电偶极子电场的数值分析

应用电场及电势叠加原理求解电偶极子周围空间电场的解析解,并在此基础上验证电偶极子延长线以及中垂线上的电场强度与已有结论是否一致。基于Matlab软件对其进行数值分析,通过控制变量法比较不同r、θ情况下的电场分布。结果表明:电场强度E随着距离r的增大而减小,随着θ的变化存在一极小值。在电偶极子中垂线上的电场最弱,而延长线的电场最强。此法能较直观地帮助学习者理解和掌握电偶极子电场的相关知识点。

一种低剖面低RCS磁电偶极子天线阵列的设计

设计了一种低剖面宽带低RCS磁电偶极子阵列。从辐射散射联合特性的角度研究天线单元的谐振特性,构造出具有相同辐射性能、对交叉极化来波反射相位接近反相的两种不同单元。在主极化方向采用同一单元和SIW差分馈电构造宽带匹配的子阵,带内良好匹配实现对主极化波的低散射;再通过将子阵镜像布阵实现对于交叉极化来波的散射相消,从而有效缩减天线RCS。该天线工作频带为26.77~34.35 GHz(24.8%),峰值增益为17.7 dBi。与采用同一类型单元的参考阵列对比,所提磁电偶极子阵列在22.5~34.5 GHz范围实现了-10 dB交叉极化RCS缩减,并且辐射频带内没有明显的增益损失。

加载超表面的高性能磁电偶极子天线设计

针对天线隐身问题,提出了一种加载宽带极化转换超表面的磁电偶极子天线,在较宽频带内实现雷达散射面积(rader cross section,RCS)缩减并提高天线增益.设计的极化转换超表面单元在8.4~25.6 GHz宽频带范围内的极化转换率大于0.9,利用遗传算法对其排布进行优化后应用在磁电偶极子天线上.仿真结果表明,在8.9~10.5 GHz工作带宽内的峰值增益为10.7 dB,与参考天线相比提高了辐射性能.y极化和x极化入射波下单站RCS在5.9~29 GHz宽频带范围内均实现RCS缩减,最大缩减量分别达到25.5 dB和25.8 dB.

一种宽带双极化磁电偶极子相控阵设计

采用磁电偶极子天线作为阵列单元,设计了一种兼具双极化、高增益、大功率和宽带特性的相控扫描阵列。磁电偶极子天线为全金属结构,可以承受大功率;两对菱形电偶极子和弯折磁偶极子呈十字交叉排列,实现正交双线极化;电偶极子末端与金属腔壁上倒L形弯折片之间由于容性耦合形成等效LC电路,能够改善天线低频的阻抗匹配。加工制作了一只8×8相控阵天线样品,仿真和测试表明,阵列有源驻波小于2的阻抗带宽达到44.4%(2.1~3.3 GHz);在整个工作频段内阵列有良好的高增益定向辐射性能,以及大角度波束扫描性能,在重点工作频点2.3 GHz的法向增益最大值为23.4 dBi,45°扫描角下的阵列增益仅下降了1.9 dBi。

舰船交变电偶极子模型产生的交变磁场计算

在静态磁偶极子模型发展之后,交变磁偶极子和交变电偶极子模型也得到了发展。本文以舰艇典型磁场源包括腐蚀电流、防腐电流以及电流泄漏为基础,分析交变水平和垂直电偶极子模型在三层浅海模型中交变磁场传播规律。从结果可知,对于海水深度一定,磁场随着测线深度的增加而减小;对于一定深度的场点且测点不变,海水深度越浅,海床的影响越大。当海水深度大于源与场点深度的3倍以上时,海水深度对偶极子产生的磁场基本没有影响,离源点较远时磁场分布差别不大,而且磁场幅值随着频率的增加而减小。

