電磁波跨越海—空界面?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-12-22 04:17
利用電磁波實(shí)現(xiàn)海洋中信息的跨界面無線傳輸,是一個(gè)有待突破的科學(xué)技術(shù)問題;其深入研究對(duì)于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、潛艇通信等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義。本文系統(tǒng)地研究了海水中的偶極子天線輻射的電磁波跨越海水-空氣界面?zhèn)鞑サ奶匦?獲得了空氣中電磁波的傳播規(guī)律和空間分布,同時(shí)也揭示了不同偶極子、環(huán)境等因素對(duì)跨界面電磁波傳播的影響。本文還建立了電流片模型,從二次輻射的角度出發(fā)研究了電磁波的跨界面?zhèn)鞑?揭示了傳播過程中的物理機(jī)理,彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法物理意義層面研究的不足。本文將理論和方法的研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證緊密地結(jié)合,使得兩者能夠互相驗(yàn)證、相互促進(jìn),具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。主要研究工作和結(jié)論如下:1.研究了海水中的偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。針對(duì)電磁波跨越海水-空氣界面?zhèn)鞑?基于電磁場(chǎng)疊加原理,建立了海底-海水-空氣三層媒質(zhì)中電磁波的傳播模型;利用快速傅立葉變換的數(shù)值方法對(duì)空氣中電磁場(chǎng)的積分表達(dá)式進(jìn)行了計(jì)算,獲取了空氣中電磁波的傳播規(guī)律和空間分布。分析了相同參數(shù)和環(huán)境下海水中的四種偶極子在空氣中輻射電磁場(chǎng)的性能,結(jié)果表明:水平偶極子優(yōu)于同類型的垂直偶極子及磁偶極子優(yōu)于電偶極子。針對(duì)環(huán)境因素和水下偶極子天線的配...
【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：159 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 研究背景及意義
1.2 研究歷史及現(xiàn)狀
1.2.1 海水中電磁波的傳播
1.2.2 分層介質(zhì)中電磁波的傳播
1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 電磁波在海水中的傳播及其基礎(chǔ)理論
2.1 引言
2.2 海水中的電磁波傳播
2.2.1 海水中電磁波的特征參數(shù)
2.2.2 頻率的初選和主要參數(shù)的確定
2.3 海水中的偶極子天線
2.3.1 垂直電偶極子
2.3.2 水平電偶極子
2.3.3 垂直磁偶極子
2.3.4 水平磁偶極子
2.4 海水中的環(huán)形天線
2.4.1 海水中環(huán)形天線的輻射功率
2.4.2 海水中環(huán)形天線的輻射電阻
2.5 本章小結(jié)
第3章 海水中的偶極子在空氣中輻射的電磁場(chǎng)
3.1 引言
3.2 海底–海水–空氣組成的三層導(dǎo)電媒質(zhì)
3.3 空氣半空間中的電磁場(chǎng)
3.3.1 空氣中的場(chǎng)分量
3.3.2 海水介質(zhì)中的波幅度
3.3.3 空氣介質(zhì)中的波幅度
3.4 空氣中電磁場(chǎng)分布的數(shù)值計(jì)算
3.4.1 Sommerfeld型積分方程的解法
3.4.2 快速傅里葉變換法
3.4.3 數(shù)值計(jì)算中關(guān)鍵參數(shù)的配置
3.4.4 快速傅立葉變換法的推廣
3.5 海水中的水平電偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
3.5.1 電場(chǎng)分量
3.5.2 磁場(chǎng)分量
3.5.3 環(huán)境參數(shù)對(duì)電磁波跨界面?zhèn)鞑サ挠绊?br> 3.6 海水中的其他偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
3.6.1 垂直電偶極子
3.6.2 水平電偶極子和垂直電偶極子性能比較
3.6.3 水平磁偶極子
3.6.4 垂直磁偶極子
3.6.5 水平磁偶極子和垂直磁偶極子性能比較
3.7 電偶極子和磁偶極子性能比較
3.8 本章小結(jié)
第4章 海面電流片模型及界面兩側(cè)電磁場(chǎng)的連續(xù)性
4.1 引言
4.2 海水中的輻射源在海水–空氣界面的菲涅耳帶
4.2.1 海面菲涅耳帶的劃分
4.2.2 �？战缑嫔系碾娏髌瑓^(qū)—1/3 第一菲涅爾帶
4.3 海水–空氣界面上電流片的電流密度
4.3.1 海水中的電偶極子
4.3.2 電流片上的電流密度
4.3.3 電流片的厚度
4.3.4 電流片上的電流
4.4 電流片在空氣中的磁矢勢(shì)
4.4.1 矢勢(shì)的理論推導(dǎo)
4.4.2 矢勢(shì)中積分的數(shù)值求解
4.5 電流片在空氣中的電磁場(chǎng)
4.5.1 由磁矢勢(shì)得到的電磁場(chǎng)
4.5.2 部分模型計(jì)算結(jié)果
4.6 海水中其他偶極子的電流片模型
4.6.1 垂直電偶極子
4.6.2 水平磁偶極子
