[发明专利]一种基于Romberg获取水下双电偶极子阵列跨界面辐射场的方法

说明书

本发明公开了一种基于Romberg获取水下双电偶极子阵列跨界面辐射场的方法，首先以单个水下电偶极子天线的辐射模型为基础，基于Romberg求积公式导出海面上方1000m处沿单轴测量线的磁场分量，并与FDTD计算得到的结果进行比较，验证计算的正确性，同时在单个天线的公式的基础上进行坐标平移和坐标变换，得到水下双电偶极子辐射的电磁场分量的计算公式，最后通过控制电偶极子阵元之间的距离，得到水下双电偶极子在空间多个位置的电磁场分量的分布与变化规律。与现有的水下电偶极子计算方法相比，本发明使用Romberg求积公式，运算更加简便，并且探究了阵元距离对电磁场分布的影响运算效率更高，思路新颖，具有创新性，对于水下电偶极子天线阵列的应用方面具有重要意义。

技术领域

本发明属于电磁场技术领域，具体涉及一种视获取水下双电偶极子阵列跨界面辐射场的方法。

背景技术

研究分层介质中的电磁波问题一直是科学界一个非常重要的课题，而海洋—空气分层介质是大自然中的非常普遍的一种分层介质，研究海水中电偶极子天线在空间辐射的电磁场的规律是非常有必要的，尤其是在海洋环境监测、水下通信、海洋安全勘探等方面，有十分广泛的应用。

在计算水下电偶极子天线在空间产生的电磁场的具体大小以及分析空间中电磁场的分布规律时，常用FDTD方法、索末菲积分法等方法。这些方法在计算模拟单个电偶极子在空间产生的电磁场时，都有很好的效果。然而对于由两个水下电偶极子组成的天线阵列产生的电磁场在空间的分布规律，目前的研究还较少。为了可以进一步研究水下复杂天线在空间中的电磁波辐射规律，有必要设计一种能够计算水下双电偶极子在空间辐射的电磁波的算法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于Romberg获取水下双电偶极子阵列跨界面辐射场的方法，首先以单个水下电偶极子天线的辐射模型为基础，基于Romberg求积公式导出海面上方1000m处沿单轴测量线的磁场分量，并与FDTD计算得到的结果进行比较，验证计算的正确性，同时在单个天线的公式的基础上进行坐标平移和坐标变换，得到水下双电偶极子辐射的电磁场分量的计算公式，最后通过控制电偶极子阵元之间的距离，得到水下双电偶极子在空间多个位置的电磁场分量的分布与变化规律。与现有的水下电偶极子计算方法相比，本发明使用Romberg求积公式，运算更加简便，并且探究了阵元距离对电磁场分布的影响运算效率更高，思路新颖，具有创新性，对于水下电偶极子天线阵列的应用方面具有重要意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：建立水下单个电偶极子天线的柱坐标系空间模型；

步骤1-1：以海平面所在平面为z＝0m平面并且设置z轴正方向从海水指向空气；海面之下空间称为区域1，海面之下空间所有物理量的下标用“1”表示；海面之上空间称为区域2，面之上空间所有物理量的下标用“2”表示；设水下单个电偶极子位于海面下d处，并且朝向设置为x方向；确定电偶极子源的工作频率为f；

步骤1-2：水下单个电偶极子存在镜像电偶极子，它的镜像位于海面上方d米处，并且朝向为-x方向；

步骤1-3：设定海水的电导率为σ，海水的相对介电常数为ε_r，海水介电常数为ε₁＝ε₀ε_r-jσ/ω，其中ε₀＝8.85×10^-12为真空介电常数，ω为角频率，j代表虚部；空气与海水介质均采用真空磁导率；

步骤2：利用镜像原理，代入边界条件，求解电磁场的亥姆霍兹方程，得到水下单个电偶极子天线辐射场的柱坐标计算公式；

步骤2-1：分别求出水下电偶极子天线在海面上和海面下的电磁场分量；

电磁场及场源用傅里叶变换表示为：