狄井方　杨鹏飞　张东俊

摘要：考虑采用将甚低频发射信号源置于水下的方式进行甚低频通信，以甚低频对称振子天线为例计算了水下甚低频信号源的辐射问题，给出了对称振子天线水下发射的相关参数，计算了发射天线上的电流分布，并根据电流矩计算了海面上不同距离的电磁场强度。

关键词：甚低频;通信;场强;海面

中图分类号：TN219

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.017

1 引言

潜艇在水下时，甚低频是主要的通信手段。甚低频电磁波从空气进入海水中时，由于受到海水的作用，会产生强烈的衰减，因此处于水面以上的发射源所发出的电磁波很难进入水下。

为了解决该难题，一般通过增大发射功率和提高天线發射效率来加大甚低频对潜艇通信距离和通信深度。建在陆上的甚低频发信台站发信天线体积庞大，战时易受破坏，且通常台站到海洋距离远衰减大。

本论文考虑采用另一种途径，即将甚低频发射信号源置于水下的方式进行甚低频通信，给出了对称振子天线水下发射的相关参数，计算了发射天线上的电流分布，并根据电流矩计算海面上不同距离的电场强，再根据海面上大气噪声电平估计通信的距离和深度。

2 甚低频水下发射天线参数计算

以甚长波对称振子天线为例，将甚低频发射天线置于海面下，计算天线的输入阻抗、天线上的电流分布、天线的电流矩。

2.1 电磁波沿天线的传播常数

假定发射天线是对称振子，位于海面下深度为h处，臂长为，，导线半径为a，在海水中发射天线需外面包裹一层绝缘层，绝缘层外半径为b，相对介电系数为ε2，可以导出电磁波沿天线的传播常数[1]：

举例进行数值计算，假定l=50 m，ε2-10 111，a=2.5 mm，b=7.5 mm，h=10 m，海水电导率σ=-4 S/m，频率f=15 kHz。由于甚低频在海水中的衰减较大，所以天线深度不能过深。

根据式（2），海水对15 kHz电磁波的趋肤深度δ=2.055 m。根据式（l），忽略界面的影响，得y-0.000 128 81+j0.002 493。根据式（6），算得特性阻抗Zc=52.26 -j2.7 Q。根据式（7），得输入阻抗2m-0.225 -j417.09 Q。假定发信机功率等于5 kW，调谐线圈Q-IOO，则根据式（8）算出天线输入电流lin=33.73 A。根据式（9），画出振子臂上实部电流分布曲线，如图1所示，虚部电流分布曲线如图2所示。

图1和图2都是相对于实部电流最大值归一化的。可以看出，虚部电流比实部电流小得多，可以忽略。天线的电流矩原则上应该按式（ 10） -（ 12）计算，但由于已计算出电流分布，可以更容易地计算出电流矩[4-5]。电流的虚部可以忽略不计，而电流的实部分布基本是直线，因此电流矩等于输入电流乘以臂长，为1 686.5 A-m。

3 甚低频水下发射电磁场强度的计算

根据文献[2-3]海面下的水平电流矩在海面上空产生的电磁场分量的公式，在这些公式中令z=0，得到海面上的公式;一般情况下，距离p远大于发射源深度h，因此ro≈p;这些公式简化后为：

4 总结

将甚低频发射信号源置于水下的方式进行甚低频通信，可以提高发射阵地的隐蔽性，水下发射的甚低频通信方式，可作为陆地甚低频台站的备份和应急通信方式。但在水下架设发射天线，受海洋环境等因素影响，天线不宜过长，本论文探讨了对称振子天线水下发射的天线传播常数、天线阻抗以及天线电流分布的计算方法，以及根据电流矩计算海面上不同距离的电磁场强度的过程，并以50m对称振子天线为例进行了数值计算。

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