4.6.3 垂直磁偶極子
4.7 電磁場(chǎng)在界面兩側(cè)的連續(xù)性
4.7.1 FEKO模型的建立
4.7.2 海面電場(chǎng)的分布
4.7.3 界面兩側(cè)電磁場(chǎng)的連續(xù)性
4.8 本章小結(jié)
第5章 界面和天線姿態(tài)變化對(duì)電磁波跨界面?zhèn)鞑サ挠绊?br> 5.1 引言
5.2 起伏界面對(duì)電磁波跨界面?zhèn)鞑サ挠绊?br> 5.3 海水中的傾斜偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.3.1 電磁場(chǎng)的疊加原理
5.3.2 海水中沿y軸放置的電偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.3.3 海水中的傾斜電偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.3.4 海水中的傾斜磁偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.4 傾斜偶極子產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算
5.4.1 傾斜電偶極子
5.4.2 傾斜磁偶極子
5.4.3 傾斜天線與水平/垂直天線的性能比較
5.5 水下天線傾斜角的隨機(jī)變化
5.5.1 傾斜角的隨機(jī)變化對(duì)垂直偶極子天線的影響
5.5.2 傾斜角的隨機(jī)變化對(duì)水平偶極子天線的影響
5.6 本章小結(jié)
第6章 電磁波跨界面?zhèn)鞑サ暮Ｉ蠈?shí)驗(yàn)
6.1 引言
6.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)描述
6.3 發(fā)射端設(shè)計(jì)
6.3.1 發(fā)射環(huán)形天線
6.3.2 發(fā)射端電路
6.4 接收端設(shè)計(jì)
6.4.1 接收天線
6.4.2 頻譜分析儀
6.4.3 感應(yīng)電壓
6.5 海上實(shí)驗(yàn)
6.5.1 海上實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置
6.5.2 海上實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)和噪聲
6.5.3 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果
6.6 理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比
6.6.1 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和三層導(dǎo)電媒質(zhì)模型結(jié)果的比較
6.6.2 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和電流片模型結(jié)果的比較
6.6.3 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論模型中天線姿態(tài)變化結(jié)果的比較
6.7 跨界面電磁波遠(yuǎn)距離傳播的預(yù)測(cè)
6.8 本章小結(jié)
第7章 全文總結(jié)
7.1 研究?jī)?nèi)容總結(jié)和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
7.2 有待進(jìn)一步研究的問題
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況
攻讀博士學(xué)位期間申報(bào)的國(guó)家發(fā)明專利
攻讀博士學(xué)位期間參加的部分科研情況
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬多面體上低剖面天線的矩量法分析[J]. 劉玉龍,金元松,何紹林. 電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]海中低頻水平磁偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)[J]. 王宏磊,鄭琨. 計(jì)算機(jī)仿真. 2012(08)
[3]導(dǎo)電媒質(zhì)平面上方垂直磁偶極源赫茲位函數(shù)的球面波展開式[J]. 江濱浩,劉永坦. 電子學(xué)報(bào). 2006(06)
[4]AD9833型高精度可編程波形發(fā)生器及其應(yīng)用[J]. 劉國(guó)良,廖力清,施進(jìn)平. 國(guó)外電子元器件. 2006(06)
[5]海底光纜結(jié)構(gòu)與發(fā)展[J]. 姬可理,張文軒. 光通信技術(shù). 2006(05)
[6]頻譜分析儀的原理和發(fā)展[J]. 班萬(wàn)榮. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2005(07)
[7]對(duì)潛通信系統(tǒng)及其發(fā)展探討[J]. 江月明. 無線電工程. 2003(09)
[8]傾斜分層非均勻介質(zhì)中磁偶極子場(chǎng)的數(shù)值分析[J]. 史曉鋒,李錚,王寶發(fā),肖紅兵. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(02)
