[发明专利]一种介质包裹导线的横磁波传输模型及其构建方法

说明书

本发明公开了一种介质包裹导线的横磁波传输模型及其构建方法，该横磁波传输模型是以介质包裹导线形状的圆柱形分布为构型建立坐标系，以电磁学的各种传输理论为基础，在简化介质包裹导线传播模型的情况下以边界条件为突破口建立了横磁波传输模型，实现了横磁波传输模型的创新设计，从而分别建立介质的传输模型以及空气的传输模型，以实现可从多个维度分析介质包裹导线的信息传输性能，为高频下无线电波的传输特性和表面波传输特性的研究提供了更为准确参考。

技术领域

本发明公开涉及模型构建的技术领域，尤其涉及一种介质包裹导线的横磁波传输模型及其构建方法。

背景技术

表面电磁波形成需要满足相关条件，最基本的是波场沿波导表面外法线方向(横向)按指数衰减，而沿着其纵向呈无衰减、无反射的传输特性。理论研究表明，可存在表面电磁波的两层媒质的结构，其边界为“电抗性”边界，包括涂敷介质层的金属平面或导体、带有波纹结构的金属平板或圆柱、介质棒或者介质镜像线。

目前，人们通常采用建立模型的形式进行传输机理、带宽以及效率的研究。现有的传输模型主要有两种，一种是非线性重力表面波传输数学模型，根据无粘性、无旋流体动力学方程推导出一个基于重力表面波与长波非线性相互作用、存在长波的缓变水深水域表面波非线性传播数学模型，该模型系一种具有完全频散性和非线性的“全水方程”，它适用于波浪在深水至极浅水、有长波流场与水位变化的水域传播，无法适用于介质包裹导线中的横磁波传输；另一种是圆锥体型的电磁波空间传输模型，以正圆锥体传导为分析对象，构建未知位置目标的电磁波空间传输模型，模拟建立未知位置目标与发射接收机之间的电磁波发射、反射接收的空间关系，该模型通过将电磁波空间传输距离计算转换为系列同底斜圆锥体斜边长度的分析计算，从而推导构建电磁波空间传输时间变化模型，与介质包裹导线的圆柱形坐标体系不匹配，且在导线长度无限趋大时圆锥形构型的传输模型将出现斜圆锥体斜边长度变化模型无法计算的情况，导致对于介质包裹导线的信息传输性能研究结果存在偏差。

因此，如何研发一种适用于介质包裹导线的横磁波传输模型，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种介质包裹导线的横磁波传输模型及其构建方法，以至少解决采用现有的非线性重力表面波传输数学模型以及圆锥体型的电磁波空间传输模型无法适用于介质包裹导线的问题。

本发明一方面提供了一种介质包裹导线的横磁波传输模型，该传输模型包括：介质传输模型以及空气传输模型；

所述介质传输模型为：F₁＝J_n(k_ρ1a)N_n(k_ρ1b)-N_n(k_ρ1a)J_n(k_ρ1b)；

所述空气传输模型为：F₂＝J_n(k_ρ1a)N’_n(k_ρ1b)-N_n(k_ρ1a)J’_n(k_ρ1b)；

其中，J_n为n阶第一类贝塞尔函数、J’_n为J_n的一阶导数、N_n为n阶第二类贝塞尔函数、N’_n为N_n的一阶导数、k_ρ1为介质1中的传播常数、a为介质半径、b为导线半径。

本发明另一方面提供了一种上述介质包裹导线的横磁波传输模型的构建方法，该构建方法包括如下步骤：

以介质包裹导线的端面为xoy平面，以介质包裹导线的延伸方向为z轴方向，建立柱坐标系；

在建立的柱坐标系下，分别选择介质对应的Helmholtz方程基本解以及空气对应的Helmholtz方程基本解；