Влияние электромагнитного поля на подземную проволочную антенну

Электромагнитные волны представляют собой одно из явлений электромагнетизма, и их основные свойства определяются решением уравнений Максвелла. Источниками излучения электромагнитных волн

Влияние электромагнитного поля на подземную проволочную антенну

Дипломная работа

Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету

Компьютеры, программирование

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

влияние электромагнитного поля на подземную проволочную антенну

АННОТАЦИЯ

электромагнитное поле подземная проволочная антенна

В данной выпускной квалификационной работе проводится исследование влияния электромагнитного поля на подземную проволочную антенну, расположенную на определенной глубине.

При выполнении выпускной квалификационной работы был предложен метод расчета на основе использования коэффициентов Френеля и проведены расчеты амплитудно-временных форм электрических полей на границе раздела двух сред воздух-земля с различными электрофизическими характеристиками грунта и глубины залегания антенны. По значениям этих полей был проведен расчет напряжения нагрузки антенны для конкретной проволочной антенны при условии, что длина антенны во много раз меньше длины волны. Был проведен анализ результатов. Разработан программный продукт, позволяющий выполнять основные операции разработанного алгоритма.

Объем работы стр., рис., табл., источников информации.

 

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ

. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

.1Постановка задачи

.2 Методики расчета

.3 Численное интегрирование

.4 Вывод формулы Симпсона

.5 Геометрическая иллюстрация

.6 Выбор шага интегрирования

. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

.1 Распространение радиоволн в идеальном однородном диэлектрике

.2 Распространение плоских радиоволн в однородной проводящей среде

.3 Принцип Гюйгенса и зоны Френеля

.4 Отражение радиоволн от поверхности плоской Земли

.5 Отражение плоских радиоволн на границе раздела двух сред

.6 Коэффициент отражения вертикально поляризованной волны

.7 Коэффициент отражения горизонтально поляризованной волны

.8 Электрические параметры антенн

.9 Сопротивление излучения и коэффициент полезного действия антенн

.10 Параметры приемных антенн

.11 Влияние земной поверхности на свойства антенны

.12 Описание программного продукта

. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованных источников

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Электромагнитные волны представляют собой одно из явлений электромагнетизма, и их основные свойства определяются решением уравнений Максвелла. Источниками излучения электромагнитных волн являются неравномерно движущиеся заряды и изменяющиеся во времени токи. Вызванное ими электромагнитное возмущение распространяется в виде электромагнитной волны в пространстве, окружающем эти заряды и токи. При этом изменение электрического поля приводит к появлению изменяющегося магнитного поля, которое, в свою очередь, вызывает появление изменяющегося электрического поля и т. д. Если в среде распространения электромагнитной волны нет потерь энергии, то процесс согласованного изменения ее электрического и магнитного полей может продолжаться бесконечно долго, а граница области пространства, в которой происходят эти изменения, движется со скоростью света, удаляясь от источника излучения электромагнитной волны. Причем процесс распространения электромагнитной волны продолжается даже тогда, когда источник ее излучения прекратил существование. Электромагнитные волны могут распространяться в различных средах, в том числе и в вакууме.

В природе существует широкое многообразие электромагнитных волн, различающихся способом излучения волны источником и особенностями распространения волн в разных средах. Электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн. Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. При этом от поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью. При переходе из одной среды в другую электромагнитные волны преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде (эта величина называется показателем преломления второй среды относительно первой), но если на пути волны встречается металлический провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный электрический ток.

В данной дипломной работе рассматривается задача о переходе электромагнитной волны из одной среды в другую (воздух-земля) при наличии в земле подземной проволочной антенны, расположенной на определенной глубине.

 

1. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

 

.1 Постановка задачи

 

Плоская электромагнитная волна, амплитудная часть которой описывается выражением падает на границу раздела двух сред воздух - земля (грунт) (рис.1.1.). В земле находиться подземная проволочная антенна с электрофизическими характеристиками e- относительная диэлектрическая проницаемость и проводимость s.

