许红蕾 顾婷婷 朱勇 韦笑 李粮生 殷红成

（1. 电磁散射重点实验室，北京 100854；2. 浙江大学，杭州 310027；3. 浙江大学CAD & CG国家重点实验室，杭州 310058）

引言

雷电过程是自然界最主要和常见的极低频激励源. 云和地之间的闪击（地闪）闪道近似地垂直于地面，其放电过程产生高达数千安培的瞬态电流，是极低频电波的主要激励源[1].

国内外之前对极低频电波传播问题的研究主要集中在远距离信号传播问题和应用，如极低频全球通信、大气噪声等方面. 其理论基础一般将大地和电离层之间的空间传播模型看作同心球形腔体来分析其时频响应和舒曼谐振特性. 但近年来，研究表明极低频电磁脉冲的产生在近区可能给电磁系统，如风力发电系统等带来不利影响[2].

极低频近场传播特性的理论研究一般选取平面地-电离层波导求解[3-7]，但对于雷电电磁脉冲在附近区域（如10 km）将不再合适. 此时，电离层（垂直高度：通常60～90 km）对其影响几乎可以忽略不计.

基于上述问题，本文提出一种极低频近场传播的解析计算方案，利用前期工作中对极低频海底传播近场的准静态求解方法[8-10]，推导出基于平面半空间模型下雷电磁脉冲的时频响应解析表达式，以及典型大地参数情况下的数值算例.

1 极低频近场理论

将地闪雷电源假设为地面放置的垂直电偶极子，如图1所示. 其中，k0和k1分别为空气层（真空）和地表（如岩石）的波数.

图1 雷电脉冲激励极低频电磁波原理图Fig. 1 Schematic diagram of ELF electromagnetic wave excited by the lightning pulse

1.1 极低频电磁波在平面半……

登录APP查看全文