RU2537084C1 - Method of determining alternate electromagnetic field attenuation in space - Google Patents
Method of determining alternate electromagnetic field attenuation in space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537084C1 RU2537084C1 RU2013120168/28A RU2013120168A RU2537084C1 RU 2537084 C1 RU2537084 C1 RU 2537084C1 RU 2013120168/28 A RU2013120168/28 A RU 2013120168/28A RU 2013120168 A RU2013120168 A RU 2013120168A RU 2537084 C1 RU2537084 C1 RU 2537084C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- space
- probe
- attenuation
- electromagnetic field
- determination
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электрических параметров космического пространства.The present invention relates to measuring technique and can be used to determine the electrical parameters of outer space.
Успехи в области освоения космоса привели к появлению искусственных спутников Земли, в том числе обитаемых, решающих задачи исследования как Земли, так и космического пространства радиотехническими методами. На повестку дня выходят проекты посещения людьми ближайших планет и посылки космических аппаратов за пределы солнечной системы. С этими аппаратами должна будет поддерживаться связь. Поскольку предполагаемые дальности связи могут достигать миллионов километров и более, возникает вопрос о затухании высокочастотного электромагнитного поля в космическом пространстве.Advances in space exploration have led to the appearance of artificial Earth satellites, including inhabited ones, that solve the problems of researching both the Earth and outer space by radio engineering methods. On the agenda are projects of people visiting the nearest planets and sending spacecraft outside the solar system. These devices will need to be connected. Since the estimated communication ranges can reach millions of kilometers or more, the question arises of the attenuation of a high-frequency electromagnetic field in outer space.
Амплитуды напряженностей электрической и магнитной составляющих в плоской волне электромагнитного поля в среде с потерями описываются следующими формулами (В.В.Никольский, Т.Н.Никольская. Электродинамика и распространение радиоволн. M.:URSS, 2012):The amplitudes of the electric and magnetic components in a plane wave of the electromagnetic field in a medium with losses are described by the following formulas (V.V.Nikolsky, TNNikolskaya. Electrodynamics and radio wave propagation. M.:URSS, 2012):
где х0, у0 - единичные орты осей X и У;where x 0 , y 0 are unit vectors of the axes X and Y;
А - векторный потенциал;A is the vector potential;
|W|- модуль волнового сопротивления среды;| W | - the modulus of the wave resistance of the medium;
z - расстояние распространения волны вдоль оси Z;z is the wave propagation distance along the Z axis;
ω - круговая частота;ω is the circular frequency;
ε', µ' - вещественные части электрической и магнитной проницаемостей среды распространения при комплексном представлении ε, µ; c - скорость света;ε ', μ' are the real parts of the electric and magnetic permeabilities of the propagation medium in the complex representation of ε, μ; c is the speed of light;
t- время;t is the time;
φ - начальная фаза волны при t и z, равных нулю;φ is the initial phase of the wave at t and z equal to zero;
φw - фаза волнового сопротивления.φ w is the phase of the wave resistance.
Как видно из представленных выше формул, амплитуды электрической и магнитной напряженностей поля зависят от экспоненциальных коэффициентов е-az, величина которых определяется дальностью z и величиной погонного затухания α.As can be seen from the above formulas, the amplitudes of the electric and magnetic field strengths depend on the exponential coefficients e -az , the value of which is determined by the range z and the amount of specific attenuation α.
