LF/VLF电磁波在“地—电离层波导”中传播特性研究及其应用

发布时间：2022-01-23 17:56

　　近年来,低频（LF）、甚低频（VLF）电磁波被广泛应用于潜艇通讯、地质勘探、石油开采以及地震预测等多个领域,其中,“地-电离层波导”中的传播问题成为理论研究的一个热点。本文结合潘威炎和李凯在2014年所著文献[1]给出的理论研究成果,根据所给出的各向异性“地-电离层波导”的传播表达式,对LF/VLF电磁波各参量进行了计算,并针对LF电磁波的时域特性和VLF波在各向异性“地-电离层波导”中的多模干涉现象等应用问题进行了系统研究。现将本文主要的创新性研究成果总结如下:首先,依据垂直电偶极子激励下LF电磁波在“地-电离层波导”中的研究方法,利用复变函数相关知识推导出了磁偶极子和水平电偶极子激励下的电磁场解析表达式。在此基础上,本文给出了水平电偶极子激励下天波传播的近似表达式。其次,对于垂直和水平电偶极子激励下天波传播的频域响应和时域响应分别进行了求解,结果表明,水平电偶极子激励下的天波传播特性与辐射情况受传播距离和发射高度等因素的影响。最后,对“地-电离层波导”中VLF电磁波传播特性进行了数值计算。给出了VLF电磁波的相速度和衰减率的计算公式,模拟了在白天和夜间条件下,VLF电磁波在“地-电... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图３．１天波传播模型??

３．３数值结果??３．３．１发射源在地表??为了说明水平电偶极子激发的场分量的一般公式，图３．２给出了?／?＝?２０〇ｇ和??／?＝?３〇Ｍ／＆时夏季白天的电场，电离层参数为：电离层等效高度为＝?电子密度为??ｉＶ?＝?１０９ｍ＿３，电子碰撞频率为ｖ＝?１０７，１，地面的相对介电常数为￣＝８〇，电导率为，??发射源和接收点的高度分别为ｈ。??由图３．２所示可以看出，当接收点和辐射源均置于地球表面上时，地波会随着传播距??离的增大不断衰减，但是对于每一跳天波而言，表现出来的传播规律与地波的不一样，它??们会在一定的传播距离之后出现一个最值，图中所示为一跳天波出现一个最大值，二跳天??波出现一个最小值。??最大值：－１４５．９ｄＢ??ｊ，?ｆ＝?２００?ＫＨｚ??＿１５〇?－?？?——＾丨、？（?ｚｓ＝０ｋｍ??ｔ?Ｉ?Ｉ?？＿??Ｖ?、、、??一?１６０?－?＾一跳天波工作区?、??＿?丨?、、??Ｉ?！?＾?＾??ｐｇ?－１７０?－?，?ｊ???ｉ?■：??＾?－１８０丨二跳天波工作区丨??－１９０?－???－??Ｖ：?——地波??－２００?－?Ｖ?－?＊＊?－?一跳天波－??｜?＞?？???二Ｍ天波??最小值：－１９８．９ｄＢ??一助入气＜??＿２ｉ〇?Ｉ?１?１?１?１?１?１?１?１???２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?９００?１０００??Ｐ?（ｋｍ）??图３．２水平电偶极子产生的电场幅度?＜?随传播距离ｐ的变化图

考虑传播路径的改变。??（１）对于第一跳天波，从辐射源Ｔ先经过反射到达Ｐ再到达接收点Ｒ，路径为ＴＺＦ和??如图３．４（ａ）。这可以等效为源Ｂ位于地面上的的镜像点Ｂ处，地球的等效半径为｜ＯＣ｜，如??图３．４（ｂ）。地球｜等效半径｜〇ｑ？ｆｌ，等效角距离为０，则传播路径可近似为图３．４（ｂ）中所示??路径，由三角形和相似可得??ｈ?＿?ｐ－ａ６ｘ??ｈ?＋?ｄ?（＾ａ－ｄ）＾ｐ?／?ａ?＋?０＾?（３．７）??２２??

【参考文献】：
期刊论文
[1]电离层-均匀地球模型中地表水平电偶极子激发的电磁场[J]. 徐志锋,吴小平.  地球物理学报. 2010(10)
[2]电离层ELF/VLF电磁波激发研究[J]. 曹丙霞,周志权,乔晓林.  地球物理学进展. 2010(03)
[3]与地震有关的电离层扰动的甚低频/低频无线电探测[J]. M.Hayakawa,马君钊.  世界地震译丛. 2009(02)
[4]甚低频对潜通信信号场强预测[J]. 李光明,温东.  电讯技术. 2008(02)
[5]垂直电偶极子在地-电离层波导中场的球级数解[J]. 王元新,樊文生,潘威炎,张红旗.  电波科学学报. 2007(02)
[6]地下水平电偶极子在均匀球形地面产生的侧面波[J]. 潘威炎,张红旗,李凯,司徒梦天.  电波科学学报. 2002(03)
[7]卫星上的VLF发射装置在海面上产生的场[J]. 潘威炎.  空间科学学报. 1996(01)



本文编号：3604881