低頻、甚低頻電磁波過渡區(qū)傳播理論研究.pdf

1、低頻(LF:30-300kHz)電磁波在地面（或海面）-空氣組成的兩層介質(zhì)中傳播以及甚低頻(VLF:3-30kHz)電磁波在“地-電離層波導(dǎo)”模型中傳播問題均可看作電磁波在分層介質(zhì)中的傳播問題。當(dāng)觀察點(diǎn)與源點(diǎn)距離較小時(shí)，可忽略地球曲率的影響，采用平面半空間地波傳播模型或平面波導(dǎo)模型來求解；隨著傳播距離增大，需要考慮地球曲率的影響，當(dāng)滿足球面模型適用條件時(shí)，可采用球面分層介質(zhì)的傳播模型進(jìn)行求解。然而，在現(xiàn)有的地波傳播與“地-電離層波導(dǎo)”傳

2、播理論尚無法解決過渡區(qū)內(nèi)電磁場的理論計(jì)算，當(dāng)觀察點(diǎn)與源點(diǎn)的距離既不滿足平面模型的距離條件，也不滿足球面模型的條件時(shí)，現(xiàn)有的低頻、甚低頻電磁波的理論均不適用。對(duì)LF/VLF頻段而言，過渡區(qū)范圍很大，如何解決過渡區(qū)內(nèi)的波傳播問題有著十分重要的意義。
　　為此，本文將針對(duì)LF地波傳播及“地-電離層波導(dǎo)”中VLF波傳播問題提出了一種新的解析計(jì)算公式，使得過渡區(qū)中的傳播計(jì)算問題得到了較好的解決。本文主要工作簡述如下:
　　1、精確定義

3、了三種傳播模型，及過渡區(qū)的截止傳播距離。通過對(duì)經(jīng)典低頻、甚低頻電磁波理論的重新審視，推導(dǎo)出過渡區(qū)的中心距離ρCn，并以此確定了過渡區(qū)的上、下距離截止范圍ρ1nρ2n。
　　2、分別提出了適用于低頻電波的地波傳播和適用于甚低頻電波的地-電離層波導(dǎo)傳播的分段解析模型，其中，對(duì)于過渡區(qū)的理論計(jì)算進(jìn)行了明確定義與理論論證。
　　3、將本文所提出的理論計(jì)算模型的數(shù)值結(jié)果與King等人在地波傳播過渡內(nèi)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，數(shù)值結(jié)果基本一致

4、。同時(shí)，所給出甚低頻過渡區(qū)計(jì)算模型在取低階傳播模式時(shí)可退化為地波傳播的過渡區(qū)模型。數(shù)值結(jié)果表明，該計(jì)算模型具有較高的數(shù)值穩(wěn)定性和收斂性。
　　綜上所述，本文在現(xiàn)有對(duì)低頻、甚低頻電磁波傳播問題的理論基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出并準(zhǔn)確區(qū)分了過渡區(qū)的概念，引入模式加權(quán)的方法，提出了一種工程計(jì)算中適用于低頻、甚低頻電波在過渡區(qū)傳播模型的解析表達(dá)式。通過與現(xiàn)有結(jié)果的對(duì)比，在與現(xiàn)有理論模型的求解區(qū)域數(shù)值結(jié)果吻合，并解決了現(xiàn)有理論中部分區(qū)域無法理論計(jì)算的