[9]海洋電磁法研究的現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]. 何繼善,鮑力知. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 1999(01)
[10]三層導(dǎo)電媒質(zhì)中環(huán)天線的遠(yuǎn)區(qū)電磁場(chǎng)[J]. 龍?jiān)屏?蔣鴻雁,彭仲秋. 電子學(xué)報(bào). 1995(06)
博士論文
[1]海洋電磁場(chǎng)的理論及應(yīng)用研究[D]. 張自力.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 2009
[2]空氣中聲源產(chǎn)生的水下聲場(chǎng)建模與分析[D]. 張翼鵬.西北工業(yè)大學(xué) 2007
碩士論文
[1]海洋背景磁場(chǎng)數(shù)值模擬及東中國(guó)海上層海流磁場(chǎng)分布[D]. 張海濱.中國(guó)海洋大學(xué) 2008
本文編號(hào)：2931116
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【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：159 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 研究背景及意義
1.2 研究歷史及現(xiàn)狀
1.2.1 海水中電磁波的傳播
1.2.2 分層介質(zhì)中電磁波的傳播
1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 電磁波在海水中的傳播及其基礎(chǔ)理論
2.1 引言
2.2 海水中的電磁波傳播
2.2.1 海水中電磁波的特征參數(shù)
2.2.2 頻率的初選和主要參數(shù)的確定
2.3 海水中的偶極子天線
2.3.1 垂直電偶極子
2.3.2 水平電偶極子
2.3.3 垂直磁偶極子
2.3.4 水平磁偶極子
2.4 海水中的環(huán)形天線
2.4.1 海水中環(huán)形天線的輻射功率
2.4.2 海水中環(huán)形天線的輻射電阻
2.5 本章小結(jié)
第3章 海水中的偶極子在空氣中輻射的電磁場(chǎng)
3.1 引言
3.2 海底–海水–空氣組成的三層導(dǎo)電媒質(zhì)
3.3 空氣半空間中的電磁場(chǎng)
3.3.1 空氣中的場(chǎng)分量
3.3.2 海水介質(zhì)中的波幅度
3.3.3 空氣介質(zhì)中的波幅度
3.4 空氣中電磁場(chǎng)分布的數(shù)值計(jì)算
3.4.1 Sommerfeld型積分方程的解法
3.4.2 快速傅里葉變換法
3.4.3 數(shù)值計(jì)算中關(guān)鍵參數(shù)的配置
3.4.4 快速傅立葉變換法的推廣
3.5 海水中的水平電偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
3.5.1 電場(chǎng)分量
3.5.2 磁場(chǎng)分量
3.5.3 環(huán)境參數(shù)對(duì)電磁波跨界面?zhèn)鞑サ挠绊?br> 3.6 海水中的其他偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
3.6.1 垂直電偶極子
3.6.2 水平電偶極子和垂直電偶極子性能比較
3.6.3 水平磁偶極子
3.6.4 垂直磁偶極子
3.6.5 水平磁偶極子和垂直磁偶極子性能比較
3.7 電偶極子和磁偶極子性能比較
3.8 本章小結(jié)
第4章 海面電流片模型及界面兩側(cè)電磁場(chǎng)的連續(xù)性
4.1 引言
4.2 海水中的輻射源在海水–空氣界面的菲涅耳帶
4.2.1 海面菲涅耳帶的劃分
4.2.2 �？战缑嫔系碾娏髌瑓^(qū)—1/3 第一菲涅爾帶
4.3 海水–空氣界面上電流片的電流密度
4.3.1 海水中的電偶極子
4.3.2 電流片上的電流密度
4.3.3 電流片的厚度
4.3.4 電流片上的電流
4.4 電流片在空氣中的磁矢勢(shì)
4.4.1 矢勢(shì)的理論推導(dǎo)
4.4.2 矢勢(shì)中積分的數(shù)值求解
4.5 電流片在空氣中的電磁場(chǎng)
4.5.1 由磁矢勢(shì)得到的電磁場(chǎng)
4.5.2 部分模型計(jì)算結(jié)果
4.6 海水中其他偶極子的電流片模型
4.6.1 垂直電偶極子
4.6.2 水平磁偶極子
4.6.3 垂直磁偶極子
4.7 電磁場(chǎng)在界面兩側(cè)的連續(xù)性
4.7.1 FEKO模型的建立
4.7.2 海面電場(chǎng)的分布
4.7.3 界面兩側(cè)電磁場(chǎng)的連續(xù)性
4.8 本章小結(jié)
第5章 界面和天線姿態(tài)變化對(duì)電磁波跨界面?zhèn)鞑サ挠绊?br> 5.1 引言
5.2 起伏界面對(duì)電磁波跨界面?zhèn)鞑サ挠绊?br> 5.3 海水中的傾斜偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.3.1 電磁場(chǎng)的疊加原理
5.3.2 海水中沿y軸放置的電偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.3.3 海水中的傾斜電偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.3.4 海水中的傾斜磁偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)
