含有单轴介质时的分层介质中电磁场解析解的研究

发布时间：2017-04-02 00:02

  本文关键词：含有单轴介质时的分层介质中电磁场解析解的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电偶极子在分层介质中激励的电磁场和电磁波是一个经典而又有生命力的问题,也是许多学者研究争论的一个重要课题。潘威炎和King等人研究了水平电偶极子在单轴介质和均匀介质组成的两层介质中的电磁场,并给出了电磁场的各个分量的表达式,各个场分量也分为三个部分,即直射波、反射波和侧面波,解析结果与实验结果相比较,吻合的很好。在实际情况中,两层介质对应的往往是大地层和空气,或者海水和大地层所组成的分层介质,而在长波传播的情况下,大地层通常可以看成是单轴异性的介质,所以对单轴介质组成的分层介质问题的研究更具有实际应用价值。本论文的主要工作及贡献如下:(1)在由单轴介质组成的三层介质中,推导出了水平电偶极子产生的电磁波的解析表达式,并给出了相应的计算结果。三层介质模型为:最上层为空气,中间是均匀介质,最底层的是单轴介质;而电偶极子则位于中间均匀介质中,对应于实际的情况是,“空气-海水层-大地层”所组成的三层介质。研究结果表明,水平偶极子激励的电磁场都可以看成由直射波、理想反射波、侧面波以及吸附表面波四部分组成。其中,吸附表面波由电磁场分量积分表达式中的被积函数的极点留数所决定,其传播常数介于大地传播常数和空气传播常数之间;侧面波可以沿支点割缝的积分得到近似表达式。理论分析和数值结果表明,当源点和场点在海水和大地层的界面上或附近时,吸附表面波在总电磁场中将起主要作用,而随着源点或场点远离分界面时,吸附表面波就会很快衰减,此时起主导作用的将是侧面波。(2)当水平电偶极子位于各向同性介质中时,研究了单轴介质中产生的电磁场,给出了其解析表达式,结果表明,各个分量的表达式可以很好的还原到各向同性时的结果,并满足边界条件,是对潘威炎等人研究工作的很好补充,并据此还给出了单轴介质中电磁波能量的传播轨迹,更具实际意义。(3)根据D Margnetis的2001年的研究,将其拓展到了单轴介质和均匀同性介质组成的分界面上的电磁场的研究,并给出了部分电磁场分量的严格解析表达式,解析表达式由一些特殊函数及其序列之和所组成,并可以很好地还原到两层均匀同性介质时的结果。
【关键词】：电偶极子 分层介质 吸附表面波 侧面波 单轴介质 解析解
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O441.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及其意义9
• 1.2 电偶极子激发的电磁波9-11
• 1.3 本文研究内容和结构安排11-15
• 1.3.1 本文研究内容11-13
• 1.3.2 论文的结构安排13-15
• 第二章 分层介质中的电磁波15-31
• 2.1 两层均匀介质中的电磁波15-27
• 2.1.1 Zenneck和Sommerfeld的早期研究15-17
• 2.1.2 沿介质分界面传播的电磁波17-20
• 2.1.3 垂直电偶极子在地球表面产生的表面波20-23
• 2.1.4 关于半空间电磁波的一般积分和近似表达式23-27
• 2.2 沿三层介质分界面传播的吸附表面波27-28
• 2.3 电偶极子在由单轴介质组成的分层介质中产生的电磁波28-29
• 2.4 电偶极子处在中间层时的电磁波的传播29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 水平电偶极子在单轴介质中产生的电磁波31-52
• 3.1 物理模型31-32
• 3.2 单轴介质中电磁波各个分量的积分表达式32-36
• 3.3 单轴介质中电场分量积分表达式的求解36-48
• 3.4 单轴介质中磁场分量积分表达式的求解48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 单轴介质中电磁波的计算及其渗透深度52-64
• 4.1 解析结果的讨论52-57
• 4.1.1 与各向同性时的结果比较52-53
• 4.1.2 边界条件53-54
• 4.1.3 计算结果54-57
• 4.2 单轴异性大地层中电磁波的传播轨迹57-63
• 4.2.1 电型波的波印廷矢量轨迹57-60
• 4.2.2 磁型波的波印廷矢量轨迹60-61
• 4.2.3 计算结果与讨论61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 位于单轴介质上的水平电偶极子在三层介质中的电磁波64-101
• 5.1 场分量的积分表达式64-72
• 5.2 电型波分量的估算72-82
• 5.3 磁型波分量的估算82-96
• 5.4 计算结果与讨论96-100
• 5.5 本章小结100-101
• 第六章 各向同性和单轴介质分界面上电磁波的严格解研究101-121
• 6.1 电磁场各分量的积分表达式101-103
• 6.2 B_(1z)的解析结果103-104
• 6.3 E_(1φ)的解析结果104-108
• 6.4 E_(1ρ)的解析结果108-113
• 6.5 特殊情形时电磁场各分量的近似解113-118
• 6.6 计算结果与讨论118-119
• 6.7 本章小结119-121
• 第七章 总结与展望121-122
• 附录:本文用到的一些积分结果122-125
• 参考文献125-132
• 攻读博士学位期间的科研情况132-133
• 致谢133

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