刘宝衡， 付天晖， 王永斌

(海军工程大学电子工程学院， 武汉 430033)

在现代工业与城市建设快速发展的背景下，无线透地通信有着十分巨大的社会价值和实用前景[1]。在矿产资源开采、自然灾害后的人员定位与搜救、 城市建设、土壤监测等方面都能发挥十分重要的作用[2-4]。电流场透地通信系统以插入地下的电极作为收发天线，发射机通过驱动极低频(extremely low frequency，ELF)或超低频(super low frequency，SLF)交流电到地下直接发送信号，另一端(地下或地面)的接收器检测合成电流并将其作为电压接收，从而在地面和地下之间建立无线通信链路，实现信息的透地传输[5]。与电磁波透地通信系统相比，电流场通信具有天线尺寸小、结构简单、灵活性好等优势[6]，可以实现稳定的通信和远距离的传输，受到了中外越来越多的关注和研究[7]。

了解地下电流场的分布与传播特性对优化电流场透地通信系统的性能，实现有效的传输具有十分重要的意义。在过去的几十年里，中外学者们对此提出了很多想法，做了大量研究工作。Yan等[8-9]对携带直流电流的线源进行了静电场分析，Wait等[10]开发了一个二维模型来评估地表上携带着ELF/ULF交流电的无限线源在大地内部产生的电磁场，Bataller等[11]提出了一种电极之间的接地阻抗随频率变化的最佳电路模型。在以上工作的基础上，现构建地下电场的三维模型，给出三个电场分量的完整显式解，并基于模型与表达式，仿真分析收发天线的偏移量、相对方位、长度以及工作频率对电场分布的影响。……