利用波长变换理论的ELF天线设计及仿真

利用波长变换理论的ELF天线设计及仿真 摘要:为了克服超长波天线建设困难、发射效率低下这一大难点,根据电磁波在不同介质中的波长变换原理,提出了在变介质中构建超长波发射天线的方法,使得超长波在介质中的电

利用波长变换理论的ELF天线设计及仿真 摘要:为了克服超长波天线建设困难、发射效率低下这一大难点,根据电磁波 在不同介质中的波长变换原理,提出了在变介质中构建超长波发射天线的方法,使得 超长波在介质中的电长度大大缩短,从而大幅度降低发射天线的设计难度,使天线高 效辐射极低频信号成为可能。通过理论分析,得出了该设计的正确性,并根据功能性 仿真试验,验证了变介质超长波发射天线的辐射性能。关键词:极低频;天线;变介 质;发射 超长波通信是各国争相研究的重要通信手段之一,主要应用于远距离的可靠通 信(这时数据率低不是主要,而可靠性是主要问题),还应用于远距离甚至全球的无线 电导航、标准频率和时间信号的广播、低电离层研究、雷暴定位以及对水下潜艇的 通信等。特别是海军对水下潜艇的通信,由于海水对电波的强大吸收作用,采用超长 波通信几乎成为唯一的手段。ELF波段(30Hz~300Hz)无线电波主要有以下几个优 点[1-2]:(1)对地下岩层和海水的穿透能力强;(2)传播衰减小,作用距离远,甚至达 到全球;(3)传播相位稳定,且有良好的可预测性; (4)受电离层扰动的影响小,传播情况稳定。同时,超长波通信具有隐蔽性好、 信道稳定可靠、抗截获抗干扰能力强、抗毁和抗核爆能力强等突出优点,因此可望 成为战争中最后的通信手段。但超长波通信也存在一些明显的缺点:带宽窄、传输 速率极低,只能达到每秒几个比特,仅仅能传输一些最基本的信息,很难满足信息化 战争指挥控制的需要;该波段的天电干扰和工业干扰都十分严重,接收端的信噪比极 低;需要庞大的发射天线,设备非常昂贵,且天线效率低下,信号衰减大。为了解决超 长波通信系统传输速率低和弱信号接收困难这些固有的难点,主要从两个方面入 手:(1)精心设计和架设天线,通过合理的天线架设,提高天线的发射效率;(2)研究设 计新型的适合超长波通信特点的调制编码制度,目的是在低信噪比条件下大幅度提 高传输效率。本文主要研究了设计和架设天线的新思路,并且通过试验验证得到了 可喜的结果。1超长波天线设计现状在无线电通信领域中,要构成有效的发射系统, 就应该使发信系统的天线长度接近所发信号的波长。否则,发射天线就不能形成有