On an electron beam excitation of linear impedance antenna
The excitation of linear impedance antenna by an electron beam in an infinite space is considered. The charge of
 beam is concentrated on one end of the antenna and excites frequency spectrum of its radiation. The system of integro-differential equations for symmetric and antisymmetric Fouri...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80427 |
| 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: | On an electron beam excitation of linear impedance antenna / S.D. Priymenko, Yu.F. Lonin, L.A. Bondarenko, I.N. Onishchenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 4. — С. 24-26. — Бібліогр.: 10 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860146559628345344 |
|---|---|
| author | Priymenko, S.D. Lonin, Yu.F. Bondarenko, L.A. Onishchenko, I.N. |
| author_facet | Priymenko, S.D. Lonin, Yu.F. Bondarenko, L.A. Onishchenko, I.N. |
| citation_txt | On an electron beam excitation of linear impedance antenna / S.D. Priymenko, Yu.F. Lonin, L.A. Bondarenko, I.N. Onishchenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 4. — С. 24-26. — Бібліогр.: 10 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | The excitation of linear impedance antenna by an electron beam in an infinite space is considered. The charge of
beam is concentrated on one end of the antenna and excites frequency spectrum of its radiation. The system of integro-differential equations for symmetric and antisymmetric Fourier current components with respective boundary
conditions is obtained. The solution of the system can be found by the averaging method. The Green function of infinite space and the Fourier transformation are used to calculate the strength of electric and magnetic radiation fields
of the antenna.
Розглянуто збудження лінійної антени електронним пучком у необмеженому просторі. Заряд пучка
концентрується на одному з кінців антени і збуджує частотний спектр її випромінювання. Отримано
систему інтегро-диференційних рівнянь для симетричної і антисиметричної Фур'є компонент сили струму з
відповідними граничними умовами. Розв’язок системи може бути знайдено методом усереднення. Функція
Гріна необмеженого простору і перетворення Фур'є використовуються для одержання напруженості
електричного і магнітного полів, що випромінюються антеною.
Рассмотрено возбуждение линейной антенны электронным пучком в неограниченном пространстве. Заряд пучка концентрируется на одном из концов антенны и возбуждает частотный спектр ее излучения. Получена система интегро-дифференциальных уравнений для симметричной и антисимметричной Фурье
компонент силы тока с соответствующими граничными условиями. Решение системы может быть найдено
методом усреднения. Функция Грина неограниченного пространства и преобразование Фурье используются
для получения напряженности электрического и магнитного полей, излучаемых антенной.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:50:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
ON AN ELECTRON BEAM EXCITATION OF
LINEAR IMPEDANCE ANTENNA
S.D. Priymenko, Yu.F. Lonin, L.A. Bondarenko, I.N. Onishchenko
Institute for Plasma Electronics and New Methods of Acceleration, National Science Center
“Kharkov Institute of Physics and Technology”,
1 Academicheskya St., Kharkov, 61108, Ukraine;
E-mail: spriyemenko@kipt.kharkov.ua
The excitation of linear impedance antenna by an electron beam in an infinite space is considered. The charge of
beam is concentrated on one end of the antenna and excites frequency spectrum of its radiation. The system of inte-
gro-differential equations for symmetric and antisymmetric Fourier current components with respective boundary
conditions is obtained. The solution of the system can be found by the averaging method. The Green function of in-
finite space and the Fourier transformation are used to calculate the strength of electric and magnetic radiation fields
of the antenna.
PACS: 84.40.Ba:29.17.+w
Intensive development of nonstationary electrody-
namics [1] in last decades arouses considerable interest
to impulse - radiating antennas (IRA) or ultra wide-band
(UWB) antennas. These antennas find applications in
the pulse radio-location [2], ground penetrating radar
(GPR) [3], [4], war developments [5], wide-band com-
munication [6]. Original and nonconventional variant of
UWB antenna is the antenna, exited by the electron
beam [7].
The problem of UWB electromagnetic radiation for-
mation includes two components: the antenna system
and the method of its excitation. The curvilinear wire
antenna is perspective type of UWB antenna system, be-
cause one − wire line, which practically have not fre-
quency dispersion, is its basic element. The electron
beam is an efficient instrument of the excitation by
charge the antenna. The advantages of the excitation by
charge are the followings:
− excitation of the whole spectrum of frequencies,
which are inherent to the antenna system (excita-
tion into the end-wall);
− creation of corresponding boundary conditions for
the radiated antenna, which is opened at the end
(maximum of charge).
