电磁发射技术范文
[关键词]人工源极低频电磁波、地球-空气-电离层模型
中图分类号：P224.3文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）45-0070-01
引言
电磁波的频率范围及其命名根据国际电联（ITU）的规定，3～30的频率范围称为极低频（ExtremelyLowFrequency，简写为ELF），30～300的称为超低频（SuperLowFrequency，简写为SLF），而发射机实际发射信号频率范围为0.1～300，其中实际包括了超低频、极低频和至低频（3以下）频段，为了方便，统一称为极低频[1]。
极低频电磁波的特点就是频率极低，波长极长，与其他频段的电磁波比较，极低频电磁波在传播中稳定，衰减小，穿透能力强。
1人工源极低频电磁波技术原理
在ELF频段时，垂直架设的天线几何高度与波长相比较都太小，不能作为激励源。一般情况下，水平低架天线可以成为ELF发射天线。极低频发射天线的长度一般在几十千米到几百千米，仍然远远小于波长，因此极低频发射天线可以视为水平电偶极子源或垂直磁偶极子源。选择高电阻率的地区，在地面上架设一条或多条发射天线，用大功率无线电发射机通过天线和接地体向地下发送100A左右的正弦波大电流。随着发射源功率的增大，收发距可能达数千公里，较传统意义上的收发距大很多，这时必须考虑地球半径及电离层的影响[2]。因此该技术采用地球-空气-电离层模型来研究。
2人工源极低频电磁波传播特点及分析
由电磁波趋肤效应，接地的有限长电流源注射到大地中的低频交变电流将会在另一个反向电极处流回而形成回路[3]。由电磁感应原理，回路内的交变电流感应产生交变电磁场。由电磁波的传播特征，极低频电磁波传播分为近区、远区和波导区三个区域。电磁场主要分布地面和电离层之间的波导中，电磁信号衰减小可以传播很远，直到上万千米。
电流环路的磁矩，计算公式为：
式中，为天线电流强度，为天线长度，为趋肤深度，电流环的磁矩与天线长度、天线电流和趋肤深度成正比。目前广泛采用球形空腔法进行研究，即地球-空气-电离层模型：
假设地球半径无限大，可以将地球看成水平均匀大地。经计算，得到如下的总场表达式[2]：
其中、、是球坐标系中径向变量、仰角、方位角。球形谐振腔中极低频水平电偶极子置于地表，源的发射电流为，源的长度为，发射电流和天线长度虽远小于实际情况，也能模拟电磁场的特征，因为计算的电磁场基本特征是一样的，只是幅度上有大小不同而已，长发射天线和大电流也是可以归一到一个单位的。本文研究测线垂直平分水平电偶极子的情形，测线方位角，第一个测点与源的距离，测点之间的距离为，计算400点，共20000，约半个地球周长。电离层高度取=80，电离层电导率取=，地球半径为，地球电导率为，对频率为1，10，100的电磁场的场强进行绘图。
在电离层-空气-地球之间的波导中，不同频率的电场在电离层中会激发出相应二次感应电流，二次感应电流激发相应的磁场，谐变的磁场又激发相应的电场，，电磁场就在波导中传播出去。如图2，电磁场强度和频率关系密切，频率越小时电磁场幅值也越小，频率越大时电磁场幅值也越大。当传播距离不断增加到10000左右时，电磁波存在一定的衰减，当传播距离继续增加至接近20000时，电磁场的幅值相对10000处有所增大，这是因为电磁波出现同相叠加导致电磁场幅值增强。
3结论
本文从极低频电磁波的发射原理出发，通过在地球-空气-电离层模型下水平电偶极子激发的极低频电磁波的解，在给定参数下对不同频率极低频电磁场进行了计算，并分析了在不同频率下极低频电磁波的传播特性。极低频电磁波幅度非常稳定，衰减极小。在极低频电偶极子关于地球的对极点附近，电磁波出现了同相叠加现象，电磁场幅值增强。极低频电磁波技术是具有潜力的新技术，值得进一步深入研究。
参考文献
[1]卓贤军，陆建勋.极低频探地工程在资源探测和地震预测中的应用与展望[J].2010，23（6）：3～7.
