【摘要】：近年來,隨著分層介質(zhì)中的電磁傳播問題在地質(zhì)勘探、海底探測(cè)、潛艇通信和微帶電路等許多的領(lǐng)域中有著重要應(yīng)用,人們對(duì)這個(gè)問題的理論認(rèn)識(shí)日漸深入。伴隨著吸附表面波概念的提出,三層結(jié)構(gòu)的理論研究得到廣泛的應(yīng)用,然而,對(duì)于四層結(jié)構(gòu)的研究,學(xué)術(shù)界存在一定的分歧。因此,本文基于平面四層模型研究了垂直電偶極子激勵(lì)的電磁場(chǎng)的理論結(jié)果,并設(shè)計(jì)了一款基于三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的封裝天線。主要的研究工作總結(jié)如下:第一,介紹了四層介質(zhì)中的電磁場(chǎng)表達(dá)式解析解的研究背景和應(yīng)用,研究了四層介質(zhì)中電磁場(chǎng)的解析結(jié)果,對(duì)覆蓋下水管道的地表建模,并進(jìn)行電磁場(chǎng)分析,給出相應(yīng)的結(jié)論。值得指出的是,本文給出了直達(dá)波、理想反射波、側(cè)面波、吸附表面波的頻域解,并且接著給出了遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。最后,本文將上述過程得出的結(jié)果與常見模型的傳播特性進(jìn)行對(duì)比,分析它們之間的差異,對(duì)學(xué)術(shù)界存在的爭(zhēng)議給出了可能的解釋。第二,在四層介質(zhì)電磁波的解的基礎(chǔ)上,針對(duì)天線的傳播問題,給出面天線等效為電偶極子疊加的場(chǎng)因子的理論推導(dǎo),并給出了單位電偶極子激勵(lì)下電磁波在四層介質(zhì)模型空氣層中的空間分布。研究了線天線的分析方法,為第三部分的天線設(shè)計(jì)做鋪墊。第三,設(shè)計(jì)了一款基于三層介質(zhì)的封裝天線。本文對(duì)于所設(shè)計(jì)的天線物理模型推導(dǎo)了外層介質(zhì)和三層介質(zhì)封裝天線分界面處的輸入阻抗,并給出了計(jì)算結(jié)果。尾篇,簡(jiǎn)述了該論文的主要研究?jī)?nèi)容,并且進(jìn)一步指出了本文的研究所不足的地方,同時(shí)對(duì)后面可以繼續(xù)展開的研究工作作出了一定的展望。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN011;TN820
【圖文】：

圖１．１：側(cè)面波傳播路徑示意圖逡逑如圖ｌ．ｉ所示，物理模型為對(duì)于位于地層中距離邊界（空氣和地層）很近的偶極子側(cè)面波的傳播路徑。其中，側(cè)面波作為總場(chǎng)中的主項(xiàng)，對(duì)半空間中的電磁波傳播問題有逡逑要意義。逡逑側(cè)面波是當(dāng)發(fā)射天線、接收天線全都放置在有耗介質(zhì)中時(shí)，電磁波的主要傳播模式，如在海水、巖石中的電波傳播，傳播方式是首先從發(fā)射天線向上傳播，電波穿過有耗介逡逑層到徸空氣層，然后沿著有耗介質(zhì)層和空氣層中的分界面進(jìn)行傳播，當(dāng)傳播到接收天線逡逑方位置時(shí)，電波再往下進(jìn)行穿透，穿過有耗介質(zhì)層到達(dá)接收天線的位置。逡逑在１９９２年Ｋｉｎｇ等人出版的專著中詳細(xì)研究了兩層和三層介質(zhì)中偶極子源所激勵(lì)的電逡逑場(chǎng)求解問楲。值得一提的是，他給出的側(cè)面波項(xiàng)可表述為包含菲涅爾積分的近似表達(dá)式逡逑２４１。該專著中詳盡闡述了在兩層和三層介質(zhì)中的垂直電偶極子和水平電偶極子所激勵(lì)逡逑側(cè)面波ｌ２５Ｗ３Ｇ１。此外，Ｋｉｎｇ和Ｗｕ還推導(dǎo)出了在半空間中，位于地上、地下的水平電偶極逡逑、垂直電偶極子所激勵(lì)的電磁波的精確解表徸式，并能夠精確的應(yīng)用于工程計(jì)算。具體逡逑

邐接收偶極子逡逑圖１．２直射波、理想反射波、側(cè)面波傳播路徑示意圖逡逑圖１．２中清楚地給出了這三yL波的傳播路徑，Ｋｉｎｇ在他的專著［４０］中介紹到，這種側(cè)面逡逑波的傳播是沿著損耗較小的一側(cè)介質(zhì)傳播的，其幅度值隨著距離的變化規(guī)律可以用菲涅爾逡逑積分或者誤差函數(shù)來表示。Ｋｉｎｇ的理論已被學(xué)術(shù)界所廣泛接受，并經(jīng)過了很多學(xué)者驗(yàn)證。逡逑１．２．２三層介質(zhì)中的吸附表面波逡逑然而，對(duì)于三層或多層的介質(zhì)結(jié)構(gòu)而言，其電磁波的傳播問題將變得更為復(fù)雜。如圖逡逑１．３所示為水平電偶極子激勵(lì)下三層介質(zhì)摸型。１９９４年，Ｋｉｎｇ和Ｓａｎｄｌｅｒ發(fā)表了他們的研究逡逑成果［４１］，并指出對(duì)于圖１．３中模型而言：當(dāng)三層介質(zhì)中的中間層厚度不大時(shí)，遠(yuǎn)處接收到逡逑的電磁場(chǎng)將以側(cè)面波的形式沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑�，并且是以／Ｔ２衰減傳播。然而在１９９８年，逡逑”３丨１［２（）］提出了新的觀點(diǎn)

區(qū)域１巖石層邐接收偶極子逡逑圖１．２直射波、理想反射波、側(cè)面波傳播路徑示意圖逡逑圖１．２中清楚地給出了這三yL波的傳播路徑，Ｋｉｎｇ在他的專著［４０］中介紹到，這種側(cè)面逡逑波的傳播是沿著損耗較小的一側(cè)介質(zhì)傳播的，其幅度值隨著距離的變化規(guī)律可以用菲涅爾逡逑積分或者誤差函數(shù)來表示。Ｋｉｎｇ的理論已被學(xué)術(shù)界所廣泛接受，并經(jīng)過了很多學(xué)者驗(yàn)證。逡逑１．２．２三層介質(zhì)中的吸附表面波逡逑然而，對(duì)于三層或多層的介質(zhì)結(jié)構(gòu)而言，其電磁波的傳播問題將變得更為復(fù)雜。如圖逡逑１．３所示為水平電偶極子激勵(lì)下三層介質(zhì)摸型。１９９４年，Ｋｉｎｇ和Ｓａｎｄｌｅｒ發(fā)表了他們的研究逡逑成果［４１］，并指出對(duì)于圖１．３中模型而言：當(dāng)三層介質(zhì)中的中間層厚度不大時(shí)，遠(yuǎn)處接收到逡逑的電磁場(chǎng)將以側(cè)面波的形式沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑�，并且是以／Ｔ２衰減傳播。然而在１９９８年，逡逑”３丨１［２（）］提出了新的觀點(diǎn)

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本文編號(hào)：2798747