發(fā)布時間：2020-07-11 17:20

【摘要】：極低頻電磁波在潛艇通信、海底探測、地質(zhì)勘探和地震電磁監(jiān)測等諸多領域中有著重要的應用,這促使人們對其傳播機制的理解不斷深入。然而,在這方面的研究資料較少,尤其是極低頻電磁波在近區(qū)的傳播求解問題,需要更多的研究和關注。本文圍繞極低頻電磁波在近區(qū)傳播的求解,及其在雷電、海底傳播、混合路徑波導等方面的應用進行了闡述及推導�，F(xiàn)將主要研究工作總結如下:1、首先基于Sommerfeld積分的一般式,通過準靜態(tài)近似的方法對垂直電偶極子激勵下的電磁場分量進行了估值,推導出極低頻電磁波在近區(qū)的解析近似表達式。并給出了極低頻電磁波在半空間中沿空氣和地表分界面?zhèn)鞑サ睦碚摲治鼋Y果。2、進一步地,給出了垂直電偶極子激勵下的瞬態(tài)解近似表達式。該瞬態(tài)式基于前文給出的頻域解,適用于求解極低頻電磁波在近區(qū)的計算。將此單位脈沖相應的結果與雙指數(shù)源進行卷積計算,得到了雙指數(shù)源激勵的瞬態(tài)解析表達式,用于模擬雷電信號產(chǎn)生的極低頻脈沖在空間中的時頻相應特性。3、基于Sommerfeld積分的一般式,推導了水平電偶極子激勵下的極低頻電磁波的頻域近似解。特別是沿海水和巖石分界面?zhèn)鞑サ暮５捉Y構中,水平電偶極子激勵的極低頻電磁波有極為重要的應用背景。通過將本文給出的解析近似解與已有結果的對比,論證了結果的正確性。4、進一步給出了水平電偶極子激勵下沿一維各向異性介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臉O低頻電磁波的近區(qū)近似結果,通過與實測數(shù)據(jù)的對比,可以看到將海底巖石層結果當作各項異性介質(zhì)相較于各向同性介質(zhì)而言具有更好的比擬作用,所得出的數(shù)值結果比各向同性的情況更接近實測數(shù)據(jù)。5、對極低頻電磁波在近區(qū)傳播應用舉例。研究了雷電信號激勵的極低頻電磁波在近區(qū)的傳播特性,并將雷電過程看作雙指數(shù)函數(shù)源產(chǎn)生極低頻電磁波在空間傳播的時域響應過程;還研究了極低頻電磁波在海底近場傳播時的空間分布以及坡印廷能流分布等,為極低頻電磁波在海底勘探研究中的應用提供一定的理論幫助。6、最后研究了混合路徑波導中極低頻近區(qū)電磁波的傳播計算方案。給出了陸-海過渡路徑波導中極低頻近區(qū)電磁波解析表達式和模轉換系數(shù),通過數(shù)值計算結果對混合多段路徑波導中極低頻近區(qū)的計算提供一定的參考。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN011
【圖文】：

大學博士學位論文１緒論逡逑另一方面，隨著電磁場日益滲透著我們的日常生活，越來越多的人開始關注生物醫(yī)學逡逑涉及到的細胞組織與電磁近場的互作用，其中屬極低頻電磁場（Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ邋Ｌｏｗ邋Ｆｒｅ？逡逑ｅｎｃｙ－Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋Ｆｉｅｌｄ，邋ＥＬＦ－ＥＭＦ）邋對人體健康的影響最為矚目邋。極低頻電磁場健康逡逑研究主要有流行病學調(diào)查、人體、動物、細胞、生物物理等層次的研究［￣４］。２０１８年，逡逑

使得這些設備和儀器對于檢測電磁波的靈敏度不斷提高。生活中存在很多種電逡逑磁干擾源會影響這些精密設備和儀器的運行，本文則主要研究的是自然界的雷電干擾源，逡逑雷電環(huán)境如圖１．１（ｅ）所示［１５］。雷電電磁脈沖就是與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射，所產(chǎn)生的逡逑超強瞬態(tài)電場和磁場能夠耦合到電器或電子系統(tǒng)中，從而產(chǎn)生干擾性的浪涌電流或浪涌電逡逑壓。因此，雷電對電子設備和系統(tǒng)的威脅很大，電信系統(tǒng)的雷電電磁脈沖損失呈現(xiàn)越來越逡逑高的趨勢，有關防護問題在國內(nèi)外已引起了高度重視。為了保護電子設備和系統(tǒng)，提高人逡逑們的綜合防護能力，加大對雷電電磁脈沖輻射場的研究是非常有必要的。雷閃產(chǎn)生的脈沖逡逑場，其主頻都在低頻、極低頻范圍［１６］，而且，能夠產(chǎn)生這種強干擾的電磁脈沖激勵源一般逡逑是距離地面很近的地方。所以，研究極低頻近區(qū)瞬態(tài)電磁場的激勵傳播特性有著重要的現(xiàn)逡逑實思NB。逡逑實際監(jiān)測到的雷電流波形各不相同，但是一般而言，電流具有單峰形式的豚沖電流波逡逑形

￡ｆｉｒＸｐ，Ｚ），邐和句＂（ＡＺ）三項分別表示直徶波，理想反射波和側面波。逡逑如圖１．２所示，其物理模型表示的是位于地層中距離邊界（空氣和地層）很近的偶極逡逑子在兩層介質(zhì)中激勵的電磁場中側面波的傳播路徑。側面波是指當發(fā)射天線和接收天線均逡逑放置在有耗介質(zhì)中，例如海水、巖石。電磁波的傳播方式是首先從發(fā)射天線向上傳播穿過逡逑有耗介質(zhì)層到達空氣層，然后沿著空氣層和有耗介質(zhì)層的分界面上進行傳播，在傳播到接逡逑收天線上方的位置時，再往下穿透進有耗介質(zhì)層傳播到接收天線的位置。Ｋｉｎｇ等人在其著逡逑作中介紹了這種側面波傳播是沿著損耗較小的一側傳播的，幅度值隨距離的變化的規(guī)律可逡逑以用菲涅爾積分或者誤差函數(shù)來表示，這些理論已經(jīng)被學術界廣泛接受，并被很多學者驗逡逑證。圖１．３給出了直達波，理想反射波和側面波的傳播路徑。逡逑區(qū)域０（空氣）＇。，八，00；＜逡逑！、、、、、、、？逡逑—廣－＾邐＾——逡逑叫Ｚ邋々、、邐�。。义希欤椋殄澹哼婂澹苠澹椋哄义习l(fā)射源邐Ｌ￣邐：必逡逑區(qū)域１（巖石層＆邐倒欠點逡逑圖１．３半空間模型電磁波傳播模型逡逑１．３本文內(nèi)容安排逡逑極低頻電磁波在軍事領域上是不可缺少的部分

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本文編號：2750697