文档介绍：脉冲瞬变电磁场
电磁场专题研究读书报告
——从一篇论文谈起
张卓鹏
2003年1月4日
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目录
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脉冲通信系统????????????????????3
瞬变电磁场理论概论?????????????????5
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瞬态电流元的辐射??????????????????11
无限长圆柱天线的瞬态辐射??????????????13
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瞬态均匀平面波在有耗介质中的传播??????????18
瞬态球面波在有耗介质中的传播????????????20 附录??????????????????????????24 参考文献????????????????????????25 学****体会????????????????????????25
文档写作分工:2、3、5(部分)——宋成森
1、4、5(部分)——张卓鹏
摘要:通过频域的方法对瞬态电磁场的研究,本文浅显的探讨了和脉冲通信相关的电磁场的发射、接收和传播问题。 2
1. 概述
我们的专题研究是从文章Impulse Radio: How It Works 开始的。该文从通信领域的角度对超宽频脉冲无线电技术的原理进行了精练的讲述。
在经过广泛的阅读研究之后,我们对该文以及其所涉及的内容有了一定深度的了解。在本文中,我们将从多个方面谈一谈对该文谈及的理论的肤浅见解。
脉冲通信系统
在详细论述瞬变电磁场理论之前,我们先来简要的关注一下我们所谈及的论文的内容。
用电磁脉冲作为信息载体构成的通信系统(在空间传播的是载有信息的慢衰减电磁脉冲,而不是经调制的正弦波)又称为超宽带通信系统。超宽带通信是以经数码调制的瞬态电磁脉冲在自由空间传播来传递信息为基础的。图中是一个以电磁脉冲作为信息载体的语言通信发射机框图。其原理是用声码器将模拟语言信号变为数字信号,利用 3
数字复接器将n路语音数字信号按时分复用汇接成单一的复合数字信号,利用数字信号控制伪码产生器,产生高速的的随机序列,码长可达31位甚至更长。用这一伪随机序列调制电磁脉冲源,产生峰值
电磁脉冲发射机框图
功率达到兆瓦至吉瓦量级的窄脉冲,其宽度为纳秒到皮秒量级,经电
磁脉冲辐射器向一定方向辐射出去。。其工作原理是利用一个高速触发器将收到的电磁脉冲变成常规数字信号,然后利用数字相关滤波器把收到的伪随机序列的检测出来,并用数字锁相环实现接收机时钟与发射机伪随机序列时钟同步,最后把复合数字信号分离成n路数字信号,并恢复成模拟语音信号。
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电磁脉冲通信接收机框图
脉冲无线电通信采用小于1 ns的非常窄的时域脉冲传播信号,其能量分布在从DC到几GHz的范围之内。它将1bit的信息包含到多个脉冲时跳间隔中以实现信号的脉冲调制,具有优异的抗干扰能力。同时,该技术采用了码分多址的复用方法,应用伪随机数列的相关性进行调制与接收,从而做到多用户。这些内容所涉及了信息论、数字脉冲技术、信号与系统、随机理论等多门学科的知识,我们将不再论述。以下来谈一谈本文的主要研究内容。
瞬变电磁场理论概论
以上该论文所谈及的脉冲无线电技术中,与瞬变电磁场有着密切的联系,这就是本文要研究的主要内容。但是,它与我们所学****的电磁场理论有着很大的不同。对于瞬变电磁场的研究,从上个世纪六十年代就开始了,在七八十年代有了飞快的发展,并在遥感与目标识别 5
领域有着应用。但在通信领域,一
直到90年代末,才开始了相关的
理论研究。比如上文所谈到的论文
就是写于1998年。
在传统的电磁场理论中,我们
着重研究了随时间按正弦规律变化的稳态场,即时谐场。这是与传统的通信技术有关的,因为在一般的射频与微波技术中所传播的调幅、调频和调相无线电信号,都是在单一载波上携带的,其频带很窄(),因此信号也近似为单一频率。而在脉冲无线电技术中,所传递的电磁波不再是时谐的,同时在频域上有着超大的带宽。这就造成了瞬态电磁场与时谐电磁场有着很大的差异。例如,由于其宽带特性,在电磁场的传播过程中,色散将非常的严重,这就是说,我们无法再将其看作是近似没有色散的,色散也就成为了我们必需要关注和讨论的问题。
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