Time-domain study of transient fields for a thin circular loop antenna

The transient fields in the time-domain of a thin circular loop antenna on a two-layer conducting earth model are expressed in analytical form. In these expressions, the displacement currents both in the two-layer ground and in the air region are taken into consideration. The closed-form expressions of the time-domain are obtained as the inverse Laplace transform of the derived full-wave time-harmonic solution. These time-domain solutions are obtained as a summation of wave-guide modes plus contributions from branch cuts in the complex plane of the longitudinal wave number. Numerical examples are given to indicate the important features in the wave forms of the surface fields due to step and pulsed current excitation. These features provide the means of detecting the earth’s stratification, measuring the overburden height, and determining the ratio of the conductivities of the layers. PACS Nos.: 41.20Jb, 42.25Bs, 42.25Gy, 44.05+e Résumé : Nous écrivons sous forme analytique dans le domaine temps les champs transitoires d’une antenne en boucle mince au dessus d’une terre représentée par un modèle à deux couches. Dans ces expressions, nous tenons compte des courants de déplacement dans les deux couches modélisant le sol et dans l’air. Nous obtenons les expressions analytiques dans le domaine temps par transformée inverse de Laplace de la solution obtenue en onde complète avec dépendance harmonique en temps. Ces solutions dans le domaine temps apparaissent comme une somme sur les modes du guide d’onde plus des contributions dues aux coupures dans le plan complexe du nombre d’onde longitudinal. Nous présentons des résultats numériques pour souligner les caractéristiques importantes des formes d’onde résultant d’excitations en échelon ou pulsées. Ces caractéristiques nous fournissent un moyen pour sonder la stratification terrestre, mesurant la hauteur de surcharge et le rapport de conductivité entre les couches. [Traduit par la Rédaction]