Antennas in plasma : numerical calculation

Antennen können als Schnittstelle zwischen freier und geführter Wellenausbreitung gesehen werden. Zusätzlich tritt eine Konvertierung des Wellenausbreitungsmodus auf, wenn Plasma-wellen empfangen oder angeregt werden. Auf Raumsonden gibt es gewöhnlich wissenschaftliche Antennen, oft Monopolantennen, welche den Empfang natürlicher Strahlung zur Aufgabe haben. Die Analyse der, von solchen Antennen empfangenen, Strahlung gibt Aufschluss über die physikalischen Prozesse, durch die diese Wellen entstanden sind.Um eine korrekte Interpretation der empfangenen Strahlung zu gewährleisten, müssen die genauen Empfangseigenschaften der Antenne bekannt sein. Leider ist das Empfangsverhalten solcher Antennen oft anders, als die Antennengeometrie intuitiv erwarten ließe. Grund dafür sind die Einflüsse des Raumsondenkörpers, sowie des umgebenden Plasmas.Das Verfahren zur Bestimmung der Parameter, welche die Eigenschaften einer Antenne beschreiben, nennt sich Antennenkalibration. Eine der Methoden der Antennenkalibrierung ist die numerische Antennenkalibrierung. Der Inhalt dieser Doktorarbeit ist auf diese Methode anwendbar. Es gibt verschiedene Methoden empfangende oder sendende Antennen numerisch zu simulieren, wobei die Methode der Wahl dieser Arbeit die sogenannte Momentenmethode ist, auch ?method of moments? (MoM) genannt.Die Eigenschaften einer Raumsondenantenne werden auch vom Plasma beeinflusst, welches Raumsonde und Antenne um-strömt. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, zu zeigen wie Plasma Effekte in die numerische Antennenberechnung eingebaut werden können. Zuerst wird die theoretische Grundlage aufgebaut. 2 Verschiedene Methoden werden aufgezeigt, wie man Plasma Effekte berücksichtigen kann. Anschließend werden beide Methoden bei praktischen Berechnungen angewandt, bei der der Effekt von Plasma auf die Antenneneigenschaften von einem Dipol und einem gesamten Raumsondenantennensystem untersucht wird.Antennas can be seen as interface between free-wave propagation and guided wave propagation. When plasma waves are received or excited by means of an antenna, a mode conversion takes place in addition to this. On a spacecraft, there usually exist scientific antennas, often monopoles, having the task of receiving waves of a natural source. Analysis of the received waves yields information about the physics of the process which generates these waves.For a correct interpretation of the received data it is mandatory that the reception properties of the antenna are known with high accuracy. Unfortunately, the real behavior of the antennas is different than one would predict for the geometric configuration of the antennas. The reason is the influence of the body of the spacecraft as well as the influence of the surrounding space plasma.The procedure of finding the antenna parameters is called antenna calibration. One of the methods to calibrate such an antenna is the numerical calibration. The content of this doctoral thesis is applicable to this method. There are several numerical methods to simulate a receiving or transmitting antenna. The method of choice in this thesis is the Method of Moments (MoM). The properties of antennas on spacecraft are also influenced by the space plasma which surrounds the spacecraft. The objective of this doctoral thesis is to show how plasma effects can be included into the numerical calibration process. First the theoretical framework is established and the necessary equations, which are used in the numerical computations, are derived. Two different methods are used to incorporate the models of space plasma into the calibration. Then both methods are used to analyze the effect of the plasma on the antenna behavior of a dipole and a whole space-probe.T. H. OswaldAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. und engl. SpracheGraz, Univ., Diss., 2010OeBB(VLID)21361