电磁发射技术范文篇2
关键词：电磁谐振耦合；无线输电传输；耦合理论
近年来，电子产品的不断发展，一方面带给人们以便利，不过越来越多的电源连接线开始困扰人们的生活。针对那些对距离具有特殊要求的问题，可以通过电磁谐振耦合无线电能传输技术来予以解决。电磁谐振耦合技术最早是美国的学者所提出的，其也是无线输电技术的新研究方向，更是引起了世界各国研究人员的热衷，并通过几年的发展也得到了技术上的突破，在电动汽车、医疗设备以及消费电子等均有所应用。不过该技术目前也还是起步阶段，仍有众多的问题有待科技人员的解决。为此，文章结合该技术的应用实践，首先分析了电磁谐振耦合基本原理及特征，研究了该技术的建模及传输特点，在此基础上探讨了磁耦合谐振WPT技术发展方向，以期促进为相关应用工作提供一定的建议。
1电磁谐振耦合基本原理及特征
目前，电磁谐振耦合无线电能传输技术是作为应用时间较短的无线电能传输技术，主要借助于近电磁场中近区场和谐振线圈的强耦合实现了电能的中程距离的高效传输。电磁谐振耦合无线电能传输技术是现今最流行的WPT技术之一，其最主要的特点就是中等传输距离以及高校非辐射能量传输。现阶段的WPT技术最主要的实现方式就是电磁感应耦合、磁耦合谐振、电磁波辐射这3种方式。磁耦合谐振体系最典型的构造原理就是高频电源以及闭环控制，发射、接收天线以及负载驱动电路和闭环控制所构成。发射天线是单匝接收线圈及谐振线圈所构成高频电源并向发射天线输出对应的高频率正弦交变电流，单匝发射线圈是在相关的高频正弦交变电流作用之下，在其临近的空间所产生的交变磁场，谐振线圈感应到相关的交变磁场而出现谐振。两个谐振线圈之间的构造参数是相同的，并在磁耦合谐振的相关作用之下一个谐振线圈也会出现谐振，并经过其感应耦合的作用把电能传输至接收线圈上，接受线圈在接收到相关的电能时通过负载驱动电路展开整流滤波处理，再给其直接负载供电，进而有效的呈现电能无线传输。在发射接收天线之间的距离或者是体系的负载出现变化时，相对应的闭环控制部分的调节体系工作频率能够有效的促使其安全稳定的工作，促使无线输电体系处在最大传输功率以及传输效率。
2建模及传输特点研究
2.1耦合模理论法
所谓耦合模理论法就是运用耦合模型法，合模方程直接性对相关发射天线之间能量耦合展开一定程度的分析。依据谐振线圈场幅值α定义，求解对应的耦合模方程能够得到发射天线及对应接收天线的能量转化传递函数，进而有效的分析WPT体系传输特征。2.3发射接收天线结构
磁耦合谐振WPT体系最重要的构成就是发射接收天线，谐振线圈可以根据其结构分为平面螺旋型以及圆柱螺旋型、圆环同轴型线圈，发射接收天线可以依据单匝线圈以及谐振线圈形状分为对称发射接收天线以及非对称发射接收天线。平面螺旋型线圈最主要的就是外向边沿螺旋线圈以及平面螺旋线圈和平面薄膜螺旋线圈、平面薄膜矩形线圈。圆柱形薄膜线圈以及短偶极子螺旋线圈。外向边沿螺旋线圈和平面螺旋线圈以及圆柱形螺旋线圈相比较而言，平面螺旋线圈耦合参数及品质系数是较高的，其最适宜于无线电能的传输。平面薄膜矩形线圈及圆柱形薄膜线圈主要是应用医疗电子设备。短偶极子螺旋线圈是经由两个圆柱形螺旋线圈及一个单位平衡结构合理的串联而呈现的，发射端以及接收端的短偶极子螺旋线圈可以依据正交方法进行排列，若是其中心的角度是π/4时，其耦合参数是最大的，对应的传输距离也是最远的。圆环同轴结构线圈是经由一个一端的开口而另外一端和内部的对应导体成为环形的电感器，因此，该线圈的电场基本上会被制约在内部同轴电缆之内，并且其磁场是由流过外导体的对应电流所产生的，此线圈耦合参数为k=δ/2π，该式中6代表内部相关导体弧度角，并且此天线的结构还具有一个双拼带的传输通道，能够同步传输相关能量及数据。
