений определяется свойствами их ядер. В дальнейшем будет показано, что в случае достаточно узкой ленты, когда выполняются условия
<1 < а, (М)2тах{|ей|, |е|, д, ф]} < 1,
свойства ядер позволяют получить приближенные решения уравнений (1.74), (1.75).
Решение полученных интегральных уравнений целесообразно искать отдельно для нерезонансной плазмы, в которой, напомним, выполняется соотношение £ = sgnrj, и резонансной плазмы, когда вдпе ф sgnr|. Как мы увидим далее, эти два случая имеют принципиальные различия как с физической точки зрения, так и в способе отыскания решения уравнений для тока.
1.5. Общее представление полной мощности излучения антенны
Прежде чем перейти к решению интегральных уравнений для тока, целесообразно получить некоторые общие соотношения для энергетических характеристик излучения рассматриваемой антенны.