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1、3第热带海洋0123,,1卷第期!!∀#‘45二!!∀年#月∃%&∋()&)∗+,&−&./用海底人工电磁场源探测海底’梁高权柳超6南京电子工程学院南京7∀##89建议用滴要阐述了在以电磁场探测海底电特性的方法中应用人工电磁场源的必要性99水平电偶极子作为人工电磁场源的天线介绍了两种物理模型的分析结果讨论了增加探测海底深度的可能途径。关键词海洋电磁电磁探测海底分类号∋:3;在近代地球物理探测中,已发展了多种电磁探测技术,一。但般都局限于在陆地使用海底勘探并非不需要电磁探测技术,而是因为导电的海水对海底起了电磁屏蔽的作用。因
2、此,。将电磁探测技术应用于海底的关键是克服海水的屏蔽作用理论分析和海上实践,在海底设置人工电磁场源将是实现电磁探测海底的可行途径。证明海底电磁探测的困难大地电磁法是<#年代以后发展起来的先进的地球物理探测技术。其原理是4天然电磁场源的远场6视为平面波8在向地面以下传播的过程中经受不同媒质及各交界面的透射和反,。49射通过测量地表的表面阻抗可获取地质剖面的信息其优点是无需人工场源不,受999高阻层屏蔽对低阻层敏感因而对低阻层有较高的分辨能力探测深度大工作效率高。但此法在海区应用将受到一定的限制,主要是垂直极化平面电磁波从大气进人海水时迅速,4衰
3、减其透射程度受下式支配,4∗=>月二628而瓦而式中式,=·?一,92为海面上电场垂直分量单位为气为海面上电场水平分量6二次场8,·一,,·一。=‘9,单位为?兄为电磁波自由空间波长单位为?旧为海水电导率单位为≅?对于,只有很少一部分能量进人海面,如在极低频段6低频电磁波:一:#比8电场水平分量比垂。,,24直分量低∀#一1ΑΒ电磁波进人海面以后随深度的增加按指数衰减即∗Δ∗Ε一ΦΓ6Χ86#8678“一二“。Φ丫Η,4,=·一,9式中Φ为衰减系数单位为9∗6Χ8为深度处的电场强度单位为?∗6#8为水,∋一一。!!;77:收9!!
4、!<收稿一佗修改稿,4!3国家自然科学基金资助项目6项目批准号;7<8热带海洋第卷二,0·一,94,9,9。二面6Χ#8电场强度单位为?为深度单位为?Η为工作频率单位为比户Δ一,·一。4,ΧΙ21为自由空间磁导率单位为ϑ?9Φ为海水电导率当Φ二时令Δ创称占为,显然频率越低衰减越小。,7<?穿透深度8但即使低到比其在海水中的穿透深度仅左右。因此,海面上垂直极化的平面电磁波受海水屏蔽,在到达深海海底之前已很微弱,企图在深海海面测出其反射自海底的回波是困难的。当然,如果陆地上有功率强大的人工,。极低频场源则另当别论7海底人工电磁
5、场源,,综上所述电磁波在传播过程中遇空气一海水界面时仅有微弱的透射并在海水中受到强的衰减。在海底探测中为避免引起这些衰减,可将人工电磁场源置于海底。海底人工电磁场源的关键设备是天线。它应能将电磁信号的能量有效地祸合到场源以外的空间。因海水是有耗媒质,有耗媒质中的天线与常用的空气中的天线有很大区别。在海水中位移电流与传导电流相比,9已可忽略裸露天线上的电流直接进人海水中如不考虑海水边界,。由于场强随离源点距离的增大而迅速衰减,由此导致的其远区6辐射8场可忽略不计有关天线方向性、辐射功率、辐射电阻等传统概念在这里已不适用。在海底一般不用线天。,由
6、9线而用偶极子天线于工作频率很低把它当作偶极子是合适的只是为了能在一定距离上6如几千米或几十千米8激起可检测到的场强,。偶极子的尺寸不可能太小若把它当,,点源处理会引起某些误差但只要观察点的距离在源尺寸的<倍以上这一误差即可忽。,理论和实践已经证明种偶极子中以水平电偶极子为最佳发射和接收天线9略常用的水平磁偶极子也可用于接收,是水平电偶极子的补充。在各种场分量的表示式中,电偶极,,子的场强与源强度的一次方成正比即场强与几成正比口为天线电流+9−单位为为天线有效长度,单位为。为此,必须把电偶极子作成只有两端裸露其余部分皆绝缘的结?8。,,因为在
7、偶极子全部绝缘的情况下如同开路9构形式低频应用时输人阻抗极高但如果全部裸露,导体上的电流将被馈电点6通常是中间馈电8附近的海水旁路,天线电流分布从驱动点开始向末端迅速减小,。。使天线有效长度远小于其几何长度这两种结构均不可取两端裸露中间绝缘的水平电偶极子,由于工作频率低,天线上的电流分布可视为均匀分布,有效长度接近于其几何长度。这种天线的输人阻抗由,:部分组成即内部阻抗6馈电点到裸露之前导体上的阻抗8、接地阻抗6裸露部分与海水相接触的界面及其邻近海水内部的阻抗8及外部阻抗6海水中回流电流路径上的阻抗8,在设计发射系统时要求较好地解决这方面的间
8、题。:海底的响应从原则上讲,若电磁场源是,则电磁场的分布取决于媒质的电特性和边界条已知的,,9当件媒质的电特性和边界条件有变化时场的分布也随之而变化这就是以人工电磁