Величина коэффициента α определяется следующим соотношением:The coefficient α is determined by the following relationship:
где ε' µ' - произведение вещественных частей комплексных величин электрической и магнитной проницаемости среды распространения,where ε 'µ' is the product of the material parts of the complex quantities of the electrical and magnetic permeability of the propagation medium,
Отсюда следует вывод: если среда распространения обладает проводимостью и σ≠0, то амплитуды Е и Н поля будут убывать по экспоненциальному закону с увеличением расстояния z от источника излучения. Это хорошо изученное и подтвержденное практикой явление затухания переменного электромагнитного поля в проводящих средах. До настоящего времени затуханием переменных электромагнитных полей в космическом пространстве пренебрегали ввиду очевидно пренебрежимо малых значений этого затухания при решении практических задач. Однако, нельзя пренебрегать тем фактом, что наблюдаемую часть Вселенной заполняет реликтовое излучение, интенсивный спектр которого соответствует температуре 2,7 К (БСЭ, 1969-1978). Этот факт подтверждает справедливость третьего закона термодинамики, из которого вытекает вывод о невозможности осуществления такого процесса, в результате которого тело охладилось бы до температуры Т=0 К (принцип недостижимости абсолютного 0 температуры, Б.М.Яворский и А.А.Детлаф. Справочник по физике. М.: Наука, 1965). Реликтовое излучение связано с наличием в космосе атомов водорода и ионизацией их космическими лучами различной природы происхождения и интенсивности. Таким образом, можно утверждать, что в космосе имеются свободные электрические заряды, обуславливающие неравенство нулю проводимости σ. Следствием этого является неравенство нулю тангенса потерь и коэффициента погонного затухания α.The conclusion follows: if the propagation medium has conductivity and σ ≠ 0, then the field amplitudes E and H will decrease exponentially with increasing distance z from the radiation source. This is the phenomenon of attenuation of an alternating electromagnetic field in conductive media that has been well studied and confirmed by practice. Until now, the attenuation of variable electromagnetic fields in outer space has been neglected due to the apparently negligible values of this attenuation in solving practical problems. However, one cannot neglect the fact that the observable part of the Universe is filled with relic radiation, the intense spectrum of which corresponds to a temperature of 2.7 K (TSB, 1969-1978). This fact confirms the validity of the third law of thermodynamics, which leads to the conclusion that it is impossible to carry out such a process, as a result of which the body would cool to a temperature T = 0 K (the principle of the unattainability of absolute 0 temperature, B. M. Yavorsky and A. A. Detlaf. Reference in Physics, Moscow: Nauka, 1965). Relic radiation is associated with the presence of hydrogen atoms in space and their ionization by cosmic rays of various nature of origin and intensity. Thus, it can be argued that in space there are free electric charges that cause the conductivity σ to be zero. The consequence of this is the inequality to zero of the loss tangent and the specific attenuation coefficient α.
Известны способы и устройства измерения электрических характеристик различных сред Патент РФ №2132550 от 27.06.1999, «Способ определения электропроводности и устройство для его осуществления», Патент РФ №2209425 от 27.07.2003, «Способ распознавания газообразных веществ и устройство для его осуществления».Known methods and devices for measuring the electrical characteristics of various environments RF Patent No. 2132550 from 06/27/1999, "Method for determining electrical conductivity and device for its implementation", RF Patent No. 2209425 from 07/27/2003, "Method for the recognition of gaseous substances and device for its implementation."
Наиболее близким по техническому решению является Патент РФ №2051476 от 27.12.1995 «Способ диагностики плазмы и устройство для его осуществления».The closest in technical solution is the RF Patent No. 2051476 dated 12/27/1995 "Method for plasma diagnostics and device for its implementation."
Недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что все существующие способы не предусматривают проведение измерений характеристик переменного электромагнитного поля в открытом космическом пространстве.The disadvantage of both analogues and the prototype is that all existing methods do not provide for the measurement of the characteristics of an alternating electromagnetic field in open space.
Цель изобретения - определения коэффициента погонного затухания космического пространства.The purpose of the invention is the determination of the coefficient of specific attenuation of outer space.
Поставленная цель достигается путем определения затухания переменного электромагнитного поля в космическом пространстве зондом, размещаемым в этой среде, путем диагностики характеристик исследуемой среды, причем зонд представляет собой плоский открытый конденсатор, затененный от солнечной радиации непрозрачным экраном, на который подают высокочастотные сигналы фиксированной частоты, при этом получают измерительную информацию от зонда в виде тангенса угла потерь и диэлектрической проницаемости исследуемой среды, позволяющих определить коэффициент погонного затухания космического пространства.This goal is achieved by determining the attenuation of an alternating electromagnetic field in outer space by a probe placed in this medium, by diagnosing the characteristics of the medium under study, the probe being a flat open capacitor shaded from solar radiation by an opaque screen to which high-frequency signals of a fixed frequency are supplied, while receive measurement information from the probe in the form of a loss tangent and permittivity of the medium under study, which allow determining elit coefficient per unit length attenuation space.
