VLF電磁波在地-電離層波導(dǎo)中的傳輸特性研究.pdf

1、甚低頻（VLF）電磁波是地球-電離層波導(dǎo)中傳播的電磁波，其傳播衰減小，穿透性強(qiáng)，在遠(yuǎn)距離通信、全球雷電分布和空間天氣事件監(jiān)測(cè)等方面被廣泛應(yīng)用。VLF電磁波受電離層參數(shù)變化的影響，傳播特性呈現(xiàn)出日變化、季節(jié)變化等變化。為了系統(tǒng)研究 VLF電磁波在波導(dǎo)中的傳播特性隨電離層參數(shù)的變化，以及電磁波在電離層各向異性介質(zhì)中的傳播屬性，論文建立了VLF在波導(dǎo)中基于FDTD（Finite Difference Time Domain Method）的傳

2、播模型，并進(jìn)行了一系列仿真分析。
　　首先建立VLF電磁波在地-電離層波導(dǎo)中的傳輸模型，引入電離層電導(dǎo)率模型，推導(dǎo)了VLF電磁波在各向異性介質(zhì)中的電流密度方程和麥克斯韋方程的迭代式。論文針對(duì)H-J法和E-J法進(jìn)行了仿真比對(duì)，仿真結(jié)果表明H-J法簡(jiǎn)單，但仿真時(shí)間長(zhǎng)；E-J法復(fù)雜，占內(nèi)存多，但仿真時(shí)間短，更適用于實(shí)際仿真應(yīng)用。
　　其次，論文針對(duì)冬季/夏季，白天/夜間等不同類型電導(dǎo)率模型分析了VLF電磁波的日變化和季節(jié)變化以及頻

3、率特性。仿真結(jié)果表明白天時(shí)，冬季電場(chǎng)強(qiáng)度略低于夏季電場(chǎng)強(qiáng)度，曲線相比于夏季更為平緩；夜間夏季和冬季的電離層參數(shù)相同。白天電場(chǎng)強(qiáng)度明顯低于夜間，說明電離層參數(shù)對(duì)電磁波的傳輸特性產(chǎn)生明顯影響，這與D層電離層在夜間消失相一致。在不同的距離，直達(dá)波與波跳干涉效應(yīng)引起的信號(hào)衰減不同，電離層高度的變化引起場(chǎng)強(qiáng)度曲線極小值（波節(jié)點(diǎn)）和極大值（波腹點(diǎn)）距源點(diǎn)的距離發(fā)生了明顯變化。不同頻率的電磁波干涉效應(yīng)不同，5kHz電磁波隨距離傳播過程中干涉效應(yīng)不明顯

4、，強(qiáng)度隨距離變化曲線較為平緩。晨昏線位置對(duì)場(chǎng)強(qiáng)影響較大。
　　另外，論文針對(duì)VLF電磁波極化特性、強(qiáng)度特性等參數(shù)特性隨高度的變化進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明，在80-110km高度上，垂直和水平電場(chǎng)強(qiáng)度隨高度出現(xiàn)快速衰減，隨后小幅減小。曲線中兩個(gè)峰值間距離大約等于信號(hào)波長(zhǎng)。隨著高度增加，電場(chǎng)的極化平面出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，和電磁波在磁化各向異性介質(zhì)中的傳輸特性相吻合。在不同高度的極化平面上，極化橢圓的軸比隨高度逐漸增大，信號(hào)由線極化波變?yōu)闄E圓極化