Whistler‐Mode Transmission Experiments in the Radiation Belts: DSX TNT Circuit Simulation and Data Analysis
Whistler‐Mode Transmission Experiments in the Radiation Belts: DSX TNT Circuit Simulation and Data Analysis
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辐射带中的惠斯勒模式传输实验：DSX TNT 电路仿真和数据分析
DOI：
10.1029/2022ja030564
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Shinohara Iku
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tu Jiannan;Song Paul;Galkin Ivan A.;Reinisch Bodo W.;Johnston William R.;Starks Michael J.;Su Yi‐Jiun;Cooke David;Ginet Gregory P.;Inan Umran S.;Lauben David S.;Miyoshi Yoshizumi;Matsuda Shoya;Kasahara Yoshiya;Kojima Hirotsugu;Shinohara Iku
美国空军研究实验室的演示和科学实验（DSX）卫星在辐射带中进行了甚低频（VLF）模式下的高功率传输实验，使用了一种新型发射机，该发射机可以自动调谐以找到包括天线在内的发射机电路的谐振频率。由此产生的电压-频率曲线被用来获得天线阻抗的谐振。分析表明，该天线的电抗远小于自由空间中偶极子天线的电抗。导出的抗辐射性可达几十千欧。最有趣的是，发现辐射电阻与传输波频率的平方成反比。DSX发射机采用82米长的尖对尖天线，发射功率可达80 W，表明大功率VLF传输是可行的。哨声波在高密度等离子体中的传输效率更高。数据分析表明，天线阻抗不随天线相对于环境磁场的方位角系统地变化。以前占主导地位的理论研究不仅产生不正确的值的阻抗，但完全不同的频率依赖性比来自DSX实验。相反，最近的理论正确地捕获天线阻抗幅度和频率依赖性。
High‐power transmission experiments in the very low frequency (VLF) mode have been conducted by the US Air Force Research Laboratory’s Demonstration and Science Experiments (DSX) satellite in the radiation belts using a novel transmitter that automatically tunes to find the resonance frequency of the transmitter circuit including the antenna. The resulting voltage–frequency curves are used to derive antenna impedance at the resonance. The analysis shows that the antenna reactance is far less than that of a dipole antenna in free space. The derived radiation resistance is up to several tens of kilo Ohms. Most interestingly, it is found that the radiation resistance is inversely proportional to the square of transmission wave frequency. The transmitted power can be up to 80 W for the DSX transmitter with an 82‐m long tip‐to‐tip antenna, showing that the high‐power VLF transmission is feasible. Whistler wave transmission inside the higher‐density plasmasphere is more efficient. Data analysis indicates that the antenna impedance does not vary systematically with the antenna orientation angle relative to the ambient magnetic field. The previous dominant theoretical studies yield not only incorrect values of the impedance but a completely different frequency dependence than that derived from DSX experiments. Instead, the recent theories correctly capture both the antenna impedance magnitude and the frequency dependence.
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