三层媒质中电偶极子的仿真

偶极子模型是进行水下电磁场建模的主要手段,研究其在海水中产生的场具有重要的实际意义。针对这个问题,利用镜像法,在空气-海水-海底三层模型下,在电磁场唯一性原理的基础上,通过矢量磁位方法分别推导了垂直和水平电偶极子在海水中产生的极低频电磁波的解析表达式。通过该方法推导电磁波表达式的过程更加简单,且各个分量有明确的物理意义。仿真结果表明:水平电偶极子的电场和磁场的所有分量场强均大于垂直电偶极子的分量;水平电偶极子在海深方向具有方向性,而垂直电偶极子没有方向性。这些有益的结论为进一步利用垂直/水平电偶极子进行极低频电磁波研究提供参考。

海水中极低频水平电偶极子电磁场的解析解

将海水看作线性、均匀、各向同性的半无限大导体空间 ,利用汉克尔变换及开尔文函数的近似展开式 ,推导求得了极低频时谐水平电偶极子在海水中产生的电磁场的近似解析表达式。运用推导的解析表达式 ,可以计算海水中任意场点的电磁场值。

深海中极低频时谐垂直电偶极子电磁场的解析解

将海水看作线性、均匀、各向同性的半无限大导体空间 ,利用汉克尔变换及开尔文函数的近似展开式 ,推导求得了极低频时谐垂直电偶极子在深海中产生的电磁场的解析表达式 .运用文中推导的解析表达式 ,可以计算海水中任意场点的电磁场值 .

基于电偶极子的舰船腐蚀防腐相关静态磁场研究

借助镜像法推导了在空气—海水—海床3层模型中,位于海水中的静态电偶极子在海水区域中的静态电场和磁场分布的解析表达式。并以此为基础,结合实验室中的一次船模腐蚀防腐静态电场的测量结果,对舰船静态电场进行电偶极子建模。然后以此数学模型为基础,对船模的腐蚀和防腐相关静态磁场进行理论分析和计算,结合缩比模型理论,可以得到实际舰船无法直接测量的海水中的腐蚀和防腐相关静态磁场的分布特征。分析结果表明该部分静态磁场对消磁舰船而言,是值得重视的目标信号。

低RCS宽带磁电偶极子贴片天线设计

该文设计了一种低雷达散射截面（RCS）的宽带磁电偶极子贴片天线,其中印刷在介质板上的金属贴片为电偶极子,3个金属过孔连接辐射贴片与金属地板构成磁偶极子。整个天线采用＂T＂型渐变馈电结构同时激励电偶极子与磁偶极子,天线的频带范围为7.81~13.65 GHz,覆盖了整个X波段。实测和仿真结果表明,通过在磁电偶极子贴片天线底面采用开槽技术并优化开槽的形状、大小、位置等变量,在天线工作频带范围内实现了RCS的减缩,最大缩减量达到了17.9 d B,同时天线保持了增益稳定不变,E面、H面方向图一致的特性。

基于电偶极子近似的多边形回线源瞬变电磁响应

针对大回线源中心装置在回线内场非中心位置处场点响应表达式复杂,视电阻率计算困难,只能套用中心回线装置计算公式,导致解释精度下降问题,给出了圆回线的响应公式。提出对发射回线沿边框进行电偶极子源分解,通过对各个边框的偶极子源产生的响应进行叠加;讨论了圆回线与圆内接多边形发射回线的等效性问题;完成了大回线内任意点的场值计算,并对基于电偶极子近似的大回线内场的分布特征进行了分析,得出了大回线源内非中心点探测的可行性结论。研究成果具有理论价值和实际指导意义。

浅海中静态电偶极子电场分布的镜像法研究

利用镜像法,依据电磁场惟一性原理,在空气-海水-海床3层模型下,推导了位于海水中的任意方向静态电偶极子在海水区域中产生的标量电位及静态电场分布的解析表达式,并对其分布特征进行了数值计算和分析.在实验室中模拟海洋环境和电偶极子,对水下标量电位分布进行了测量.测量结果和理论计算结果一致,表明推导过程和所得解析表达式的正确性.

