基于拋物方程的大氣波導環境下電波傳播的研究姓 名： 劉玉敬 學 號：S313080029 指導教師：于蕾 副教授 基于拋物方程的大氣波導環境下電波傳播的研究 目錄 背景介紹 大氣折射與大氣波導 拋物方程模型 MATLAB電波傳播仿真 大氣波導的影響 結論 一 背景介紹 大氣波導傳播： 近地層中傳播的電磁波受大氣折射的影響； 傳播軌跡彎向地面、陷獲； 超視距探測 拋物方程方法： 拋物方程法+分布傅里葉變換； 同時考慮復雜大氣結構和粗糙表面； 忽略后向散射場, 精確計算集中在近軸方向上 大氣波導與拋物方程 二 大氣折射與大氣波導 2.1 大氣折射的基本類型及其存在條件 2.2 陷獲折射與大氣波導 本節概要 二 大氣折射與大氣波導 對頻率在1～100 GHz范圍內的電磁波，大氣折射率n為： 大氣折射指數N(N單位)為： 其中T為大氣溫度(單位:K)、P為大氣壓強(單位:hPa)、e 為水汽壓(單位:hPa) 2.1 大氣折射的基本類型及其存在條件 二 大氣折射與大氣波導 考慮地球曲率的影響，得到大氣修正折射率m為： 大氣修正折射指數M為： 式中R0=6.371×106m為平均地球半徑，Z(單位:m)為地表 以上的高度， 則上式簡化為： 2.1 大氣折射的基本類型及其存在條件(續) 二 大氣折射與大氣波導 將N和M分別對高度Z求導，可得： 正折射還包括標準折射、超折射、臨界折射和陷獲折射。 2.1 大氣折射的基本類型及其存在條件(續) 大氣折射的基本類型及其存在條件 大氣折射的基本類型 dN/dZ(單位m-1) dM/dZ(單位m-1) 負折射 >0 >0.157 零折射(無折射) 0 0.157 正折射 <0 <0.157 二 大氣折射與大氣波導 陷獲折射條件： 已知 為負值，只需要 為正值且 為負值，或者 與 綜合 為較大的負值時，即可滿足陷獲折射的條件 ，產生大氣波導。 陷獲折射現象：在大氣中傳播的在一定頻率范圍內的電磁波，將部 分地被陷獲在大氣波導層內傳播。 2.2 陷獲折射與大氣波導 三 拋物方程模型 3.1 拋物方程方法的推導 3.2 分步傅里葉變換方法 3.3 粗糙海面的阻抗邊界條件 3.4 初始場設置 3.5 電波傳播損耗 本節概要 三 拋物方程模型 拋物方程(PE)方法是一種忽略電波后向傳播，從而將Helmholtz 方程近似為拋物線方程的計算方法。 假設在推導過程中時諧因子取為e-jwt，二維空間波ψ (x,z)滿足 Helmholtz 方程： 式中，k=2π/λ為真空中的波數，λ為波長，n為介質的折射率，x為沿 表面的水平距離，z為距離表面的高度。 3.1 拋物方程方法的推導 三 拋物方程模型 沿x軸正向傳播的波函數為： 根據近軸條件： 將波函數代入Helmholtz 方程可得如下形式的拋物方程： 3.1 拋物方程方法的推導(續) 三 拋物方程模型 分步傅里葉變換方法(SSFT)的特點：計算方便、誤差小、計算效 率高；傳播仰角較低。 拋物方程在x+△x處的分步傅里葉解為： 式中，p=ksinθ，θ為掠入射角；F，F-1分別表示傅立葉正變換和 傅立葉逆變換；△x為水平方向的步長；u(x0,z)為初始場分布。 3.2 分步傅里葉變換方法 三 拋物方程模型 拋物方程定解的求得需要邊界條件，粗糙海面的阻抗邊界可采用 以下的阻抗邊界條件來描述：

總結

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