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 .

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.

水平n层导电半空间中运动时谐垂直电偶极子的电磁场

对于n层线性、均匀、各向同性水平成层导电媒质半空间,根据时谐电磁场的麦克斯韦方程和电磁场相对性原理,利用多层介质边界条件,给出了匀速运动垂直时谐电偶极子的矢量磁位表达式以及有源层中偶极子产生的电磁场表达通式。利用所得到的表达通式,分别求解两层(空气-海水)模型和三层(空气-海水-海床)模型的电磁场,并与有关文献进行了比较分析,验证了所得表达式的正确性。

垂直电偶极子在有介质导电平面上激起的场

分析研究了垂直电偶极子在介质涂敷的理想导电平面上激起的电磁场 ,获得了场分量的解析表达式。分析表明 ,垂直电偶极子在介质涂敷的导电平面上激起的电磁场可分解为直达波、反射波、侧面波和吸附表面波。其中吸附表面波在沿介质表面传播的波数介于在空气层和介质层中传播波数 k0 与 k1之间 ,其幅度按ρ-1/ 2 规律衰减 ,在垂直于介质层方向则以指数规律衰减。文中导出的直达波、反射波、侧面波项则与文献 [1 ]中的结果完全一致。当介质层较厚时 ,由于表面波与侧面波相加的结果 ,总场将发生明显的干涉现象。

垂直电偶极子在涂敷介质导电平面上激起的场II

对垂直电偶极子 ( VED)在涂敷介质层的非理想导电基底上激起的电磁场进行了讨论 ,获得了便于计算的解析表达式 ,并进行了数值计算。

导体表面有耗介质层中垂直电偶极子激励的场

本文推导了有耗介质层内垂直电偶极子激励场的表达式，通过积分路径变换的方法，对表达式中的索末菲积分进行了数值计算。计算了激励场在介质层内外的分布曲线，并分析了介质损耗及厚度对场分布的影响。

垂直电偶极子在涂有介质层球形导电基底上的场

利用解析方法导出了垂直电偶极子在涂覆有介质层的球形导电基底上产生的电磁场的解析表达式。所得结果表明 ,当介质层达到一定的厚度时 ,与文献 [1]中的平面导电基底情况相类似 ,垂直电偶极子同样能够在球形介质层的表面激励起吸附表面波 (Trappedsurfacewave)。文中对具有特殊地貌情况下和有冰层的海面上的通信有新的指导意义。

球形天线罩对垂直电偶极子辐射特性的影响

给出由负折射媒质构成的球形天线罩包围的垂直电偶极子在空间辐射的电磁场解析表达式。讨论了偶极子的位置与球形天线罩材料的电磁特性对辐射场的影响。理论分析和计算结果表明:当偶极子位于球心时,辐射的电磁场和文献[8]的结果吻合很好;随着场点与球心距离的增加,偶极子的放置位置对辐射场影响变小;相对于普通介质和自由空间,负折射媒质构成的球形天线罩增强了垂直偶极子的空间辐射特性。

垂直电偶极子在覆盖有等离子体的良导体上产生的电磁场的研究

研究了垂直电偶极子在覆盖有等离子体的良导体上产生的电磁场.总电磁场包括了直射波、理想反射波、侧面波和缺陷表面波.因为等离子体的折射系数是随频率变化的复杂函数,所以用于计算缺陷表面波的极点函数的解也是频率的函数.研究了频率对极点方程及其解的影响,并分别计算了直射波、理想反射波和侧面波之和、总场强、以及缺陷表面波的值.金属导体的表面在很宽的频率范围内可以等效为等离子体,本文的研究结果可以用来分析集成微带线电路或者微带天线表面的电磁场分布规律.

垂直电偶极子在负折射媒质涂覆基底上产生的场

研究了垂直电偶极子在负折射媒质涂覆的理想导电基底上产生的电磁场,获得了场分量的解析表达式。分析和计算结果表明,电偶极子激发的电磁场可分解为直达波、反射波、侧面波和表面波。其中表面波在负折射媒质表面传播的波数介于空气层和介质层中传播波数之间,其幅度在距离向按波的几何扩散规律衰减,在垂直于介质层方向则以正弦或余弦规律变化。由于存在三种传播波数的波,它们共同作用形成的总场将发生复杂的干涉现象。

双指数源激励下垂直电偶极子产生的极低频近场

针对雷电过程在地面产生的近区极低频电磁脉冲,推导出了双指数模型激励下垂直电偶极子产生的极低频电磁场的瞬态近似表达式.该方案基于Sommerfeld积分在准静态近似下求解,从频域出发,利用单位脉冲响应的近似结果与双指数模型激励源卷积计算的方法,通过傅里叶逆变换,得到了双指数源激励下的瞬态解析表达式,其可用于模拟雷电信号产生的极低频电磁脉冲在空间传播的时频响应特性.本文模型为雷电过程中近区产生的电磁干扰等问题的研究提供了一种简单且有效的估算方法.

