21世紀(jì)以來(lái)通信技術(shù)的高速發(fā)展不斷滿足著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的各種各樣的需求,手機(jī),對(duì)講機(jī)等常用通信方式以電磁波為載體,在空氣中進(jìn)行無(wú)線通信。隨著工業(yè)的發(fā)展與生產(chǎn)資源的緊缺,近年來(lái)人們開(kāi)始研究能夠穿透巖層、冰層、海水等媒質(zhì)的跨介質(zhì)通信技術(shù),用于礦井應(yīng)急通信、水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信、水面遙控水下無(wú)人艇、潛艇通信等方面。為了有效實(shí)現(xiàn)跨介質(zhì)通信,對(duì)其進(jìn)行深入研究具有十分重要的意義。本文將從基本理論著手,首先對(duì)有耗媒質(zhì)中電磁參量,偶極子天線等進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)一套用于測(cè)量電磁參數(shù)的硬件系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,基于2DPSK調(diào)制解調(diào)方式設(shè)計(jì)了一套跨介質(zhì)通信系統(tǒng)。本文主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面。(1)首先介紹了有耗媒質(zhì)中的幾種基本電磁參量,在此基礎(chǔ)上,建立了無(wú)限大有耗媒質(zhì)中的電偶極子與磁偶極子模型,仿真分析了電磁場(chǎng)在有耗媒質(zhì)中的傳播特性。(2)根據(jù)海水中水平電偶極子在空氣中產(chǎn)生的含有貝塞爾積分的各個(gè)分量電磁場(chǎng)積分表達(dá)式,利用海水中的電磁參量特點(diǎn)進(jìn)行了公式化簡(jiǎn)的工作,建立了其傳播特性數(shù)學(xué)模型,為后續(xù)實(shí)現(xiàn)跨介質(zhì)通信提供了理論依據(jù)。(3)針對(duì)海水-空氣兩層媒質(zhì)進(jìn)行了物理實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作,包括水密外殼設(shè)計(jì)、功率放大器設(shè)計(jì)、天線優(yōu)化設(shè)計(jì)與阻抗匹配方案設(shè)計(jì)等,在此基礎(chǔ)上,采用不同形式天線進(jìn)行了海水-空氣兩層媒質(zhì)電磁場(chǎng)傳播特性的測(cè)試工作,并與理論結(jié)果進(jìn)行了比較和分析,為實(shí)現(xiàn)有耗媒質(zhì)中的無(wú)線通信提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。(4)針對(duì)海水-空氣兩層媒質(zhì)信道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套無(wú)線通信系統(tǒng),包括調(diào)制、解調(diào)、信道編碼與譯碼、同步系統(tǒng)及模擬電路系統(tǒng)等,并進(jìn)行了外場(chǎng)無(wú)線通信測(cè)試工作,實(shí)現(xiàn)了跨介質(zhì)無(wú)線信息傳輸,達(dá)到了預(yù)期的效果,驗(yàn)證了利用電磁信號(hào)進(jìn)行跨介質(zhì)通信的可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN914
【部分圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文8按21/r變化的項(xiàng)被稱(chēng)為感應(yīng)場(chǎng)；按31/r變化的項(xiàng)被稱(chēng)為靜態(tài)場(chǎng)，感應(yīng)場(chǎng)與靜態(tài)場(chǎng)主要作用于近場(chǎng)區(qū)。三個(gè)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度均與發(fā)射電流成正比。利用MATLAB軟件對(duì)上式進(jìn)行仿真，在發(fā)射電流I等于1安培，偶極子間距為10米的情況下，從左到右分別得到rE、Eθ、H與角度θ及距離r的關(guān)系，如下圖2.3所示。圖2.3rE、Eθ、H與角度θ及距離r的關(guān)系可以看到在θ=90°時(shí)，Eθ和H具有最大值，θ=0°時(shí)rE具有最大值。當(dāng)θ=0°、θ=90°時(shí)rE、Eθ的幅值曲線如下所示，可以看到同一距離下Eθ大于rE。圖2.4當(dāng)θ=0°、θ=90°時(shí)rE、Eθ的幅值曲線電場(chǎng)強(qiáng)度Eθ與信號(hào)頻率的關(guān)系如圖2.5所示，其中電偶極子的間距為10m，電導(dǎo)率4S/m，電流1安培。三條曲線分別是在與電偶極子相距20m、30m、40m處電場(chǎng)強(qiáng)度Eθ隨頻率變化的場(chǎng)強(qiáng)值�？梢钥闯�，在其他參數(shù)不變的情況下，場(chǎng)強(qiáng)會(huì)隨著頻率的變化而變化。電場(chǎng)強(qiáng)度在某一頻率附近會(huì)有一個(gè)峰值點(diǎn)，且均小于2kHz，經(jīng)過(guò)峰值點(diǎn)后，隨

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文8按21/r變化的項(xiàng)被稱(chēng)為感應(yīng)場(chǎng)；按31/r變化的項(xiàng)被稱(chēng)為靜態(tài)場(chǎng)，感應(yīng)場(chǎng)與靜態(tài)場(chǎng)主要作用于近場(chǎng)區(qū)。三個(gè)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度均與發(fā)射電流成正比。利用MATLAB軟件對(duì)上式進(jìn)行仿真，在發(fā)射電流I等于1安培，偶極子間距為10米的情況下，從左到右分別得到rE、Eθ、H與角度θ及距離r的關(guān)系，如下圖2.3所示。圖2.3rE、Eθ、H與角度θ及距離r的關(guān)系可以看到在θ=90°時(shí)，Eθ和H具有最大值，θ=0°時(shí)rE具有最大值。當(dāng)θ=0°、θ=90°時(shí)rE、Eθ的幅值曲線如下所示，可以看到同一距離下Eθ大于rE。圖2.4當(dāng)θ=0°、θ=90°時(shí)rE、Eθ的幅值曲線電場(chǎng)強(qiáng)度Eθ與信號(hào)頻率的關(guān)系如圖2.5所示，其中電偶極子的間距為10m，電導(dǎo)率4S/m，電流1安培。三條曲線分別是在與電偶極子相距20m、30m、40m處電場(chǎng)強(qiáng)度Eθ隨頻率變化的場(chǎng)強(qiáng)值�？梢钥闯�，在其他參數(shù)不變的情況下，場(chǎng)強(qiáng)會(huì)隨著頻率的變化而變化。電場(chǎng)強(qiáng)度在某一頻率附近會(huì)有一個(gè)峰值點(diǎn)，且均小于2kHz，經(jīng)過(guò)峰值點(diǎn)后，隨

第2章電磁信號(hào)跨介質(zhì)傳播特性建模與仿真9著頻率的增大，場(chǎng)強(qiáng)會(huì)有很快的衰減。同時(shí)，隨著距離的增大，峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率逐漸降低，這對(duì)電磁信號(hào)從水中傳播到空氣中適宜的頻率范圍具有一定的參考意義。圖2.5三種距離下電場(chǎng)強(qiáng)度隨頻率的變化對(duì)于無(wú)限大有耗媒質(zhì)中的水平電偶極子，可以將其看作把圖2.2中的垂直電偶極子水平放置，如圖2.6所示。Idlxyz圖2.6水平電偶極子如果以上圖方式放置，即電偶極子與x軸方向平行且中心位于球坐標(biāo)系原點(diǎn)，則可獲得矢量磁位A[17]4sjtrIdlAerωγμπ=(2-13)用分量表示為=sincoscoscossinrrAAAAAAθθθθ=++++rθφAeeeeee(2-14)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2826789