About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length
The problem of short pulse radiation by the wire antenna of finite length is considered in time domain. Physical peculiarities of the change of a pulse form in all space of observation are investigated without any limitation on the antenna length and the form of pulse. The influences of the vibrator...
Saved in:
| Published in: | Радиофизика и радиоастрономия |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2002
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122339 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length / N.N. Gorobets, A.N. Dumin, O.A. Dumina // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 4. — С. 372-374. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859957935214428160 |
|---|---|
| author | Gorobets, N.N. Dumin, A.N. Dumina, O.A. |
| author_facet | Gorobets, N.N. Dumin, A.N. Dumina, O.A. |
| citation_txt | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length / N.N. Gorobets, A.N. Dumin, O.A. Dumina // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 4. — С. 372-374. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радиофизика и радиоастрономия |
| description | The problem of short pulse radiation by the wire antenna of finite length is considered in time domain. Physical peculiarities of the change of a pulse form in all space of observation are investigated without any limitation on the antenna length and the form of pulse. The influences of the vibrator length and the spatial duration of pulse on a wave process are studied. The model of a slowly decaying pulse propagating in a long line is used as a base of the solution to the problem. The parameter of the decay is chosen from experimental data. The influence of the high order effects concerning with mismatch between antenna and fider line as well as fider line and ultrawideband pulse generator is studied.
Задача излучения коротких импульсов проволочной антенной конечной длины рассматривается во временной области. Физические закономерности изменения формы импульса во всем пространстве наблюдения исследуются без ограничений на длину антенны и на форму импульса. Изучается влияние длины вибратора и пространственной длительности импульса на волновой процесс. Как основа решения используется модель медленно затухающего импульса, распространяющегося вдоль длинной линии. Параметр затухания выбирается из экспериментальных данных. Изучается влияние эффектов высокого порядка, связанных с рассогласованием между антенной и фидерной линией, а также между фидерной линией и генератором.
Задача випромінювання коротких імпульсів дротяною антеною скінченої довжини розглядається у часовій області. Фізичні закономірності зміни форми імпульсу в усьому просторі спостереження досліджуються без обмежень на довжину антени та на форму імпульсу. Вивчається вплив довжини вібратора та просторової тривалості імпульсу на хвильовий процес. Як основа розв’язку використовується модель повільно затухаючого імпульсу, що розповсюджується вздовж довгої лінії. Параметр затухання вибирається з експериментальних даних. Вивчається вплив ефектів високого порядку, пов’язаних з непогодженням між антеною та фідерною лінією, а також між фідерною лінією та генератором.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:21:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
Radio Physics and Radio Astronomy, 2002, v. 7, No. 4, pp. 372-374
ABOUT RADIATION OF SHORT PULSES BY WIRE
ANTENNA OF FINITE LENGTH
N.N. Gorobets, A.N. Dumin, O.A. Dumina
V.N. Karazin Kharkov National University
Svobody Sq., 4, Kharkov, Ukraine
E-mail: Alexander.N.Dumin@univer.kharkov.ua
The problem of short pulse radiation by the wire antenna of finite length is considered in time domain.
Physical peculiarities of the change of a pulse form in all space of observation are investigated without any limi-
tation on the antenna length and the form of pulse. The influences of the vibrator length and the spatial duration
of pulse on a wave process are studied. The model of a slowly decaying pulse propagating in a long line is used
as a base of the solution to the problem. The parameter of the decay is chosen from experimental data. The influ-
ence of the high order effects concerning with mismatch between antenna and fider line as well as fider line and
ultrawideband pulse generator is studied.
1. Introduction
Vibrator antennas are widely used as a radiators of
pulse signals in spite of distortion of signal form. The
investigation of the problem in frequency domain
was performed in work [1]. This paper is devoted to
the solution of the radiation problem in time domain
with vector potential method.
2. Statement of the Problem
The radiator of pulse signals is a conductor of length
l which is disposed perpendicularly to an ideal metal
screen. The geometry of the problem and co-ordinate
system is described in Fig. 1.
l
0 X
Z
Fig. 1. The problem geometry
Current distribution on the conductor is pre-
sented as a travelling wave of current, which moves
with velocity of light and has the time dependence in
form of time derivative of gaussian
( )
( ) ( )2
20,
zt
c z
zt
cI z t I e
ασ
σ
−
− −−
= − , (1)
where 0I is the amplitude value of current, c is the
velocity of light, σ defines the duration of the pulse,
α determines the decay of current wave amplitude.
We suppose that thickness of conductor is infinitely
small, and α is a constant.
3. Solution to the Problem
The problem is solved with well-known method of
electrical vector potential. The change of variables in
Maxwell equations in the form
rot rotE A
t
∂= −
∂
yields the following equation in vector potentialA :
( )
2
2
0 0 02 ,AA I r t
t
ε µ µ∂∇ − = −
∂
,
where 0ε and 0µ are electrical and magnetic con-
stants respectively, I is a given current of a source.