The linear impedance antenna is considered as a
base model (Fig.).
Boundary conditions are
)();0( 0 tQLxtQ δ=−== , (1)
0);0( =+== LxtQ (2)
for the linear density of charge at the ends of an antenna
with consideration for the time-space distribution of
beam charge on the antenna surface.
Using the inverse Fourier transformation by the time
variable
dtetQQ tiωω −
+ ∞
∞−
∫= )()( , (3)
boundary conditions (1), (2) are rewritten as
0);( QLxQ =−=ω ,
0);( =+= LxQ ω .
_______________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 4.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (4), с. 24-26.24
-L +LO x
z
y
beam
Symmetric (s) and antisymmetric (a) parts on the
space variable are extracted for the spectral component
of the linear density of charge
)),(),((
2
1),()( xQxQxQ s −+= ωωω , (4)
)),()1(),((
2
1),()( xQxQxQ a −−+= ωωω . (5)
Hence we have
,
2
1)(
2
1
),(),(
0
)()(
QQ
LQLQ ss
==
=+=−
ω
ωω
(6)
.
2
1)(
2
1
),()1(),(
0
)()(
QQ
LQLQ aa
==
=+−=−
ω
ωω
(7)
Taking into account the relation [8] (p. 57)
),(),( xQi
dx
xdJ ωωω = , (8)
the problem of excitation of the antenna by the arbitrary
charge ( 0Q ) is reduced to the problem of excitation by
the spectral component of partial derivative with respect
to space variable for the electric current along the anten-
na.
As this takes place, the symmetric ),()( xJ s ω and
antisymmetric ),()( xJ a ω spectral components of the
current strength along the antenna are described by the
system of integro-differential equations [9]
( ) ( )
[ [ ] [ ] [ ]
( ) ( ) ]
( ) ( )
[ [ ] [ ] [ ]
( ) ( ) ] )10(
)9(
,,1
,,~,
,,
,,1
,,~,
,,
)(
0
)()()()(
0
)()(
0
)(
2
2
2
)(2
)(
0
)()()()(
0
)()(
0
)(
2
2
2
)(2
xJZi
JxFJxFJxF
xJ
cdx
xJd
xJZi
JxFJxFJxF
xJ
cdx
xJd
a
ssasas
a
a
s
ssssss
s
s
ω
α
ω
ε µ
ωω
ω
α
ω
ε µ
ωω
⋅−+
+++=
=+
⋅−+
+++=
=+
ωεε
ωεε
where µε , are, respectively, permittivity and perme-
ability of a medium, in which an antenna is situated;
[ ] 1-)/2ln(
2
1 aL=α ( a is the radius of a vibrator) is
the small parameter (α <<1); components of type
[ ])()(
0 , ss JxF are the integro-differential operators; Z
is the internal impedance of a vibrator (
a
ZZ s
π2
= , sZ
is the surface impedance of a vibrator).
This system is complemented by the boundary con-
ditions
( ) ( )
,
2
1)(
2
1
,,
0
)()(
QiQi
dx
LdJ
dx
LdJ ss
ωωω
ωω
==
=+=−
(11)
( ) ( )
,
2
1)(
2
1
,)1(,
0
)()(
QiQi
dx
LdJ
dx
LdJ aa
ωωω
ωω
==
=+−=−
(12)
which follow from (6), (7), (8).
The solution of system (9), (10) with boundary con-
ditions (11), (12) provides in the asymptotic approxima-
tion (with a precision to values of the order 2α ) a spec-
tral component of current strength along the antenna
( ) ( ) ( )xJxJxJ as ,,, )()( ωωω += , (13)
where ( )xJ s ,)( ω and ( )xJ a ,)( ω describe a spectrum
of symmetrical and antisymmetric oscillations of current
strength.
The strength of electric and magnetic fields, which
are radiated by the spectral component of current along
the antenna [10] (p.10)
( )
,
)(
),(
)()(,
222
)(
2
2
222
xd
zyxx
exJ
c
rdivrgradrE
L
L
zyxx
c
i
′
++′−
′×
×
+=
∫
+
−
++′−
ε µ
ω
ω
ε µ
ωω
(14)
( ) ( )
.