На чертеже представлена условная блок-схема установки для реализации способа. Обозначения, принятые на чертеже: 1 - зонд, содержащий открытый конденсатор; 2 - экран от солнечной радиации; 3 - измерительный комплекс. Определение коэффициента погонного затухания а осуществляется следующим образом. Как показано выше аналитическое выражение, определяющее этот коэффициент, содержит tgΔ, угол Δ которого определяется изменением разности фаз между током и напряжением на обкладках конденсатора с поглощающей средой по сравнению с углом разности фаз в вакууме, равном 90°. Угол, равный разности фаз φw между током и напряжением на обкладках конденсатора, соответствует фазе волнового сопротивления W. Он связан с углом электрических потерь соотношением Δ=2φw. Измерение угла φw. обеспечивает определение величины tgΔ. Это справедливо в случае принятия допущения, что в космосе нет магнитных потерь, свойственных магнитодиэлектрикам, либо они пренебрежимо малы. Если это допущение не справедливо и существуют также магнитные потери, то полученный результат определения величины затухания следует считать как «затухание не менее чем полученное в результате реализации предлагаемого способа».The drawing shows a conditional block diagram of an installation for implementing the method. Designations adopted in the drawing: 1 - probe containing an open capacitor; 2 - a screen from solar radiation; 3 - measuring complex. The determination of the coefficient of specific attenuation a is as follows. As shown above, the analytical expression defining this coefficient contains tgΔ, the angle Δ of which is determined by the change in the phase difference between the current and voltage on the plates of the capacitor with the absorbing medium compared with the angle of the phase difference in vacuum equal to 90 °. The angle equal to the phase difference φ w between the current and voltage on the capacitor plates corresponds to the phase of the wave impedance W. It is related to the angle of electrical loss by the ratio Δ = 2φ w . Angle measurement φ w . provides a determination of the value of tgΔ. This is true if the assumption is made that there are no magnetic losses in space inherent to magnetodielectrics, or they are negligible. If this assumption is not fair and there are also magnetic losses, then the result of determining the amount of attenuation should be considered as "attenuation not less than that obtained as a result of the implementation of the proposed method".
В соответствии с принятым допущением об отсутствии магнитных потерь принимаем µ'=µ0.In accordance with the accepted assumption about the absence of magnetic losses, we take μ '= μ 0 .
Для определения коэффициента α необходимо определить также вещественную часть электрической проницаемости среды распространения ε'. Для этого измеряется емкость конденсатора зонда Ck и сравнивается с его емкостью C1 этого конденсатора, измеренной в любой иной среде с известной величиной электрической проницаемости ε1. Отношение этих емкостей определяется выражением (при известных величинах s, d площади обкладок конденсатора и расстоянии между ними соответственно):To determine the coefficient α, it is also necessary to determine the material part of the electric permeability of the propagation medium ε '. For this, the capacitance of the probe capacitor C k is measured and compared with its capacitance C 1 of this capacitor, measured in any other medium with a known electric permeability ε 1 . The ratio of these capacities is determined by the expression (for known values of s, d, the area of the capacitor plates and the distance between them, respectively):
Отсюда определяется диэлектрическая проницаемость космического пространства
Поскольку мнимая часть комплексного значения диэлектрической проницаемости космоса существенно меньше его вещественной части (по этой причине диэлектрическую проницаемость космоса приравнивают к вакууму) ею можно пренебречь и в этом случае вещественная часть может быть приравнена к рассчитанной величине εk, т.е. ε'=εk.Since the imaginary part of the complex value of the dielectric constant of space is significantly less than its material part (for this reason, the dielectric constant of space is equated with vacuum), it can be neglected and in this case the material part can be equated to the calculated value ε k , i.e. ε '= ε k .
Величины значений круговой частоты ω, используемой при проведении указанных измерений, и скорость света с известны и величина погонного затухания α рассчитывается по представленной выше формуле.The values of the circular frequency ω used in carrying out the indicated measurements, and the speed of light c are known, and the value of the specific attenuation α is calculated according to the above formula.
