Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 7, Numéro 1, mars 1972
Page(s) 11 - 20
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:019720070101100
Rev. Phys. Appl. (Paris) 7, 11-20 (1972)
DOI: 10.1051/rphysap:019720070101100

Electric dipole radiation at vlf in a uniform warm magneto-plasma

T.N.C. Wang1 et T.F. Bell2

1  Radio Physics Laboratory, Stanford Research Institute, Menlo Park, Calif., USA
2  Radioscience Laboratory, Stanford University, Stanford, Calif., USA


Abstract
The present paper considers the VLF radiation characteristics from a thin dipole antenna in a warm magnetoplasma. Formal solutions are derived for the portions of the dipole radiation resistance due to the thermal modes (Rt) and the whistler mode (Rw). In this derivation the ions are assumed to be cold, and the effects of finite electron temperatures are included by means of a scalar pressure term. Two particular orientations of the dipole are considered (parallel and perpendicular to the static magnetic field line). A detailed analysis is made for frequencies in the range between the electron gyrofrequency (fHe) and the lower-hybrid-resonance frequency (fLHR). Several numerical plots of Rt ∥, and Rw∥, are presented for typical VLF magnetospheric plasma parameters. They show that for frequencies ( f) not close to fLHR, Rt∥, is generally < 2 x 10-1 Rw∥, whereas as f → fLHR, R t , ≈ 10-1 Rw and R t∥ ≈ Rw∥. Using these numerical values of Rt∥, and Rw∥,, the dipole whistler mode radiation efficiences ηw have been estimated for a number of specific cases. In most cases ηw ≳ 70 %, but falls as low as ˜ 38 % at f ≈ f≳ LHR.


Résumé
Cet article traite des caractéristiques de rayonnement à très basse fréquence d'une antenne dipolaire mince dans un magnétoplasma tiède. Les solutions formelles sont obtenues pour la partie de la résistance de rayonnement due aux modes thermiques (Rt) et au mode sifflement (R w). Dans ce calcul, les ions sont supposés au repos, et les effets de température non nulle sont introduits au moyen d'un terme de pression scalaire. Deux orientations particulières du dipôle sont prises en considération (orientations parallèle et perpendiculaire à la ligne de force du champ magnétique statique). Une analyse détaillée est effectuée pour les fréquences comprises entre la fréquence gyromagnétique électronique (fHe) et la fréquence de résonance hybride inférieure (fLHR). Plusieurs graphes numériques de Rt∥, et Rw∥, sont présentés pour des valeurs typiques des paramètres du plasma magnétosphérique aux très basses fréquences. Pour des fréquences ( f ) éloignées de f LHR, Rt∥, est généralement inférieure à 2 x 10-1 Rw∥, tandis que pour f → fLHR, Rt∥, ≈ 10-1 R et Rt∥ ≈ Rw∥. Utilisant ces valeurs numériques de Rt∥, et Rw∥, le rendement du rayonnement dipolaire ηw pour le mode sifflement a été évalué pour un certain nombre de cas particuliers. Dans la plupart des cas, ηw ≳ 70 %, mais décroît à ˜ 38 % pour f ≈ fLHR.

PACS
5235H - Plasma electromagnetic waves.
5240D - Electromagnetic wave propagation in plasma.
9430 - Magnetosphere.
5210C - Radiowave propagation.
5210H - Electromagnetic wave propagation in plasma.
5270 - Antennas.
7710B - Atmospheric, ionospheric and magnetospheric techniques and equipment.
7710 - Geophysical techniques and equipment.

Key words
dipole antennas -- electromagnetic wave propagation in plasma -- magnetosphere -- thin dipole antenna -- dipole radiation resistance -- thermal modes -- cold -- finite electron temperatures -- scalar pressure term -- orientations -- parallel -- perpendicular -- static magnetic field line -- electron gyrofrequency -- uniform warm magnetoplasma -- VLF radiation characteristics -- lower hybrid resonance frequency -- dipole whistler mode radiation efficiencies -- electric dipole radiation -- frequencies