)(
),(
)(1,
222
)(
0
222
xd
zyxx
exJ
rrotirH
L
L
zyxx
c
i
′
++′−
′×
×−=
∫
+
−
++′−
ε µ
ω
ω
εεωω
(15)
Thus, in the linear impedance antenna, which is exit-
ed by the beam, the time dependence of electric current
is
ωω
π
ω dexJxtJ ti∫
+ ∞
∞−
= ),(
2
1),( , (16)
and in the space-time coordinates radiated the electro-
magnetic field is
ωω
π
ω derErtE ti∫
+ ∞
∞−
= ),(
2
1),(
, (17)
ωω
π
ω derHrtH ti∫
+ ∞
∞−
= ),(
2
1),(
. (18)
Notice that in the case of a curvilinear antenna the
system (9), (10) becomes coupled. The analysis of
curvilinear impedance antenna of two-dimentional and
three-dimentional space configuration can be reduced
by the above-given method to the analysis of two and
three coupled linear impedance antennas, respectively.
This work was executed under the information sup-
port of the project INTAS 00-02.
_______________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 4.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (4), с. 24-26.25
REFERENCES
1. A.G. Nerukh, N.A. Khizhnyak. Modern problems
of nonstationary electrodynamics. Kharkov: “Test-
radio”. 1991, p.250 (in Russian).
2. H.F. Harmut. Nonsinusoidal wave for radar and
radio communication. New York: “Academic
Press”. 1981.
3. S. Vitebskiy, L. Garin. Moment method modeling
of short-pulse scattering and the resonance of a
wire buried inside a lossy, dispersive half-space //
IEEE Trans. Antennas Propagat. 1995, v.AP-43,
№11, p.1303-1312.
4. T.W. Hertel, G.S. Smith. The conical spiral antenna
over the ground // IEEE Trans. Antennas Propagat.
2002, v.AP-50, №12, p.1668-1675.
5. M. Abrams. Dawn of the E-bomb // IEEE Spectrum
2003, №11, p.24-29.
6. N.W. Nurberger, J.L. Volakis. New termination for
ultrawide-band slot spirals // IEEE Trans. Antennas
Propagat. 2002, v.AP-50, №1, p.82-84.
7. N.I. Gaponenko, А.М. Gorbanj, D.V. Goroganin et
al. // Plasma physics. 2000, v.26, №4, p.1-3 (in
Russian).
8. G.T. Markov, D.M. Sazonov. Antennas. M.:
“Energy”. 1975, p.528 (in Russian).
9. S.D.Priyemenko, L.A.Bondarenko Linear
impedance vibrator in the circular waveguide //
Telecommunication and Radio Engineering. 2002,
v.56(1-2), p.17-41.
10. N.A. Khizhnyak. Integral equations of macroscop-
ic electrodynamics. Kiev: “Naukova dumka”. 1986,
p.280 (in Russian).
О ВОЗБУЖДЕНИИ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННЫ
С.Д. Прийменко, Ю.Ф. Лонин, Л.А. Бондаренко, И.Н. Онищенко
Рассмотрено возбуждение линейной антенны электронным пучком в неограниченном пространстве. За-
ряд пучка концентрируется на одном из концов антенны и возбуждает частотный спектр ее излучения. По-
лучена система интегро-дифференциальных уравнений для симметричной и антисимметричной Фурье
компонент силы тока с соответствующими граничными условиями. Решение системы может быть найдено
методом усреднения. Функция Грина неограниченного пространства и преобразование Фурье используются
для получения напряженности электрического и магнитного полей, излучаемых антенной.
ПРО ЗБУДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОННИМ ПУЧКОМ ЛІНІЙНОЇ АНТЕНИ
С.Д. Прийменко, Ю.Ф. Лонін, Л.О. Бондаренко, І.M. Оніщенко
Розглянуто збудження лінійної антени електронним пучком у необмеженому просторі. Заряд пучка
концентрується на одному з кінців антени і збуджує частотний спектр її випромінювання. Отримано
систему інтегро-диференційних рівнянь для симетричної і антисиметричної Фур'є компонент сили струму з
відповідними граничними умовами. Розв’язок системи може бути знайдено методом усереднення. Функція
Гріна необмеженого простору і перетворення Фур'є використовуються для одержання напруженості
електричного і магнітного полів, що випромінюються антеною.