Using the solution of this wave equation
( )
( )
0
,
,
4
V
RI r t
cA r t dV
R
µ
π
−
= ∫
one can derive the following expression for radiated
field in case of infinitely thin conductor:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
50
4 2 3
1 3 , ,,
4
3 , , , ,
l
q R R q R RE r t
R
I R R I R R I R R I R R dl
cR c R
πε
−= +
′ ′− − ′+
∫
About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length
Radio Physics and Radio Astronomy, 2002, v. 7, No. 4 373
whereR r r ′= − , r is the radius-vector to the
point of observation, 0r l z′ ′= is the radius-vector to
the current source, ( ), RI r t
c
′ ′ − is time derivative
of the current, ( ) ( ), ,
Rt
cRq r t I r t dt
c
−
−∞
′ ′ ′ ′− = ∫ .
The integration limits must be l− and l because of
influence of the screen.
The value of decay of current wave α is chosen
from theoretical and experimental time dependencies
of the received field for the radiator of the same type
[2]. To take into account reflected current wave we
suppose that it is described by the same expression
(1) but with opposite sign of amplitude and co-
ordinate z .
4. Numerical Simulation
The duration of the input bipolar signal for the nu-
merical simulations (1) is 2 ns, the same as in [2].
Normalized time and angle dependencies of transver-
sal electrical component amplitude for l =1,64 m are
shown in Fig. 2 (R =2 m, near field) and in Fig. 3
(R =30 m, far field). The received signal consists of
four parts radiated from the begin and the end of
conductor by initial current wave and reflected one.
5
1 0
15
20
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
E
Θ
An
gl
e,
g
ra
d
Time, ns
Fig. 2. Time and angle dependencies of amplitude of
transversal electrical component for R = 2 m
Time dependence and spectrum of transversal
field amplitude for different l are depicted in Fig. 4.
It is shown, that the short vibrator radiates signal
with the same form as a time derivative of initial cur-
rent. In case of a long conductor we observe the in-
fluence of the current wave reflection that changes
spectrum but does not increase total energy of re-
ceived signal. We can take into account reflection
from the source of current by the same way as for
reflection from the end of the conductor. Time de-
pendence and frequency spectrum of amplitude of
transversal electrical component for the cases of ab-
sorption and total reflection of current wave from
source are represented in Fig. 5. The case of two re-
flections from source is considered. Radiation losses
cause the decay of amplitude of received field. So,
real distortion of received signal must be smaller for
partial reflections from source of current.
100
105
110
-0,7
-0,5
-0,3
-0,2
0,0
0,2
0,3
0,5
0,7
0,8
1,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
E
Θ
An
gl
e,
g
ra
d
Time, ns
Fig. 3. Time and angle dependencies of amplitude of
transversal electrical component for R = 30 m
100 105 110 115 120
-0,9
-0,6
-0,3
0,0
0,3
0,6
0,9
E
Θ
Time, ns
l=0,2 m
l=0,5 m
l=3 m
0,00E+000 5,00E+008 1,00E+009 1,50E+009
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
l=0,2 m
l=0,5 m
l=3 m
Frequency (Hz)
A
m
pl
itu
de
Fig. 4. Time dependence and frequency spectrum of
amplitude of transversal electrical component for
R = 30 m and different l
N.N. Gorobets, A.N. Dumin, O.A. Dumina
374 Radio Physics and Radio Astronomy, 2002, v. 7, No. 4
100 110 120 130
-0,7
-0,5
-0,2
0,0
0,2
0,5
0,7
1,0
E
Θ
Time, ns
absorbtion
reflection
0,00E+000 5,00E+008 1,00E+009 1,50E+009
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
absorption
reflection
Frequency (Hz)
A
m
pl
itu
de
Fig. 5. Time dependence and frequency spectrum of
amplitude of transversal electrical component for the
cases of absorption and total reflection of current
wave from source (R = 30 m and l = 1,64 m)
5. Conclusions
The problem of radiation of a vibrator have been
solved using model of the travelling current wave
excitation. The influences of conductor length and
reflections from fider line are investigated.
References
1. N. Gorobets, A. Nechesa. Telecommunications and
radio engineering. 53, 36, (1999).
2. Yu.I. Buyanov, V.I. Koshelev, V.V. Plisko. Proc. Int.
Conf. on Math. Meth. in Electromagnetic Theory, 312
(1998).
ОБ ИЗЛУЧЕНИИ КОРОТКИХ
ИМПУЛЬСОВ ПРОВОЛОЧНОЙ
АНТЕННОЙ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ
Н.Н. Горобец, А.Н. Думин, О.А. Думина
Задача излучения коротких импульсов проволоч-
ной антенной конечной длины рассматривается во вре-
менной области. Физические закономерности измене-
ния формы импульса во всем пространстве наблюдения
исследуются без ограничений на длину антенны и на
форму импульса. Изучается влияние длины вибратора
и пространственной длительности импульса на волно-
вой процесс. Как основа решения используется модель
медленно затухающего импульса, распространяющего-
ся вдоль длинной линии. Параметр затухания выбира-
ется из экспериментальных данных. Изучается влияние
эффектов высокого порядка, связанных с рассогласо-
ванием между антенной и фидерной линией, а также
между фидерной линией и генератором.
