平面四层介质中电磁波传播分析与天线设计应用

论文摘要

近年来,随着分层介质中的电磁传播问题在地质勘探、海底探测、潜艇通信和微带电路等许多的领域中有着重要应用,人们对这个问题的理论认识日渐深入。伴随着吸附表面波概念的提出,三层结构的理论研究得到广泛的应用,然而,对于四层结构的研究,学术界存在一定的分歧。因此,本文基于平面四层模型研究了垂直电偶极子激励的电磁场的理论结果,并设计了一款基于三层介质结构的封装天线。主要的研究工作总结如下:第一,介绍了四层介质中的电磁场表达式解析解的研究背景和应用,研究了四层介质中电磁场的解析结果,对覆盖下水管道的地表建模,并进行电磁场分析,给出相应的结论。值得指出的是,本文给出了直达波、理想反射波、侧面波、吸附表面波的频域解,并且接着给出了远区场的数值计算结果。最后,本文将上述过程得出的结果与常见模型的传播特性进行对比,分析它们之间的差异,对学术界存在的争议给出了可能的解释。第二,在四层介质电磁波的解的基础上,针对天线的传播问题,给出面天线等效为电偶极子叠加的场因子的理论推导,并给出了单位电偶极子激励下电磁波在四层介质模型空气层中的空间分布。研究了线天线的分析方法,为第三部分的天线设计做铺垫。第三,设计了一款基于三层介质的封装天线。本文对于所设计的天线物理模型推导了外层介质和三层介质封装天线分界面处的输入阻抗,并给出了计算结果。尾篇,简述了该论文的主要研究内容,并且进一步指出了本文的研究所不足的地方,同时对后面可以继续展开的研究工作作出了一定的展望。

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致谢

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展

1.2.1 沿两层介质分界面传播的侧面波

1.2.2 三层介质中的吸附表面波

1.2.3 四层介质中电磁波传播模型

1.3 本文主要安排

第二章垂直电偶极子在平面四层介质中激励电磁场解析研究

2.1 引言

2.2 垂直电偶极子在四层介质中激励的电磁场求解

2.2.1 物理模型

2.2.2 垂直电偶极子在四层介质中激励电磁场的Sommerfeld积分

2.3 垂直电偶极子在四层介质中激励电磁场的解析解

2.3.1 直达波和理想反射波

2.3.2 侧面波和吸附表面波

2.3.3 极点的求解

2.3.4 数值计算与讨论

2.4 小结

第三章电磁波在平面四层介质中传播理论的应用

3.1 引言

3.2 覆盖下水管道的地表电磁波传播场分析

3.2.1 理论分析

3.2.2 数值计算与讨论

3.3 电磁波沿海底-岩石分界面传播分析

3.3.1 理论分析

3.3.2 理论计算与实测对比

3.4 小结

第四章四层介质中天线模型

4.1 引言

4.2 分层介质中有限长天线模型

4.2.1 有限长线源

4.2.2 面源

4.2.3 空间分布特性研究

4.3 分层介质中线天线模型

4.3.1 线天线在半空间产生的电磁场表达式

4.3.2 线天线电流分布

4.3.3 特征阻抗

4.4 小结

第五章三层介质封装天线设计应用

5.1 引言

5.2 理论分析

5.2.1 三层介质封装天线激励电磁场表达式推导

5.2.2 三层介质封装天线特征参数求解

5.3 数值计算及讨论

in随着参量β_Lh变化规律'> 5.3.1 输入阻抗Z_in随着参量β_Lh变化规律

5.3.2 偏移量x/h与输入电流对应关系

in随偏移量h/λ₀的变化规律'> 5.3.3 输入阻抗Z_in随偏移量h/λ₀的变化规律

in随参量β_Lh的变化规律'> 5.3.4 输入阻抗Z_in随参量β_Lh的变化规律

5.3.5 三层介质封装天线与两层介质封装天线比较

5.4 小结

第六章总结与展望

6.1 论文的主要研究工作

6.2 下一步的研究工作

参考文献

个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李乐

导师: 李凯

关键词: 垂直电偶极子,四层结构,介质天线

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 浙江大学

基金: 国家自然基金

分类号: TN011;TN820

总页数: 69

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