Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 6a84bb4b94fbba14f785b5f6 10.12737/szf-43201812 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Receiving antenna electrodynamic model in terms of waveguide representation of HF field Электродинамическая модель приемной антенны в рамках волноводного представления КВ-поля Хахинов Виталий Викторович Khakhinov Vitaliy Viktorovich khakhin@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation 114 118 © Хахинов В.В. © Khakhinov V.V. Хахинов Виталий Викторович Khakhinov Vitaliy Viktorovich https://zh-szf.ru/en/nauka/publications/6a84bb4b94fbba14f785b5f6/view

Важной частью радиоканала является приемная антенна, при математическом моделировании характеристик которой требуется электродинамический подход. Со времен изобретения радио и при последующих теоретических исследованиях передачи радиосигналов сложилась следующая ситуация: во сколько раз число приемных антенн превосходит число излучающих, во столько же раз им оказано меньше внимания в исследованиях. Рассматривается задача о построении электродинамической модели приемной антенны в рамках волноводного представления КВ-поля. Конструктивно антенна рассматривается в виде металлических проводов конечной длины и произвольной конфигурации. Расчет распределения тока в антенне проводится на основе теории длинных линий и метода нормальных волн. Математическим представлением электродинамической модели приемной антенны являются расчетные выражения для коэффициентов приема нормальных волн. Они отражают влияние характеристик приемной антенны, в том числе ее диаграммы направленности, на эффективность преобразования энергии внешнего падающего КВ-поля в энергию возбуждаемых волн тока и установившегося распределения полного тока в антенне. На их основе выведено выражение для расчета действующей длины приемной антенны. Полученные математические выражения электродинамической модели приемной антенны не противоречат принципу взаимности антенн. Представлены расчетные формулы для коэффициентов приема и возбуждения электромагнитной модели изотропной антенны.

The receiving antenna is an important part of a radio channel that requires electrodynamic approach in mathematical simulation of its characteristics. Since the invention of radio, and due to further theoretical studies of radio signal transmission, the following situation has arisen: researchers’ attention to receiving antennas is inversely proportional to the factor by which their number exceeds the number of transmitting antennas. We address the problem of building a receiving antenna electrodynamic model in terms of a waveguide representation of HF field. Structurally, the antenna is considered as metal wires of a finite length and arbi-trary configuration. Current distribution in antenna is calculated using the long-line theory and normal-mode approach. The mathematical representation of the receiving antenna electrodynamic model is calculation expressions for receiving coefficients of normal modes. They reflect the effects of receiving antenna characteristics, including its directional pattern, on ef-fectiveness of the incident HF field energy conversion into the energy of the driven current waves and final distribution of net current in antenna. These expressions are used to derive the expression to calculate the effective length of the receiving antenna. The obtained mathematical expressions of the re-ceiving antenna electrodynamic model do not contradict the principle of antenna reciprocity. We present calculation formulas for the receiving coefficients and excitation of the isotropic antenna electromagnetic model.

 КВ-поле приемная антенна волновод Земля — ионосфера метод нормальных волн HF field receiving antenna Earth — ionosphere waveguide normal-mode approach

Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны. М.: Радио и связь, 1985. 536 с. Aizenberg G.Z., Belousov S.P., Zhurbenko E.M., Kliger G.A., Kurashov A.G. Korotkovolnovye antenny [Shortwave antennas]. M .: Radio i Svyaz Publ. 1985, 536 p. (In Russian). Алтынцева В.И., Ильин Н.В., Куркин В.И. и др. Моделирование декаметрового радиоканала на основе метода нормальных волн // Техника средств связи. Серия СС. М.: Экос, 1987. Вып. 5. С. 28-34. Altyntseva V.I., Ilyin N. V., Kurkin V.I., Orlov A. I., Orlov I.I., Polekh N.M., Ponomarchuk S.N., Khakhinov V.V. Modeling a decameter radiochannel based on normal-mode approach. Tekhnika sredstv svyazi [Technology of communications assets]. Ser. SS. Moscow, Ekos Publ., 1987, iss. 5, pp. 28-34. (In Russian). Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988. 440 с. Bremmer H. Terrestrial Radio Waves. Theory of Propagation. Amsterdam, 1949, 343 p. Куркин В.И., Хахинов В.В. О возбуждении сферического волновода Земля - ионосфера произвольным распределением тока // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1984. Вып. 69. С. 16-22. Feinberg E.L. Rasprostranenie radiovoln vdol zemnoi poverkhnosti [Propagation of radiowaves along the terrestrial surface]. Moscow, USSR Academy of Sciences Publ., 1961, 548 p. (In Russian). Куркин В.И., Орлов И.И., Попов В.Н. Метод нормальных волн в проблеме коротковолновой радиосвязи. М.: Наука, 1981. 121 с. Khakhinov V.V. Calculation of current in receiving antenna in HF field is generated by a series of normal modes. Issledovaniya po geomagnetizmu, aeronomii I fizike Solntsa [Res. on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 2000, iss. 111, pp. 74-83. (In Russian). Куркин В.И., Ильин Н.В., Пензин М.С. и др. Расчет характеристик нормальных волн в декаметровом волноводе Земля - ионосфера. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017613880 от 03.04.2017 г. Khakhinov V.V. Analyzing the HF field in the wave zone of the antenna using the normal-mode approach. Proc. VIII International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: Kharkov, Ukraine, 2000, pp. 298-300. Лавров Г.А., Князев А.С. Приземные и подземные антенны. М.: Наука, 1965. 472 с. Khakhinov V.V. Electromagnetic model of the receiving antenna in terms of a waveguide representation of the HF field. Proc. IX International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: Kiev, Ukraine, 2002, vol. 2, pp. 617-619. Леонтович М.А. Избранные труды. Теоретическая физика. М.: Наука, 1985. 432 с. Khakhinov V.V. The electrodynamical model of decameter radiochannel with isotropic receiving-transmitting antennas. Proc. X International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: 04EX840. Dnepropetrovsk, Ukraine. 2004, pp. 372-374. Пономарчук С.Н., Ильин Н.В., Пензин М.С. Модель распространения радиоволн в диапазоне частот 1-10 МГц на основе метода нормальных волн // Солнечно-земная физика. 2014. Вып. 25. С. 33-39. Khakhinov V. V., Kurkin V.I. Waveguide approach to modeling of the ionosphere radio channel. Proc. of the XI International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: 06EX1428, Kharkov, Ukraine. 2006, pp. 284-286. Попов В.Н., Потехин А.П. Структура поля импульсного сигнала декаметрового диапазона в волноводе Земля - ионосфера // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1982. Вып. 59. С. 68-76. Kurkin V.I., Khakhinov V.V. On excitation of a spherical Earth - ionosphere waveguide using arbitrary current distribution. Issledovaniya po geomagnetizmu, aeronomii I fizike Solntsa [Res. on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 1984, iss. 69, pp. 16-22. (In Russian). Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 548 с. Kurkin V.I., Orlov I.I., Popov V.N. Metod normalnykh voln v problem korotkovolnovoi radiosvyazi [Normal-Mode Approach in the Problem of HF Radio Communication]. Moscow, Nauka Publ., 1981, 121 p. (In Russian). Хахинов В.В. Расчет тока в приемной антенне в КВ-поле, заданном рядом нормальных волн // Иссл. по геомагнетизму, https://naukaru.ru/ru/manage/agreement/Article/21095аэрономии и физике Солнца. 2000. Вып. 111. С. 74-83. Kurkin V.I., Ilyin N.V., Penzin M.S., Ponomarchuk S.N., Potekhin A. P., Khakhinov V.V. Calculation of characteristics of normal modes in a decameter Earth - ionosphere waveguide. Certificate of Computer Program State Registration No. 2017613880 of 04/03/2017. (In Russian). Bremmer H. Terrestrial Radio Waves. Theory of Propagation. Amsterdam, 1949. 343 p. Lavrov G.A., Knyazev A.S. Prizemnye i podzemnye antenny [Near-Surface and Subsurface Antennas. Moscow, Nauka Publ., 1965, 472 p. (In Russian). Khakhinov V.V. Analyzing the HF field in the wave zone of the antenna using the normal-mode approach // Proc. VIII International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: Kharkov, Ukraine, 2000. P. 298-300. Leontovich M.A. Izbrannye trudy. Teoreticheskaya Fizika [Selected works. Theoretical Physics]. Moscow, Nauka Publ., 1985, 432 p. (In Russian). Khakhinov V.V. Electromagnetic model of the receiving antenna in terms of a waveguide representation of the HF field // Proc. IX International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: Kiev, Ukraine, 2002. V. 2. Р. 617-619. Ponomarchuk S.N., Ilyin N.V., Penzin M.S. The model of radio wave propagation in 1-10 MHz frequency range on the base of normal wave technique. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2014, iss. 25, pp. 33-39. (In Russian). Khakhinov V.V. The electrodynamical model of decameter radiochannel with isotropic receiving-transmitting antennas // Proc. X International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: 04EX840. Dnepropetrovsk, Ukraine. 2004. P. 372-374. Popov V.N., Potekhin A.P. Field structure of a pulse decameter signal in the Earth-ionosphere waveguide. Issledovaniya po geomagnetizmu, aeronomii I fizike Solntsa [Res. on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 1982, iss. 59, pp. 68-76. (In Russian). Khakhinov V.V., Kurkin V.I. Waveguide approach to modeling of the ionosphere radiochannel // Proc. XI International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. IEEE: 06EX1428, Kharkov, Ukraine. 2006. P. 284-286. Vainshtein L.A. Elektromagnitnye volny [Electromagnetic waves]. Moscow, Radio i Svyaz Publ. 1988, 440 p. (In Russian).