ПРО ВИПРОМІНЮВАННЯ КОРОТКИХ
ІМПУЛЬСІВ ДРОТЯНОЮ АНТЕНОЮ
СКІНЧЕНОЇ ДОВЖИНИ
М.М. Горобець, О.М. Думін, О.О. Думіна
Задача випромінювання коротких імпульсів дро-
тяною антеною скінченої довжини розглядається у
часовій області. Фізичні закономірності зміни форми
імпульсу в усьому просторі спостереження досліджу-
ються без обмежень на довжину антени та на форму
імпульсу. Вивчається вплив довжини вібратора та про-
сторової тривалості імпульсу на хвильовий процес. Як
основа розв’язку використовується модель повільно
затухаючого імпульсу, що розповсюджується вздовж
довгої лінії. Параметр затухання вибирається з експе-
риментальних даних. Вивчається вплив ефектів висо-
кого порядку, пов’язаних з непогодженням між анте-
ною та фідерною лінією, а також між фідерною лінією
та генератором.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122339 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1027-9636 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T16:21:06Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Радіоастрономічний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Gorobets, N.N. Dumin, A.N. Dumina, O.A. 2017-07-02T16:16:49Z 2017-07-02T16:16:49Z 2002 About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length / N.N. Gorobets, A.N. Dumin, O.A. Dumina // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 4. — С. 372-374. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122339 The problem of short pulse radiation by the wire antenna of finite length is considered in time domain. Physical peculiarities of the change of a pulse form in all space of observation are investigated without any limitation on the antenna length and the form of pulse. The influences of the vibrator length and the spatial duration of pulse on a wave process are studied. The model of a slowly decaying pulse propagating in a long line is used as a base of the solution to the problem. The parameter of the decay is chosen from experimental data. The influence of the high order effects concerning with mismatch between antenna and fider line as well as fider line and ultrawideband pulse generator is studied. Задача излучения коротких импульсов проволочной антенной конечной длины рассматривается во временной области. Физические закономерности изменения формы импульса во всем пространстве наблюдения исследуются без ограничений на длину антенны и на форму импульса. Изучается влияние длины вибратора и пространственной длительности импульса на волновой процесс. Как основа решения используется модель медленно затухающего импульса, распространяющегося вдоль длинной линии. Параметр затухания выбирается из экспериментальных данных. Изучается влияние эффектов высокого порядка, связанных с рассогласованием между антенной и фидерной линией, а также между фидерной линией и генератором. Задача випромінювання коротких імпульсів дротяною антеною скінченої довжини розглядається у часовій області. Фізичні закономірності зміни форми імпульсу в усьому просторі спостереження досліджуються без обмежень на довжину антени та на форму імпульсу. Вивчається вплив довжини вібратора та просторової тривалості імпульсу на хвильовий процес. Як основа розв’язку використовується модель повільно затухаючого імпульсу, що розповсюджується вздовж довгої лінії. Параметр затухання вибирається з експериментальних даних. Вивчається вплив ефектів високого порядку, пов’язаних з непогодженням між антеною та фідерною лінією, а також між фідерною лінією та генератором. en Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length Об излучении коротких импульсов проволочной антенной конечной длины Про випромінювання коротких імпульсів дротяною антеною скінченої довжини Article published earlier |
| spellingShingle | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length Gorobets, N.N. Dumin, A.N. Dumina, O.A. |
| title | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length |
| title_alt | Об излучении коротких импульсов проволочной антенной конечной длины Про випромінювання коротких імпульсів дротяною антеною скінченої довжини |
| title_full | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length |
| title_fullStr | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length |
| title_full_unstemmed | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length |
| title_short | About Radiation of Short Pulses by Wire Antenna of Finite Length |
| title_sort | about radiation of short pulses by wire antenna of finite length |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122339 |
| work_keys_str_mv | AT gorobetsnn aboutradiationofshortpulsesbywireantennaoffinitelength AT duminan aboutradiationofshortpulsesbywireantennaoffinitelength AT duminaoa aboutradiationofshortpulsesbywireantennaoffinitelength AT gorobetsnn obizlučeniikorotkihimpulʹsovprovoločnoiantennoikonečnoidliny AT duminan obizlučeniikorotkihimpulʹsovprovoločnoiantennoikonečnoidliny AT duminaoa obizlučeniikorotkihimpulʹsovprovoločnoiantennoikonečnoidliny AT gorobetsnn provipromínûvannâkorotkihímpulʹsívdrotânoûantenoûskínčenoídovžini AT duminan provipromínûvannâkorotkihímpulʹsívdrotânoûantenoûskínčenoídovžini AT duminaoa provipromínûvannâkorotkihímpulʹsívdrotânoûantenoûskínčenoídovžini |