 

Рис. 1.1. Воздействие электромагнитного поля на подземную проволочную антенну

 

Для заданных характеристик воздействующего электромагнитного поля требуется найти напряжение в нагрузке антенны, находящейся в грунте на определенной глубине при известных электрофизических характеристик грунта.

Для этого задача разбивается на две подзадачи:

Первая задача заключается в том, что находятся характеристики электромагнитного поля в заданной точке расположения антенны.

Вторая задача по известной спектральной плотности электромагнитного поля в грунте найти ток и напряжение в нагрузке антенны на определенной глубине. Далее исследовать, как зависят ток и напряжение от электрофизических характеристик грунта и глубины нахождения антенны.

 

1.2 Методики расчета

 

Для выполнения первой задачи надо найти спектральную плотность E(ω) сигнала, т.е. выполнить спектральный анализ (это один из методов обработки сигналов, который позволяет охарактеризовать частотный состав измеряемого сигнала). Интеграл Фурье является математической основой спектрального анализа, которая связывает временной или пространственный сигнал (или же некоторую модель этого сигнала) с его представлением в частотной области. Математически смысл преобразования Фурье состоит в представлении сигнала в виде бесконечной суммы синусоид вида E(ω)sin(ωt). Функция E(ω) называется преобразованием Фурье или Фурье - спектром сигнала. Ее аргумент ω имеет смысл частоты соответствующей составляющей сигнала. Обратное преобразование Фурье переводит спектр E(ω) в исходный сигнал .

Согласно определению преобразование Фурье является комплексной величиной.

 

 

Находим характеристики электромагнитного поля в заданной точке расположение антенны, используя коэффициент Френеля для горизонтально поляризованной волны. Коэффициент Френеля определяет амплитуды и интенсивности преломлённой и отражённой электромагнитной волны при прохождении через плоскую границу раздела двух сред с разными показателями преломления.

 

При q = π/2, RГ=

 

 

Вторая задача по известной спектральной плотности электромагнитного поля в грунте находим ток и напряжение в нагрузке антенны на определенной глубине, используя эквивалентную схему антенны ( рис.1.2. ) и обратное преобразование Фурье для тока и напряжения I(ω), U(ω) и получим зависимость токов и напряжений. Далее исследуем, как зависят ток и напряжение от электрофизических характеристик грунта и глубины нахождения антенны.

Выполняем обратное преобразование Фурье численным интегрированием методом Симпсона. Этот метод базируется на замене подынтегральной функции квадратичной параболой, которая строится по трем точкам на каждом участке (поэтому число разбиений должно быть четным). По этим трем точкам (крайние точки участка и средняя точка) строится интерполяционная функция - полином второго порядка, который аналитически интегрируется где x0=a; x1 = (b-a)/2 ; x2=b; h= (b-a)/2n;

 

В результате получаем значение амплитуды и времени. По этим характеристикам строим амплитудно-временную форму поля и находим ток и напряжение в нагрузке антенны на определенной глубине используя эквивалентную схему антенны (рис. 1.2.) и по формулам для определения тока и напряжения в нагрузке антенны

 

Рис. 1.2. Эквивалентная схема антенны

 

ЭДС в приемной антенне

где - действующая высота приемной антенны,

- напряженность электрического поля

Напряжение на нагрузке антенны

 

 

где - внутреннее сопротивление источника напряжения,

сопротивление всех внешних элементов цепи

 

1.3 Численное интегрирование

 

Пусть требуется вычислить определенный интеграл

(1.1)

 

где f(x) - непрерывная на отрезке [a; b] функция.

С геометрической точки зрения интеграл (1.1) при f(x) > 0 равен площади криволинейной трапеции, ограниченной кривой y = f(x), осью Ox и прямыми x = a, x = b (рис. 1.3). Другими словами, (1.1) равен площади заштрихованной фигуры на рис. 1.3

Рис. 1.3. Геометрический смысл определенного интеграла.

 

Вычислить определенный интеграл (1.1) можно с помощью аналитической формулы Ньютона-Лейбница (1.2):

 

(1.2)

 

где F(x) - первообразная функция для заданной функции f(x).

 

Однако во многих случаях не удается найти никакой аналитической формулы в вид

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>