vlf电磁波在地-电离层波导中的传输特性研究

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1、硕士学位论文VLF电磁波在地-电离层波导中的传输特性研究RESEARCHONVLFELECTROMAGNETICWAVETRANSMISSIONCHARACTERISTICSINTHEEARTHIONOSPHEREWAVEGUIDE刘世为哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：P352.3学校代码：10213国际图书分类号：55密级：公开工程硕士学位论文VLF电磁波在地-电离层波导中的传输特性研究硕士研究生：刘世为导师：于海雁副教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工

2、业大学ClassifiedIndex:P352.3U.D.C:55DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONVLFELECTROMAGNETICWAVETRANSMISSIONCHARACTERISTICSINTHEEARTHIONOSPHEREWAVEGUIDECandidate：LiuShiweiSupervisor：Associate-Prof.YuHaiyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Elec

3、tronicandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofInformationandElectricalEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要甚低频（VLF）电磁波是地球-电离层波导中传播的电磁波，其传播衰减小，穿透性强，在远距离通信、全球雷电分布和空间天气事件监测等方面被广泛应用。VLF电磁波受电离层参数变化的影响，传播

4、特性呈现出日变化、季节变化等变化。为了系统研究VLF电磁波在波导中的传播特性随电离层参数的变化，以及电磁波在电离层各向异性介质中的传播属性，论文建立了VLF在波导中基于FDTD（FiniteDifferenceTimeDomainMethod）的传播模型，并进行了一系列仿真分析。首先建立VLF电磁波在地-电离层波导中的传输模型，引入电离层电导率模型，推导了VLF电磁波在各向异性介质中的电流密度方程和麦克斯韦方程的迭代式。论文针对H-J法和E-J法进行了仿真比对，仿真结果表明H-J法简单，但仿真时间长；E-J法复杂，占内存多，但仿真时间短，更适用于

5、实际仿真应用。其次，论文针对冬季/夏季，白天/夜间等不同类型电导率模型分析了VLF电磁波的日变化和季节变化以及频率特性。仿真结果表明白天时，冬季电场强度略低于夏季电场强度，曲线相比于夏季更为平缓；夜间夏季和冬季的电离层参数相同。白天电场强度明显低于夜间，说明电离层参数对电磁波的传输特性产生明显影响，这与D层电离层在夜间消失相一致。在不同的距离，直达波与波跳干涉效应引起的信号衰减不同，电离层高度的变化引起场强度曲线极小值（波节点）和极大值（波腹点）距源点的距离发生了明显变化。不同频率的电磁波干涉效应不同，5kHz电磁波随距离传播过程中干涉效应不明显

6、，强度随距离变化曲线较为平缓。晨昏线位置对场强影响较大。另外，论文针对VLF电磁波极化特性、强度特性等参数特性随高度的变化进行了分析。仿真结果表明，在80-110km高度上，垂直和水平电场强度随高度出现快速衰减，随后小幅减小。曲线中两个峰值间距离大约等于信号波长。随着高度增加，电场的极化平面出现旋转，和电磁波在磁化各向异性介质中的传输特性相吻合。在不同高度的极化平面上，极化椭圆的轴比随高度逐渐增大，信号由线极化波变为椭圆极化波，进入D层后轴比减小，说明电离层各向异性引起电磁波极化特性改变，这与传播过程中水平Φ方向电场的产生相一致。关键词：VLF电

7、磁波；电离层；FDTD；传输特性；频率特性；极化特性-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractVerylowfrequency(VLF)electromagneticwavescanpropagationintheearthionospherewaveguide,propagatingattenuationsmall,penetratingstrong,widelyusedinlongdistancecommunication,globallightningdistributionandspaceweathereventsmonitor

8、ing.VLFelectromagneticwaveaffectedbyionosphericparameterandthepropag