甚低频水平低架发射天线技术研究
Research on Low-construct Horizontal Antennas of Very Low Frequency
甚低频电磁波的波长处于10km～100km之间，其最大特点是穿透大地或者海水深度大，传播稳定，衰减较小，因此主要应用于磁层物理研究、对潜通信、和导航授时等领域。为充分发挥潜艇在大洋中的最大优势：隐蔽性好，不易被发现。甚低频无线电系统是世界各国海军对潜航状态下潜艇指挥通信的主要方式。发射天线是甚低频无线电系统最重要的组成部分。由于工作频率低，为获得可接受的电气性能，甚低频发射天线一般采用垂直单极子天线形式，由数百米高的铁塔或山体支撑，规模庞大，占地面积广。这种甚低频天线工程浩大、维修性差，而且带宽较窄、通信能力低，系统抗干扰能力弱。水平低架天线是另一类常用的低频天线形式，因其效率低下，一般用于接收系统。采用多副水平低架天线密距组阵以及在天线上进行电容加载是提高天线辐射效率的有效途径。本文首先基于混合位积分方程和离散复镜像技术，建立了分层大地上方任意走向水平低架天线的矩量法求解模型，可用于分析单根或多根、加载或不加载的水平低架天线的电磁特性。通过与国外研究者的试验数据对比，证明了本文所建立的算法的有效性。对于电容加载问题，通过建立偏心圆线天线模型近似计算分析，推导出位于水平地面上方线天线的传播常数，再根据传输线理论，获得了电容加载水平低架天线的传播常数。从理论上证明了通过加载适当的电容，可以在天线上激励起快波。基于矩量法求解模型，分析了天线各项参数对电气性能的影响，研究了水平低架天线的效率优化问题。在单根天线研究的基础之上，提出了一种可用于实际甚低频无线电发射系统的水平低架天线阵的方案，该天线阵采用密距组阵形式，辐射效率超过10％。本文详细分析了该方案的电气性能，并研究了实际工程中必须解决的天线大功率馈电技术。
- 作者：
- 章志广
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 舰船通信天线技术
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 罗建新；陈海涛
- 中图分类号：
- TN827.1
- 关键词：
- 甚低频；水平低架天线；矩量法；电容加载
- VLF；low-construct horizontal antenna；MoM；capacitance loading