【摘要】：極低頻電磁波在潛艇通信、海底探測(cè)、地質(zhì)勘探和地震電磁監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用,這促使人們對(duì)其傳播機(jī)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(wèn)題,需要更多的研究和關(guān)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(dǎo)等方面的應(yīng)用進(jìn)行了闡述及推導(dǎo)�，F(xiàn)將主要研究工作總結(jié)如下:1、首先基于Sommerfeld積分的一般式,通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)近似的方法對(duì)垂直電偶極子激勵(lì)下的電磁場(chǎng)分量進(jìn)行了估值,推導(dǎo)出極低頻電磁波在近區(qū)的解析近似表達(dá)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(jié)果。2、進(jìn)一步地,給出了垂直電偶極子激勵(lì)下的瞬態(tài)解近似表達(dá)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(jì)算。將此單位脈沖相應(yīng)的結(jié)果與雙指數(shù)源進(jìn)行卷積計(jì)算,得到了雙指數(shù)源激勵(lì)的瞬態(tài)解析表達(dá)式,用于模擬雷電信號(hào)產(chǎn)生的極低頻脈沖在空間中的時(shí)頻相應(yīng)特性。3、基于Sommerfeld積分的一般式,推導(dǎo)了水平電偶極子激勵(lì)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(jié)構(gòu)中,水平電偶極子激勵(lì)的極低頻電磁波有極為重要的應(yīng)用背景。通過(guò)將本文給出的解析近似解與已有結(jié)果的對(duì)比,論證了結(jié)果的正確性。4、進(jìn)一步給出了水平電偶極子激勵(lì)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(jié)果,通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比,可以看到將海底巖石層結(jié)果當(dāng)作各項(xiàng)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(jié)果比各向同性的情況更接近實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。5、對(duì)極低頻電磁波在近區(qū)傳播應(yīng)用舉例。研究了雷電信號(hào)激勵(lì)的極低頻電磁波在近區(qū)的傳播特性,并將雷電過(guò)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(shí)域響應(yīng)過(guò)程;還研究了極低頻電磁波在海底近場(chǎng)傳播時(shí)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(yīng)用提供一定的理論幫助。6、最后研究了混合路徑波導(dǎo)中極低頻近區(qū)電磁波的傳播計(jì)算方案。給出了陸-海過(guò)渡路徑波導(dǎo)中極低頻近區(qū)電磁波解析表達(dá)式和模轉(zhuǎn)換系數(shù),通過(guò)數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)混合多段路徑波導(dǎo)中極低頻近區(qū)的計(jì)算提供一定的參考。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN011
【圖文】：

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

使得這些設(shè)備和儀器對(duì)于檢測(cè)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(huì)影響這些精密設(shè)備和儀器的運(yùn)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(qiáng)瞬態(tài)電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(duì)電子設(shè)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(lái)越逡逑高的趨勢(shì)，有關(guān)防護(hù)問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外已引起了高度重視。為了保護(hù)電子設(shè)備和系統(tǒng)，提高人逡逑們的綜合防護(hù)能力，加大對(duì)雷電電磁脈沖輻射場(chǎng)的研究是非常有必要的。雷閃產(chǎn)生的脈沖逡逑場(chǎng)，其主頻都在低頻、極低頻范圍［１６］，而且，能夠產(chǎn)生這種強(qiáng)干擾的電磁脈沖激勵(lì)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(chǎng)的激勵(lì)傳播特性有著重要的現(xiàn)逡逑實(shí)思NB。逡逑實(shí)際監(jiān)測(cè)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(xiàng)分別表示直徶波，理想反射波和側(cè)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(lì)的電磁場(chǎng)中側(cè)面波的傳播路徑。側(cè)面波是指當(dāng)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(guò)逡逑有耗介質(zhì)層到達(dá)空氣層，然后沿著空氣層和有耗介質(zhì)層的分界面上進(jìn)行傳播，在傳播到接逡逑收天線上方的位置時(shí)，再往下穿透進(jìn)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(cè)面波傳播是沿著損耗較小的一側(cè)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(lái)表示，這些理論已經(jīng)被學(xué)術(shù)界廣泛接受，并被很多學(xué)者驗(yàn)逡逑證。圖１．３給出了直達(dá)波，理想反射波和側(cè)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(diǎn)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(lǐng)域上是不可缺少的部分

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