21世紀以來通信技術的高速發(fā)展不斷滿足著人們日益增長的各種各樣的需求,手機,對講機等常用通信方式以電磁波為載體,在空氣中進行無線通信。隨著工業(yè)的發(fā)展與生產(chǎn)資源的緊缺,近年來人們開始研究能夠穿透巖層、冰層、海水等媒質的跨介質通信技術,用于礦井應急通信、水下無線傳感器網(wǎng)絡通信、水面遙控水下無人艇、潛艇通信等方面。為了有效實現(xiàn)跨介質通信,對其進行深入研究具有十分重要的意義。本文將從基本理論著手,首先對有耗媒質中電磁參量,偶極子天線等進行研究,設計一套用于測量電磁參數(shù)的硬件系統(tǒng),在此基礎上,基于2DPSK調制解調方式設計了一套跨介質通信系統(tǒng)。本文主要研究內容有以下幾個方面。(1)首先介紹了有耗媒質中的幾種基本電磁參量,在此基礎上,建立了無限大有耗媒質中的電偶極子與磁偶極子模型,仿真分析了電磁場在有耗媒質中的傳播特性。(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分量電磁場積分表達式,利用海水中的電磁參量特點進行了公式化簡的工作,建立了其傳播特性數(shù)學模型,為后續(xù)實現(xiàn)跨介質通信提供了理論依據(jù)。(3)針對海水-空氣兩層媒質進行了物理實驗測試系統(tǒng)的設計工作,包括水密外殼設計、功率放大器設計、天線優(yōu)化設計與阻抗匹配方案設計等,在此基礎上,采用不同形式天線進行了海水-空氣兩層媒質電磁場傳播特性的測試工作,并與理論結果進行了比較和分析,為實現(xiàn)有耗媒質中的無線通信提供了理論和實驗依據(jù)。(4)針對海水-空氣兩層媒質信道設計實現(xiàn)了一套無線通信系統(tǒng),包括調制、解調、信道編碼與譯碼、同步系統(tǒng)及模擬電路系統(tǒng)等,并進行了外場無線通信測試工作,實現(xiàn)了跨介質無線信息傳輸,達到了預期的效果,驗證了利用電磁信號進行跨介質通信的可行性。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN914
【部分圖文】：

哈爾濱工程大學碩士學位論文8按21/r變化的項被稱為感應場；按31/r變化的項被稱為靜態(tài)場，感應場與靜態(tài)場主要作用于近場區(qū)。三個場強強度均與發(fā)射電流成正比。利用MATLAB軟件對上式進行仿真，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的關系，如下圖2.3所示。圖2.3rE、Eθ、H與角度θ及距離r的關系可以看到在θ=90°時，Eθ和H具有最大值，θ=0°時rE具有最大值。當θ=0°、θ=90°時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θ=0°、θ=90°時rE、Eθ的幅值曲線電場強度Eθ與信號頻率的關系如圖2.5所示，其中電偶極子的間距為10m，電導率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處電場強度Eθ隨頻率變化的場強值�？梢钥闯�，在其他參數(shù)不變的情況下，場強會隨著頻率的變化而變化。電場強度在某一頻率附近會有一個峰值點，且均小于2kHz，經(jīng)過峰值點后，隨

哈爾濱工程大學碩士學位論文8按21/r變化的項被稱為感應場；按31/r變化的項被稱為靜態(tài)場，感應場與靜態(tài)場主要作用于近場區(qū)。三個場強強度均與發(fā)射電流成正比。利用MATLAB軟件對上式進行仿真，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的關系，如下圖2.3所示。圖2.3rE、Eθ、H與角度θ及距離r的關系可以看到在θ=90°時，Eθ和H具有最大值，θ=0°時rE具有最大值。當θ=0°、θ=90°時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θ=0°、θ=90°時rE、Eθ的幅值曲線電場強度Eθ與信號頻率的關系如圖2.5所示，其中電偶極子的間距為10m，電導率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處電場強度Eθ隨頻率變化的場強值�？梢钥闯�，在其他參數(shù)不變的情況下，場強會隨著頻率的變化而變化。電場強度在某一頻率附近會有一個峰值點，且均小于2kHz，經(jīng)過峰值點后，隨

第2章電磁信號跨介質傳播特性建模與仿真9著頻率的增大，場強會有很快的衰減。同時，隨著距離的增大，峰值點對應的頻率逐漸降低，這對電磁信號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強度隨頻率的變化對于無限大有耗媒質中的水平電偶極子，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系原點，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】

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本文編號：2826789