___________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 4.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (4), с.5-7.
26
REFERENCES
С.Д. Прийменко, Ю.Ф. Лонин, Л.А. Бондаренко, И.Н. Онищенко
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80427 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T17:50:01Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Priymenko, S.D. Lonin, Yu.F. Bondarenko, L.A. Onishchenko, I.N. 2015-04-17T18:11:34Z 2015-04-17T18:11:34Z 2004 On an electron beam excitation of linear impedance antenna / S.D. Priymenko, Yu.F. Lonin, L.A. Bondarenko, I.N. Onishchenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 4. — С. 24-26. — Бібліогр.: 10 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 84.40.Ba:29.17.+w https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80427 The excitation of linear impedance antenna by an electron beam in an infinite space is considered. The charge of
 beam is concentrated on one end of the antenna and excites frequency spectrum of its radiation. The system of integro-differential equations for symmetric and antisymmetric Fourier current components with respective boundary
 conditions is obtained. The solution of the system can be found by the averaging method. The Green function of infinite space and the Fourier transformation are used to calculate the strength of electric and magnetic radiation fields
 of the antenna. Розглянуто збудження лінійної антени електронним пучком у необмеженому просторі. Заряд пучка
 концентрується на одному з кінців антени і збуджує частотний спектр її випромінювання. Отримано
 систему інтегро-диференційних рівнянь для симетричної і антисиметричної Фур'є компонент сили струму з
 відповідними граничними умовами. Розв’язок системи може бути знайдено методом усереднення. Функція
 Гріна необмеженого простору і перетворення Фур'є використовуються для одержання напруженості
 електричного і магнітного полів, що випромінюються антеною. Рассмотрено возбуждение линейной антенны электронным пучком в неограниченном пространстве. Заряд пучка концентрируется на одном из концов антенны и возбуждает частотный спектр ее излучения. Получена система интегро-дифференциальных уравнений для симметричной и антисимметричной Фурье
 компонент силы тока с соответствующими граничными условиями. Решение системы может быть найдено
 методом усреднения. Функция Грина неограниченного пространства и преобразование Фурье используются
 для получения напряженности электрического и магнитного полей, излучаемых антенной. This work was executed under the information support of the project INTAS 00-02. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Интегральные уравнения в теории ускорителей On an electron beam excitation of linear impedance antenna Про збудження електронним пучком лінійної антени О возбуждении электронным пучком линейной антенны Article published earlier |
| spellingShingle | On an electron beam excitation of linear impedance antenna Priymenko, S.D. Lonin, Yu.F. Bondarenko, L.A. Onishchenko, I.N. Интегральные уравнения в теории ускорителей |
| title | On an electron beam excitation of linear impedance antenna |
| title_alt | Про збудження електронним пучком лінійної антени О возбуждении электронным пучком линейной антенны |
| title_full | On an electron beam excitation of linear impedance antenna |
| title_fullStr | On an electron beam excitation of linear impedance antenna |
| title_full_unstemmed | On an electron beam excitation of linear impedance antenna |
| title_short | On an electron beam excitation of linear impedance antenna |
| title_sort | on an electron beam excitation of linear impedance antenna |
| topic | Интегральные уравнения в теории ускорителей |
| topic_facet | Интегральные уравнения в теории ускорителей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80427 |
| work_keys_str_mv | AT priymenkosd onanelectronbeamexcitationoflinearimpedanceantenna AT loninyuf onanelectronbeamexcitationoflinearimpedanceantenna AT bondarenkola onanelectronbeamexcitationoflinearimpedanceantenna AT onishchenkoin onanelectronbeamexcitationoflinearimpedanceantenna AT priymenkosd prozbudžennâelektronnimpučkomlíníinoíanteni AT loninyuf prozbudžennâelektronnimpučkomlíníinoíanteni AT bondarenkola prozbudžennâelektronnimpučkomlíníinoíanteni AT onishchenkoin prozbudžennâelektronnimpučkomlíníinoíanteni AT priymenkosd ovozbuždeniiélektronnympučkomlineinoiantenny AT loninyuf ovozbuždeniiélektronnympučkomlineinoiantenny AT bondarenkola ovozbuždeniiélektronnympučkomlineinoiantenny AT onishchenkoin ovozbuždeniiélektronnympučkomlineinoiantenny |