J. Phys. France 32, 877-885 (1971)
DOI: 10.1051/jphys:019710032011-12087700

ELF/VLF radiation resistance of an arbitrary oriented finite dipole in a cold, uniform multicomponent magnetoplasma

T.N.C. Wang

Radio Physics Laboratory Stanford Research Institute Menlo Park, California 94025

Abstract
By using a full electromagnetic-wave theory, an analysis is made of the ELF/VLF radiation resistance of a finite electric dipole, oriented at arbitrary angle in a cold, uniform magnetoplasma. The general integral expression for the radiation resistance R is derived, and from that, various approximate closed forms of R are obtained for the entire VLF/ELF range. Numerical plots of R are given for the plasma parameters appropriate to the regions of topside ionosphere and magnetosphere. It is found that, in the frequency range in which the refractive index surface of the n- mode has an open branch, the radiation resistance R reaches a maximum value whenever the dipole is so oriented that its axis of symmetry is perpendicular to the plane containing the edge of the n - mode resonance cone. This relative maximum R max is ˜ √h/r0 (h, r 0 being the half-length and radius of the dipole, respectively). In the ELF range, this Rmax is shown to occur for the dipole orientation closely parallel to the magnetic field for the high-density plasma considered. For a fixed dipole length and a fixed normalized plasma frequency (f0/fHe), it is shown that R in the ELF range can be comparable to that in the VLF range.

Résumé
Utilisant la théorie complète des ondes électromagnétiques, on analyse la résistance de radiation UBF/TBF d'un dipôle électrique fini, orienté d'une façon arbitraire dans un magnétoplasma froid et uniforme. On en déduit l'expression intégrale générale de la résistance de radiation R, puis, à partir de cette expression, différentes formes approchées de R pour le spectre complet UBF/TBF. On présente les courbes de variation de R lorsque les paramètres du plasma correspondent à deux régions : la haute ionosphère et la magnétosphère. L'on démontre que, dans l'intervalle de fréquence où la surface de l'indice de refraction du mode n- présente une branche ouverte, la résistance de radiation R atteint un maximum chaque fois que l'axe de symétrie du dipôle est perpendiculaire au plan tangent au cône de résonance du mode n. Ce maximum relatif Rmax est à peu près égal à √h /r0 (h et r0 étant respectivement la demi-longueur et le rayon du dipôle). Dans le domaine UBF, on montre que Rmax se produit lorsque l'orientation du dipôle est presque parallèle au champ magnétique du plasma très dense considéré. On montre que, pour un dipôle de longueur constante et à une fréquence de plasma normalisée fixe (f 0/fHe), les valeurs de R dans le domaine UBF et dans le domaine TBF sont comparables.

PACS
5235H - Electromagnetic waves (e.g., electron-cyclotron, Whistler, Bernstein, upper hybrid, lower hybrid).
5240D - Electromagnetic (nonlaser) radiation interactions with plasma.
9430T - Waves: propagation and excitation.

Key words
electromagnetic wave propagation in plasma -- electromagnetic waves -- ionospheric electromagnetic wave propagation -- magnetosphere