极低频电磁场近区传播及其在混合传播路径中的理论分析与应用

论文摘要

极低频电磁波在潜艇通信、海底探测、地质勘探和地震电磁监测等诸多领域中有着重要的应用,这促使人们对其传播机制的理解不断深入。然而,在这方面的研究资料较少,尤其是极低频电磁波在近区的传播求解问题,需要更多的研究和关注。本文围绕极低频电磁波在近区传播的求解,及其在雷电、海底传播、混合路径波导等方面的应用进行了阐述及推导。现将主要研究工作总结如下:1、首先基于Sommerfeld积分的一般式,通过准静态近似的方法对垂直电偶极子激励下的电磁场分量进行了估值,推导出极低频电磁波在近区的解析近似表达式。并给出了极低频电磁波在半空间中沿空气和地表分界面传播的理论分析结果。2、进一步地,给出了垂直电偶极子激励下的瞬态解近似表达式。该瞬态式基于前文给出的频域解,适用于求解极低频电磁波在近区的计算。将此单位脉冲相应的结果与双指数源进行卷积计算,得到了双指数源激励的瞬态解析表达式,用于模拟雷电信号产生的极低频脉冲在空间中的时频相应特性。3、基于Sommerfeld积分的一般式,推导了水平电偶极子激励下的极低频电磁波的频域近似解。特别是沿海水和岩石分界面传播的海底结构中,水平电偶极子激励的极低频电磁波有极为重要的应用背景。通过将本文给出的解析近似解与已有结果的对比,论证了结果的正确性。4、进一步给出了水平电偶极子激励下沿一维各向异性介质表面传播的极低频电磁波的近区近似结果,通过与实测数据的对比,可以看到将海底岩石层结果当作各项异性介质相较于各向同性介质而言具有更好的比拟作用,所得出的数值结果比各向同性的情况更接近实测数据。5、对极低频电磁波在近区传播应用举例。研究了雷电信号激励的极低频电磁波在近区的传播特性,并将雷电过程看作双指数函数源产生极低频电磁波在空间传播的时域响应过程;还研究了极低频电磁波在海底近场传播时的空间分布以及坡印廷能流分布等,为极低频电磁波在海底勘探研究中的应用提供一定的理论帮助。6、最后研究了混合路径波导中极低频近区电磁波的传播计算方案。给出了陆-海过渡路径波导中极低频近区电磁波解析表达式和模转换系数,通过数值计算结果对混合多段路径波导中极低频近区的计算提供一定的参考。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 许红蕾

导师: 李凯

关键词: 极低频电磁波,近区传播,垂直电偶极子,水平电偶极子,双指数函数,一维各向异性介质,坡印廷能流,混合路径

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

单位: 浙江大学

基金: 国家自然基金

分类号: TN011

总页数: 133

文件大小: 9126K

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标签：极低频电磁波论文;  近区传播论文;  垂直电偶极子论文;  水平电偶极子论文;  双指数函数论文;  一维各向异性介质论文;  坡印廷能流论文;  混合路径论文;