Таким образом, все величины, входящие в расчетную формулу e-az для определения величины затухания переменного электромагнитного поля в космическом пространстве, измерены и рассчитаны, что позволяет определить величину затухания для различных расстояний z.Thus, all quantities included in the calculation formula e -az for determining the attenuation of an alternating electromagnetic field in outer space are measured and calculated, which makes it possible to determine the attenuation for various distances z.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120168/28A RU2537084C1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Method of determining alternate electromagnetic field attenuation in space |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120168/28A RU2537084C1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Method of determining alternate electromagnetic field attenuation in space |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013120168A RU2013120168A (en) | 2014-11-10 |
RU2537084C1 true RU2537084C1 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013120168/28A RU2537084C1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | Method of determining alternate electromagnetic field attenuation in space |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537084C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1084702A1 (en) * | 1980-01-14 | 1984-04-07 | Предприятие П/Я В-8117 | Device for measuring losses in lengthy uhf circuits |
SU1818699A1 (en) * | 1991-05-12 | 1993-05-30 | Eduard P Valyuzhinich | Digital terminal repeater parameters control device |
RU2051476C1 (en) * | 1992-04-20 | 1995-12-27 | Центральный научно-исследовательский институт машиностроения | Method of and device for plasma diagnostics |
RU2209425C1 (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-27 | Антоненко Владимир Иванович | Procedure of identification of gaseous substances and facility for its implementation |
-
2013
- 2013-04-30 RU RU2013120168/28A patent/RU2537084C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1084702A1 (en) * | 1980-01-14 | 1984-04-07 | Предприятие П/Я В-8117 | Device for measuring losses in lengthy uhf circuits |
SU1818699A1 (en) * | 1991-05-12 | 1993-05-30 | Eduard P Valyuzhinich | Digital terminal repeater parameters control device |
RU2051476C1 (en) * | 1992-04-20 | 1995-12-27 | Центральный научно-исследовательский институт машиностроения | Method of and device for plasma diagnostics |
RU2209425C1 (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-27 | Антоненко Владимир Иванович | Procedure of identification of gaseous substances and facility for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013120168A (en) | 2014-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Koda et al. | Are peculiar velocity surveys competitive as a cosmological probe? | |
Zouganelis | Measuring suprathermal electron parameters in space plasmas: Implementation of the quasi‐thermal noise spectroscopy with kappa distributions using in situ Ulysses/URAP radio measurements in the solar wind | |
US7034539B2 (en) | Underground exploration apparatus, system and method | |
Stillman et al. | Frequency and temperature dependence in electromagnetic properties of Martian analog minerals | |
Alexandrova et al. | Cluster observations of finite amplitude Alfvén waves and small‐scale magnetic filaments downstream of a quasi‐perpendicular shock | |
Lawrence et al. | Acoustic and electromagnetic wave interaction: Analytical formulation for acousto-electromagnetic scattering behavior of a dielectric cylinder | |
Smirnov et al. | Inverse problem method for complex permittivity reconstruction of layered media in a rectangular waveguide | |
Jung et al. | Accuracy enhancement of wideband complex permittivity measured by an open-ended coaxial probe | |
RU2537084C1 (en) | Method of determining alternate electromagnetic field attenuation in space | |
Pursiainen et al. | Detection of anomalies in radio tomography of asteroids: Source count and forward errors | |
Ahmed et al. | Non-destructive dielectric measurement and mapping using microwave holography | |
Zhamaletdinov | A method for quantifying static shift distortions using a magnetic field of controlled source (CSAMT) | |
Mattei et al. | Coaxial-cage transmission line for electromagnetic parameters estimation | |
Gifuni et al. | Estimate of the probability density function of the quality factor of mode tuned, source stirred and mode stirred reverberation chambers | |
Song et al. | High‐voltage antenna‐plasma interaction in whistler wave transmission: Plasma sheath effects | |
Barrowes et al. | HFEMI data from carbon rods, wires, and improvised explosive device constituent parts | |
Pabari et al. | Development of impedance-based miniaturized wireless water ice sensor for future planetary applications | |
Yoon et al. | Quasi thermal noise spectroscopy for Van Allen Probes | |
Manstein et al. | A device for shallow frequency-domain electromagnetic induction sounding | |
Endo et al. | Observation of wake‐induced plasma waves around an ionospheric sounding rocket | |
DAZZI | Mutual impedance experiments in magnetized plasma | |
RU2813489C1 (en) | Method for determining complex dielectric permeability of underlying soil | |
Beilina et al. | Nonlinear and Inverse Problems in Electromagnetics: PIERS 2017, St. Petersburg, Russia, May 22-25 | |
Thurston et al. | Next Generation Geophysical Assessment System | |
Pei | Different Explanations for the Cosmic Microwave Background Radiation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150501 |