SLF/ELF垂直电偶极子在理想导电地-电离层中的场

在理想导电地面与电离层条件下,我们导出了SLF/ELF垂直电偶极子在球形地-电离层壳体中产生的电磁场的球谐级数表达式,并提出了一种加速收敛算法。利用此算法分别算出了电场分量随传播距离、高度及工作频率的变化,所得计算结果与Barrick方法所得结果基本吻合。由于地面和电离层没有吸收损耗,地面与电离层之间产生的场是"驻波",在ELF频段,其频率变化规律能正确反映出"舒曼"谐振现象。

垂直电偶极子在球外侧电磁场的闭合解及验证

给出了理想导体球外侧垂直电偶极子激励电场的闭合解,解决了直接场的级数表达式的不连续性问题.同球外电磁场直接级数求和表达式的计算结果进行了比较.在相同的电磁模型下,利用闭合解对一种近似方法进行了验证:当垂直电偶极子以及场点在球体表面附近并且频率较低时,这两种方法的计算结果非常一致;当垂直电偶极子以及场点不在球体表面附近并且频率较高时,闭合解的计算结果逐渐出现了近似方法未出现的干涉现象.

垂直电偶极子在3层媒质中激发的电磁场

将地震前兆电磁源看成谐变垂直电偶极子，把地面以下视为２层分别均匀各向同性的有耗散线性媒质，采用对赫兹势作柱面波展开的方法求解麦克斯韦方程组，从而得出地下垂直电耦极子在各层媒质中激发的电磁场的积分形式解．

浅海条件下垂直时谐电偶极子在空气中的磁场

为分析船舶轴频磁场在空气中的传播特性,把船舶的轴频电流等效为垂直时谐电偶极子,对3层介质中垂直时谐电偶极子在空气层产生的磁场进行求解。借助麦克斯韦方程组和电磁场边界条件建立了垂直时谐电偶极子在空气中矢量磁位的模型,由矢量磁位推导了磁场三分量的表达式,并利用快速汉克尔变换对包含贝塞尔函数积分的磁场进行数值计算。最后,通过碳棒电极在海水水池中的实验,验证了本文的实用性和有效性。

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。

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。

水平层状介质条件下的井地电磁场响应计算

本文以垂直电偶极子矢量磁位的Sommerfeld积分表达式为基础,导出各含源层垂直分段电流源的电磁场沿导线方向的积分计算公式,进而得到各垂直分段电流源的电磁场。对各分段电流源的地面电磁响应进行叠加即可得到其井地电磁响应,从而将一维井地电磁正演问题简化为计算层状介质中垂直有限长电流源的地面电磁场问题。文中给出的算例验证了结果的可靠性,并与常规有限长电流源离散成多个小电偶极子源的近似方法计算时间及计算精度进行了对比,结果验证了算法的可靠性和高效性。

井海电磁法一维正演模拟

井海电磁法是将垂直双极线源置放在海底油气井中,供以交流电,在海底或海面接收电磁场响应以监测海底油气藏在开发过程中的变化,此法是一项以较低的成本监测海底油气藏开发的技术。井海电磁在国际上已经逐渐受到海洋油气开发研究的关注。根据垂直电偶极子在海洋一维层状介质中电磁场响应公式,将有限长线源离散成有限个垂直电偶极子,通过叠加原理,模拟整个有限长线源在任意观测点的电磁响应。为此设计了深海、浅海和已知储层下方含有未知储层等模型,得到了将垂直双极源分别放置于深海和浅海海底油气井中一维模型的正演计算结果,结果表明,井海电磁独特的激发模式不仅适合深海油气开发,在浅海受到空气波干扰也较小,对于中国海洋油气的开发具有实际意义。

远场地震电磁辐射强度与孕震震级关系

基于垂直电偶极子激发源模型,首先研究了远场地震电磁场辐射场及其分布特征,其次分析了远场地震电磁辐射强度与孕震震级之间的关系。结果表明垂直电偶极子激发源可以解释孕震区激发电磁辐射现象,是激发地震电磁辐射最有可能的激发源之一;远场地震电磁辐射强度的对数与地震震级呈线性关系,直线的斜率与孕震区裂隙特性分布及其电磁特性有关。研究结果对进一步认识地震电磁辐射现象和拓宽地震监测预报思路均有积极意义。