使用双矢量传感器定位深海中水平直流电偶极子源

船舶在海水中产生的电场是一种重要的目标特性,一般可用水平直流电偶极子的场进行模拟。基于空气-海水两层模型的假设条件,提出了一种海水中水平直流电偶极子源定位方法。该方法利用水平直流电偶极子的水下电场分布特征,通过在垂直海面方向布置两个三轴电场传感器测得相应位置的电场强度,就能反演估计出偶极子在水平面内相对于测量点的位置。仿真计算结果表明:该方法具有良好的定位效果,且易于工程实现,在水平距离ρ>65 m时,距离估计相对误差Δρ小于3%,方位估计绝对误差Δφ小于0.1°。

海水中时谐水平电偶极子的准近场定位

将海水看作无穷大的半空间,提出了基于准近场的时谐水平电偶极子的定位方法.在准近场条件下,只需在海水中布置两个双轴电场传感器测得相应位置的电场强度,运用所提出的反演定位方法和迭代算法,就能精确地确定偶极子在海水中的位置.给出了仿真计算,结果表明该反演定位方法具有极高的定位精度.

宽频带宽波束磁电偶极子天线设计

为了展宽天线的波束宽度，在磁电（ME）偶极子天线的基础上，该文设计出一种低交叉极化宽频带宽波束的新型磁电偶极子天线。通过将振子倾斜弯折，展宽了天线的波束宽度；结合6个寄生振子的对称加载，提高了辐射方向图的一致性。在？型馈电结构基础上，优化天线的振子间距和振子长度，实现了天线58.5%的相对带宽（S11？-10 dB），频带范围为2.3~4.2 GHz；对振子倾斜角度以及寄生振子的参数进行优化，在2.4~4.0 GHz的频带内实现了辐射方向图E面和H面同时达到120＆#176;以上的半功率波束宽度（HPBW）。测试与仿真有较好的一致性，证明了所设计天线不仅具有宽频带宽波束特性，同时在整个频带范围内方向图的一致性得到了极大地提高。

水平n层导电介质中时谐垂直电偶极子的电磁场

对于包含n层线性、均匀、各向同性的水平成层导电介质,本文应用汉克尔变换及其逆变换推导求得了位于顶层导电媒质中的时谐垂直电偶极子在该层产生的电磁场的表达通式.通过这些表达式能够很方便地求得包含任意多层导体半空间中的电磁场.文中最后计算了导电半体空间和二层导电介质中时谐垂直电偶极子产生的电磁场,验正了本文所得结果的正确性.

位于介质覆盖的导电基底中水平电偶极子的场

讨论了位于有介质层覆盖的非理想导电基底中的水平电偶极子激励起的电磁场 ,获得了方便于计算的解析表达式 。

分层媒质中极低频水平电偶极子在绝缘介质半空间中产生的电磁场

推导出分层导电媒质中顶层极低频时谐电偶极子在绝缘介质半空间中产生的电磁场分布的索末非积分表达式;以海床-海水-空气三层模型为例,水平交流电偶极子位于海水中,采用汉克尔变换及快速傅里叶变换,数值计算了空气半空间中的电磁场分布.结果表明极低频时谐电偶极子在空气中产生的电磁场有可测量的量级.

电偶极子场强分布的拓展性教学

电偶极子是电磁学中的重要模型之一.为让学生全面掌握电偶极子场强的空间分布和计算方法,在查阅大量文献的基础上,利用叠加原理、电势与场强的关系、等效法导出了电偶极子近区和远区场强的表达式.推导过程体现了数理方法的有机结合,有利于提升学生数理方法应用能力的培养.该推导过程与结果对电偶极子场强分布的拓展性教学具有一定的参考价值.

匀速转动电偶极子电磁场特性的可视化教学研究

本文对谐振电偶极子辐射场公式进行拓展,采用叠加原理,得出了匀速转动电偶极子的电磁场表达式。同时,基于Matlab数值计算软件,将抽象化的电磁场表达式通过动态形式展现出来,使得对于旋转电偶极子的电磁场传播特性能够得到更加直观的认知,为电偶极子辐射的研究和教学提供一种新方法。