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极低频在地—电离层波导中传播的新的理论计算方法

作　者: 王元新
导　师: 潘威炎；张红旗
学　校: 中国电波传播研究所
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: ELF传播舒曼谐振地—电离层波导地震电磁辐射地质探测球谐级数
分类号: P352.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 143次
引　用: 2次
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内容摘要

为了深入研究浅层地震、地质地层探测及其对潜通信与导航技术,需要进一步了解SLF/ELF频段的电波传播特性。由于ELF频段的电波波长与地球周长可比拟,此时,地面与电离层之间的传播空间已不能看作一个“波导”,而只能看作一个“壳体”,现有的VLF/SLF波导传播理论已不能用于ELF频段。为了解决这一难题,Barrick于1999年提出将波导中的场展开成球谐级数,利用一种加速收敛算法,直接计算波导中的电磁场。Barrick仅导出了垂直电偶极子在理想导电条件下的计算公式,本文在Barrick方法的基础上,对此Barrick算法进行了拓广,推导了垂直电偶极子和水平电偶极子在非理想导电条件下的计算公式。此算法是在场分量的原始的严格的球谐级数表达式中分别减去和加上理想导电条件下的渐近表达式。此渐近表达式可以用解析方法求出其和式,而球谐级数项与其渐近表达式之差将远比其本身收敛得更快。从而大大提高了原来球谐级数解的收敛速度,比直接逐项计算球谐级数容易获得较高的计算精度及较高的计算效率。在ELF频段,壳体中的电磁场是驻波,其频率变化规律能正确反映出“舒曼”谐振现象。为了让本文中提出的算法得到工程化应用,使更多的工程技术人员能直接计算SLF/ELF波在地—电离层波导中产生的场,我们把本文的算法编制成了一个工程化应用软件,并在地震电磁辐射研究中得到应用。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-10
  1.1 极低频波在地-电离层波导中传播的研究背景和意义  6-7
  1.2 极低频波在地-电离层波导中传播的场强计算方法  7-8
  1.3 主要研究工作和内容安排  8-10
第二章极低频波在地-电离层波导中的传播与舒曼谐振  10-23
  2.1 引言  10-11
  2.2 球面二阶近似  11-20
    2.2.1 球面二阶近似的波型结构  11-14
    2.2.2 ELF 垂直电偶极子在地-电离层波导中的场  14-16
    2.2.3 ELF 水平电偶极子在地-电离层波导中的场  16-20
  2.3 舒曼谐振  20-22
  2.4 结论  22-23
第三章 SLF/ELF 垂直电偶极子在地-电离层波导中产生场的球谐级数解  23-48
  3.1 引言  23-24
  3.2 地-电离层波导中场的球谐级数展开式  24-27
  3.3 场分量的加速收敛算法  27-34
    3.3.1 电场分量E r 的加速收敛算法  27-31
    3.3.2 电场分量Eθ的加速收敛算法  31-34
  3.4 P_n (v) 、P_n~1(v) 、j_n(v) 和H_n(v) 的算法  34-36
  3.5 计算结果及讨论  36-47
  3.6 结论  47-48
第四章 SLF/ELF 水平电偶极子在地-电离层波导中产生场的球谐级数解  48-78
  4.1 引言  48-49
  4.2 地-电离层波导中场的球谐级数展开式  49-52
  4.3 场分量的加速收敛算法  52-62
    4.3.1 磁场分量H_r 的加速收敛算法  52-56
    4.3.2 电场分量E_φ 的加速收敛算法  56-59
    4.3.3 电场分量E_θ的加速收敛算法  59-62
  4.4 P_n(v)、 P_n~1(v)、j_n(v)和H_n(v)的算法  62-63
  4.5 计算结果及讨论  63-77
  4.6 结论  77-78
第五章极低频波在地—电离层波导中产生场的通用工程化计算软件  78-84
  5.1 引言  78
  5.2 软件程序设计  78-82
  5.3 软件使用方法及运行环境  82-83
  5.4 结论  83-84
结束语  84-85
参考文献  85-89
致谢  89-90
攻读硕士学位期间发表的论文  90

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