摘 要

随着我国科学技术的发展，长波通信越来越得到重视。本文对长波通信天线末端介质损耗进行了理论分析，对天线末端温升数值进行了仿真。

本文在总结国内外一般性的温升数值分析的方法后，再由有限元分析仿真软件对各种运行条件下的天线末端温升数值进行仿真模拟，充分考虑各个因素的影响，从而全面的对不同电压、频率、材料、环境温度下，长波通信天线末端因介质损耗发热的温升数值，所得出的结果对于天线选材提供了指导意义。

经过理论分析得知，发热功率与材料的损耗角正切成正比，与电场强度的平方成正比，与频率成正比。而且在运行时应综合考虑到环境温度及散热的影响。

最后经过仿真得出结论，聚乙烯是一种很好的绝缘护套材料。因介质损耗角较大，发热明显一般不选用聚氯乙烯材料。工作电压过高、频率过大、环境温度过高、连续工作时间过长均可导致大功率天线末端显著温升，严重时可能产生热熔断。针对此本文还给出了一些长波通信天线运行维护的相关建议。

关键词：介质损耗；有限元分析；电磁场；长波天线

Abstract

With the development of science and technology in our country, long-wave communication has been paid more and more attention. In this paper, the dielectric loss at the end of the long-wave communication antenna is analyzed theoretically, and the temperature rise at the end of the antenna is simulated.

After summarizing the general numerical analysis methods of temperature rise at home and abroad, the temperature rise at the end of antenna under various operating conditions is simulated by finite element analysis simulation software, fully considering the influence of various factors, so that the temperature rise at the end of long-wave communication antenna due to dielectric loss under different voltage, frequency, material and ambient temperature can be obtained comprehensively. The results provide guidance for antenna selection.

The theoretical analysis shows that the heating power is proportional to the tangent of the loss angle, the square of the electric field strength and the frequency of the material. In addition, the influence of ambient temperature and heat dissipation should be taken into account in operation.

Finally, the simulation results show that polyethylene is a good insulating sheath material. Polyvinyl chloride (PVC) is generally not used for heating due to the large loss angle of the medium. High operating voltage, high frequency, high ambient temperature and long continuous working time can all lead to significant temperature rise at the end of high power antenna, and thermal fuse may occur in severe cases. Some suggestions for operation and maintenance of long-wave communication antenna are also given in this paper.

Key words: dielectric loss; finite element analysis; electromagnetic field; Long wave antenna

目 录

第1章 绪论 5

1.1 研究背景、目的、意义 5

1.2 国内外研究现状 6

1.3 本文主要内容介绍 9

第2章 长波通信天线模型介绍 11

2.1 天线介质损耗机理 11

2.2 有限元分析及软件介绍 13

2.3 天线模型与仿真 14

第3章 天线末端温升数值分析 18

3.1 天线末端电场强度分析 18

3.2 不同外护套材料对温升数值的影响 18

3.2.1 不同介电常数对场强的影响 18

3.2.2 不同材料的温升情况 19

3.3 不同电压对温升数值的影响 21

3.3.1 不同电压下温升曲线 21

3.3.2 温升数值与电压变化关系 22

3.4不同频率对温升数值影响 23

3.5不同环境温度下温度变化模拟 24

第4章 结论 26

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的、意义

电磁波的波长与频率成反比。在无线电通信领域中，生活中常见的手机信号、收音机信号属于短波信号，此类信号频率高，波长短。短波通信电台造价相对较低。长波通信（long-wave communication），也称低频（LF）通信，是指把利用波长长于1000m（频率低于300KHz）的电磁波进行通信。长波通信根据波段可以详细分为在长波（波长10～1000m），甚长波（10km～100km），超长波（1000km～10000km）和极长波（1～10万公里）。

电磁波根据其传播形式可以分为地波传播和天波传播等传播方式。在地球高空，受太阳射线和宇宙射线激励的高空环境，大气受到电离的区域称为大气电离层（ionosphere）一般来说，海拔60km以上的高空中，大气处于完全电离或部分电离的状态。利用天波传播信号时，电离层会将电磁波反射，一次反射可以跳跃100～5000km的距离。在这种环境中，长波信号可以经过电离层反射，因此传播较远，但同时电离层极不稳定，会导致长波信号的干涉和衰落，因此天波传播主要以短波通信使用较多。

相对于天波传播而言，地波传播主要与大地的导电率有关。沿着地球表面的地波传播比较稳定，在陆地上的传播距离最高可达几百公里，传播损耗好，绕射能力强，且不会受到大气电离层影响。