21世紀以來通信技術(shù)的高速發(fā)展不斷滿足著人們?nèi)找嬖鲩L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(zhì)的跨介質(zhì)通信技術(shù),用于礦井應(yīng)急通信、水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(zhì)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(zhì)中電磁參量,偶極子天線等進行研究,設(shè)計一套用于測量電磁參數(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)計了一套跨介質(zhì)通信系統(tǒng)。本文主要研究內(nèi)容有以下幾個方面。(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(xué)模型,為后續(xù)實現(xiàn)跨介質(zhì)通信提供了理論依據(jù)。(3)針對海水-空氣兩層媒質(zhì)進行了物理實驗測試系統(tǒng)的設(shè)計工作,包括水密外殼設(shè)計、功率放大器設(shè)計、天線優(yōu)化設(shè)計與阻抗匹配方案設(shè)計等,在此基礎(chǔ)上,采用不同形式天線進行了海水-空氣兩層媒質(zhì)電磁場傳播特性的測試工作,并與理論結(jié)果進行了比較和分析,為實現(xiàn)有耗媒質(zhì)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(zhì)信道設(shè)計實現(xiàn)了一套無線通信系統(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,并進行了外場無線通信測試工作,實現(xiàn)了跨介質(zhì)無線信息傳輸,達到了預(yù)期的效果,驗證了利用電磁信號進行跨介質(zhì)通信的可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN914
【部分圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文8按21/r變化的項被稱為感應(yīng)場；按31/r變化的項被稱為靜態(tài)場，感應(yīng)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(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，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(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處電場強度Eθ隨頻率變化的場強值�？梢钥闯觯谄渌麉�(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(xué)碩士學(xué)位論文8按21/r變化的項被稱為感應(yīng)場；按31/r變化的項被稱為靜態(tài)場，感應(yīng)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(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，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(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處電場強度Eθ隨頻率變化的場強值。可以看出，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(zhì)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(yīng)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(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)

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本文編號：2826789