5.4 傾斜偶極子產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算
5.4.1 傾斜電偶極子
5.4.2 傾斜磁偶極子
5.4.3 傾斜天線與水平/垂直天線的性能比較
5.5 水下天線傾斜角的隨機(jī)變化
5.5.1 傾斜角的隨機(jī)變化對(duì)垂直偶極子天線的影響
5.5.2 傾斜角的隨機(jī)變化對(duì)水平偶極子天線的影響
5.6 本章小結(jié)
第6章 電磁波跨界面?zhèn)鞑サ暮Ｉ蠈?shí)驗(yàn)
6.1 引言
6.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)描述
6.3 發(fā)射端設(shè)計(jì)
6.3.1 發(fā)射環(huán)形天線
6.3.2 發(fā)射端電路
6.4 接收端設(shè)計(jì)
6.4.1 接收天線
6.4.2 頻譜分析儀
6.4.3 感應(yīng)電壓
6.5 海上實(shí)驗(yàn)
6.5.1 海上實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置
6.5.2 海上實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)和噪聲
6.5.3 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果
6.6 理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比
6.6.1 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和三層導(dǎo)電媒質(zhì)模型結(jié)果的比較
6.6.2 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和電流片模型結(jié)果的比較
6.6.3 海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論模型中天線姿態(tài)變化結(jié)果的比較
6.7 跨界面電磁波遠(yuǎn)距離傳播的預(yù)測(cè)
6.8 本章小結(jié)
第7章 全文總結(jié)
7.1 研究?jī)?nèi)容總結(jié)和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
7.2 有待進(jìn)一步研究的問題
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況
攻讀博士學(xué)位期間申報(bào)的國(guó)家發(fā)明專利
攻讀博士學(xué)位期間參加的部分科研情況
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬多面體上低剖面天線的矩量法分析[J]. 劉玉龍,金元松,何紹林. 電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]海中低頻水平磁偶極子在空氣中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)[J]. 王宏磊,鄭琨. 計(jì)算機(jī)仿真. 2012(08)
[3]導(dǎo)電媒質(zhì)平面上方垂直磁偶極源赫茲位函數(shù)的球面波展開式[J]. 江濱浩,劉永坦. 電子學(xué)報(bào). 2006(06)
[4]AD9833型高精度可編程波形發(fā)生器及其應(yīng)用[J]. 劉國(guó)良,廖力清,施進(jìn)平. 國(guó)外電子元器件. 2006(06)
[5]海底光纜結(jié)構(gòu)與發(fā)展[J]. 姬可理,張文軒. 光通信技術(shù). 2006(05)
[6]頻譜分析儀的原理和發(fā)展[J]. 班萬(wàn)榮. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2005(07)
[7]對(duì)潛通信系統(tǒng)及其發(fā)展探討[J]. 江月明. 無線電工程. 2003(09)
[8]傾斜分層非均勻介質(zhì)中磁偶極子場(chǎng)的數(shù)值分析[J]. 史曉鋒,李錚,王寶發(fā),肖紅兵. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(02)
[9]海洋電磁法研究的現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]. 何繼善,鮑力知. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 1999(01)
[10]三層導(dǎo)電媒質(zhì)中環(huán)天線的遠(yuǎn)區(qū)電磁場(chǎng)[J]. 龍?jiān)屏?蔣鴻雁,彭仲秋. 電子學(xué)報(bào). 1995(06)
博士論文
[1]海洋電磁場(chǎng)的理論及應(yīng)用研究[D]. 張自力.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 2009
[2]空氣中聲源產(chǎn)生的水下聲場(chǎng)建模與分析[D]. 張翼鵬.西北工業(yè)大學(xué) 2007
碩士論文
[1]海洋背景磁場(chǎng)數(shù)值模擬及東中國(guó)海上層海流磁場(chǎng)分布[D]. 張海濱.中國(guó)海洋大學(xué) 2008
本文編號(hào)：2931116
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