3发展趋势
磁耦合谐振WPT技术是一种高新科技技术下的无线输电技术，其对应的传输效率很高，且更容易呈现，所以其在电动汽车以及医疗电子设备、消费电子等相关领域应用较为广泛，以下将具体分析。
3.1电动汽车领域
磁耦合谐振WPT传输距离非常适中，且传输效率极高，这就很适宜于电动汽车的无线充电。国外相关学者所设计并验证磁耦合谐振体系相对应的等效电路模型，最终的实验结果显示该体系的传输距离为30厘米，对应的传输功率为220W，其传输效率为95%。
3.2医疗电子领域
基于高效大功率的条件，磁耦合谐振WPT体系的对应接收天线能够做的非常小，所以这也很适宜于医疗电子无线充电运用。有国外的电子研究院设计了可以用于生物移植的高效磁耦合谐振WPT设备，这要比以往传统的WPT体系更具传输效率，其结构非常紧凑，耦合性能也非常强，很容易进行调谐，并且生物相容性也很好，因此可以大量的生产。
3.3消费电子领域
磁耦合谐振WPT的高效非辐射能量传输，只会给体系之内的相关装置传输其所需的电能，因此其抗干扰能力也很强，这样就促使此项技术在消费电子领域有着极大的运用前景。国外的公司针对其谐振线圈以及金属性物体进行互相耦合导致其固有的谐振频率出现变化以及对应的传输效率有所降低，详细的分析了桌子对磁耦合谐振WPT体系的各方面影响，再经过一定的实验数据对其相关性能进行了验证。
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关键词：电磁干扰；中短波；广播；抗干扰；措施
近年来我国在中短波发射技术上也取得了巨大的成就，不仅促进了广播电视行业的快速发展，同时也为我国信息化的发展提供了重要的基础保障。而中短波广播电视行业之间的竞争也越来越激烈，为了更好的促进中短波发射技术的发展，人们对于中短波发射技术在实际应用中存在的问题也越发关注，因此对于中短波发射过程中存在的干扰因素也必须要采取有效的措施来加以控制，这样才能够更好的促进我国中短波发射技术的不断发展。
1影响中短波信号的主要干扰方式
中短波的电磁干扰按照频段的不同也可以分为不同的几种类型，其中对于信号造成损害或者电磁影响的属于有害的电磁干扰，在进行中短波信号传输时，所接受的信号会受到大量杂波的影响，从而降低中短波的信号质量。而产生电磁干扰的信号主要原因有人为因素以及自然因素两种，其中自然因素是电磁信号在自然环境中所产生的一种影响源，这种影响源可以是太阳风暴、宇宙射线等等，并且是客观存在的。而认干扰因素主要是在进行信号发射过程中，信号产生器产生的中短波与信号的频段发生一致的电磁波，这些无用的电磁波与有用的电磁波在一起进行作用时就会产生一定程度的干扰。信号在传输的过程中，受到大量的杂波信号影响，信号传输的质量也会大大降低，并且在严重时还会将有用的信号所掩盖，这样广播信号的应用质量也有所降低。
2干扰的类型以及产生干扰的原因
2.1被测信号干扰
电磁干扰中不仅有信号干扰的方式，同时也存在着其他不同类型的干扰形式其中被测信号干扰也是相对较为常见的一种。我们在进行研究的过程中发现，信号干扰中也可以分为常态干扰以及工模干扰两种，其中工模干扰就是在转换器的输入端上产生的干扰电压，而转换器的输入端在交流电压以及直流电压的作用下都会使信号发生一定程度的干扰。而常态干扰主要是在信号传输过程中叠加在被测信号上的一种干扰噪声，其中被测信号主要是传输过程中有用的直流信号以及交变信号灯，干扰噪声大多是变化迅速并且毫无用处的交变信号。而在信号传输时，如果监控系统中的被测信号输出位单端的输入方式，电压在工模干扰之下还会转变为常态干扰，在这样的情况下输入方式也需要进行相应的调整。
