蒸發(fā)波導(dǎo)是一種特殊的大氣波導(dǎo),在其中傳播的電磁波信號會被陷獲在近海大氣層中,實現(xiàn)超視距傳播。受海表面溫度、濕度、風(fēng)速、微波頻率等因素的影響,海洋蒸發(fā)波導(dǎo)環(huán)境中的微波傳播特性起伏變化很大,規(guī)律十分復(fù)雜。以往的工作主要通過計算這些氣象因素對蒸發(fā)波導(dǎo)條件下大氣折射率剖面的影響來分析它們對路徑損失的作用,其結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)仍有較大差異。本文在一定的蒸發(fā)波導(dǎo)條件下,利用一維分形海面模型產(chǎn)生海面"地形",將其作為拋物方程電磁波傳播模型的邊界條件進行計算,得到相應(yīng)的路徑損失,并與傳統(tǒng)計算方法進行對比,分析了不同蒸發(fā)波導(dǎo)高度、不同頻率及不同接收天線高度時的數(shù)值模擬情況,可為艦艇通信系統(tǒng)或者雷達系統(tǒng)的設(shè)計提供相應(yīng)的依據(jù)。 

【文章來源】：海洋與湖沼. 2020,51(01)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

蒸發(fā)波導(dǎo)修正折射率剖面Fig.3Modifiedrefractiveindexprofileoftheevaporationduct

16海洋與湖沼51卷圖3蒸發(fā)波導(dǎo)修正折射率剖面Fig.3Modifiedrefractiveindexprofileoftheevaporationduct數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)定為:電磁波頻率8GHz,天線高度3m,天線極化方式為水平極化,最遠(yuǎn)計算距離為100km。將生成的海浪模型作為地形信息,與計算得到的修正折射率剖面作為拋物方程模型的輸入,計算可得到風(fēng)浪影響情況下的近海面?zhèn)鞑ヂ窂綋p失,如圖4所示。圖4考慮風(fēng)浪時蒸發(fā)波導(dǎo)中微波傳播的路徑損失Fig.4Thepathlossofmicrowavepropagationintheevaporationductinconsiderationofthetopographyofseasurface為了與不考慮風(fēng)浪地形影響時的情況進行對比,我們計算了后者的電磁波傳播路徑損失如圖5。圖5不考慮風(fēng)浪時蒸發(fā)波導(dǎo)中的微波傳播的路徑損失Fig.5Thepathlossofmicrowavepropagationintheevaporationductinnoconsiderationofthetopographyofseasurface對比圖4與圖5,可看出,考慮風(fēng)浪地形影響時,蒸發(fā)波導(dǎo)陷獲層以內(nèi)的電磁波能量隨距離衰減更快,大約60km后路徑損失就增大到170dB以上;對于蒸發(fā)波導(dǎo)高度以上的區(qū)域,由于海浪表面的遮擋及反射等,電磁波互相干涉產(chǎn)生不平滑的條紋。圖6給出了若干個接收高度處,電磁波傳播路徑損失隨距離變化的曲線。其中圖6a是考慮風(fēng)浪地形影響時的情況,圖6b為不考慮時的情況。從二者的對比可以看出,無論接收天線高度為3、5或7m,考慮風(fēng)浪影響時的路徑損失都會大于不考慮時。在傳播距離較近時,兩種情況的差值較小,40km處對應(yīng)的差值大約為8dB;隨著傳播距離的增大,兩種情況的差值會逐漸變大,在100km處達到了約

1期閆西蕩等:蒸發(fā)波導(dǎo)環(huán)境下風(fēng)浪對電磁波傳播影響的數(shù)值模擬研究17比較平緩,而考慮風(fēng)浪地形時曲線多了很多起伏,并且曲線上毛刺的起伏程度隨著接收天線的高度增加而有所增加。圖7給出了若干個接收距離處,電磁波傳播路徑損失隨高度變化的曲線。其中圖7a是考慮風(fēng)浪地形影響時的情況,圖7b為不考慮時的情況。從圖中可以看出,在近海面低高度的十幾米的范圍內(nèi),無論接收天線距離為40或100km,考慮風(fēng)浪影響時的路徑損失都會大于不考慮時,并且兩種情況下路徑損失隨高度變化的曲線起伏都比較校超過一定的高度范圍后,兩種情況路徑損失的最小值差距并不大,但有風(fēng)浪影響時的路徑損失卻會在某些高度處有一些比較大的起伏,與無風(fēng)浪影響時的差值可能達到30dB以上。由于模擬海面的隨機性,這些較大路徑損失出現(xiàn)的高度并不穩(wěn)定,也會給接收信號強度帶來比較強的隨機性。圖7考慮海浪(a)與不考慮海浪(b)時不同接收距離上電磁波路徑損失隨高度變化曲線Fig.7Thepathlossofelectromagneticwaveversusheightatdifferentreceivingdistances為了深入分析風(fēng)速海浪地形對傳播的影響,本文繼續(xù)采用更多的參數(shù)設(shè)置,以研究不同頻率、不同風(fēng)速等條件下的路徑損失分布。(1)考慮風(fēng)浪地形時,不同蒸發(fā)波導(dǎo)高度對微波傳播路徑損失的影響(情況1);(2)風(fēng)浪地形對不同頻率微波傳輸?shù)挠绊?情況2);(3)不同風(fēng)速產(chǎn)生的海浪對微波傳播的影響(情況3)。三種條件下拋物方程模型的數(shù)值模擬輸入?yún)?shù)如表1所示,蒸發(fā)波導(dǎo)中其他環(huán)境條件則與圖3中一致。表1蒸發(fā)波導(dǎo)風(fēng)浪影響數(shù)值模擬輸入?yún)?shù)Tab.1Simulationconf

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3386460