2.2程序干扰
中短波的广播发射台电磁干扰除了被测信号干扰还有程序干扰，这种干扰形式也相对较为普遍。由于很多发射台在进行信号传输发射时都采用了自动化控制的方式，这样自动化控制系统在运行过程中，本身的中短波发射台就会处在较为复杂的电磁环境中，而及箱体以及编程逻辑控制器等虽然在使用过程中自身带有着一定的抗干扰能力，然而工作实施时会发生电位接地、屏蔽等工作处理不够完善的现象发生，在这样的情况下就很容易使工控机以及可编程逻辑控制器发生电磁干扰。在发生程序干扰时中短波发射台的程序运行就会受到很大程度的影响，这也是危害中短波发射的主要因素。针对这种情况，通常会采用屏蔽电缆、可编程逻辑控制器局部屏蔽等方式来对程序干扰加以控制。
2.3线间耦合干扰
该这种干扰方式中也有着几种不同的表现形式，其中包括了电容性耦合、电磁性耦合以及电感性耦合等，在发生电磁干扰时，每种干扰形式都会影响到信号传输的质量，并且在不同的回路之间还会发生电磁场的现象，这样在经过相互作用后，电感性耦合所产生的电磁场也会相应有所增加，这对于发射台电磁信号就会产生非常大的影响。
2.4地面干扰
对于地面发射设备，如果本身信号存在一定的问题，杂散指标不达标，在信号波中含有杂波或者是一定的谐波，工作设备中的变频器、高功放等的设置不当都会造成信号波中的噪声过高，影响中短波信号的传输效果。
3避免电磁干扰的相关措施简介
在中短波发射技术不断应用普及的过程中，电磁干扰的现象也越来越严重，并且也成了目前影响中短波发射技术发展的主要因素，因此还需要对电磁干扰采取有效的防范措施来加以控制。我国针对抗电磁干扰技术处在研究阶段，并且为了更好的保证中短波发射的稳定性，也采取了一些相应的措施，其中主要有以下几方面内容：
3.1在中短波广播信号发射时提高共模干扰抗性措施
共模干扰是电磁干扰中较为常见的一种干扰形式，按照其干扰形成的原因也可以采取两种不同的措施来对其加以控制，其中一种是通过模数转换器的前置放大器来使用双端输入的运算放大器，这样在发生共模干扰时就可以将干扰通过模拟负载来加以区分，而被测信号在此过程中也可以获得相应的通路，然而在这样的前提下，共模干扰就难以形成有效的回路，从而达到降低共模干扰的目的，但从使用效果上来看，这种抗干扰模式依然还需要进一步的加以完善。而另外一种是采取数字铝箔技术来降低共模干扰，这种抗干扰模式相对简单并且有效非常好的表现效果。
3.2在中短波广播信号发射时提高常态干扰抗性措施
中短波信号发射干扰还需要从源头来加以控制，其中对于干扰信号特性的控制也是非常重要的部分。控制措施主要可以对被测信号的频率高低进行调整，这也是特别要注意的内容。而在常态干扰频率相比被测信号高的情况下，还需要采取低通滤波器来对被测信号中的干扰信号进行控制，这样也可以起到降低干扰的作用，同时在常态干扰频率相比被测信号相接近的情况下，还可以采用滤波器来降低干扰信号对中短波信号发射的影响。
4结束语
通过对上述内容的分析也研究也可以看出，我国虽然在中短波发射技术上取得了一定的成就，然而针对电磁干扰方面依然还需要进一步的加以完善，并且其中也面临着很多的困难。而中短波信号发射中对电磁干扰的防范也是中短波信号发射技术中的难点所在，并且也制约了我国中短波发射机技术的发展，因此我们必须要对中短波电磁干扰产生的原因有了清楚的了解和认识，这样才能够更好的采取有效的措施来对其加以控制，从而保证我国中短波信号发射技术的发展。
参考文献
[1]颜军.浅谈中短波广播接收障碍及其改善措施[J].广播与电视技术，2011，5.