資源描述：
《有耗分層媒質(zhì)中生命信號的傳輸特性論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、有耗分層媒質(zhì)中生命信號的傳輸特性論文.freeledia;propagationcharacteristic;vitalsignalsAbstract:AIMTostudythepropagationcharacteristicofvitalsignalsinlayeredmedia.METHODSbiningthetheoryofpropagationinthelossylayeredmediaulation，thepropagationcharac-teristicediaediaparametersandpropagationcharacte
2、risticillimeterediumisnearlyconstant.0引言生命探測系統(tǒng)，利用目標的電磁散射特性探測有耗分層媒質(zhì)（如建筑廢墟、泥土、積雪等）中的生命存在.根據(jù)電磁波照射人體，其反射波中必然加載有人體的生理信息，人體微動與回波幅度、相位等之間具有相關(guān)性［1，2］，系統(tǒng)通過接收、處理生命目標的反射回波信號可探測出生命目標在分層媒質(zhì)中的位置及生命特征（如人體呼吸、心跳等參數(shù)），但生命探測系統(tǒng)發(fā)射的信號是在有耗分層媒質(zhì)中傳輸?shù)?，有耗分層媒質(zhì)對系統(tǒng)發(fā)射波及接收回波傳輸特性的影響較大.我們的目標是研究在有耗分層媒質(zhì)中生命信號的傳輸特性.通過
3、對有耗分層媒質(zhì)反射系數(shù)、透射系數(shù)、介質(zhì)損耗系數(shù)、介質(zhì)界面?zhèn)鬏斚禂?shù)等傳輸特性在整個復頻域內(nèi)特性的分析與比較，給出了生命信號（載波為毫米波段）在其中傳輸時場強振幅損耗、界面?zhèn)鬏斚禂?shù)與載波頻率、媒質(zhì)分層厚度之間的關(guān)系.理論分析和計算結(jié)果一致，為研制有耗分層媒質(zhì)生命探測系統(tǒng)提供了理論依據(jù).1傳輸特性分析有耗分層媒質(zhì)中生命探測的基本原理如Fig1所示.假設(shè)有耗分層媒質(zhì)磁導率、介電常數(shù)、電導率分別為μ1，μ2，…，μN、ε1，ε2，…，εN和σ1，σ2，…，σN，空氣中磁導率、介電常數(shù)分別為μ0，ε0，電導率為零.雖然生命信號在有耗分層媒質(zhì)中的傳輸特性主要由媒
4、質(zhì)反射系數(shù)、透射系數(shù)、損耗系數(shù)、界面?zhèn)鬏斚禂?shù)等參數(shù)決定，考慮到生命探測系統(tǒng)向分層媒質(zhì)表面發(fā)射電磁波，一部分以反射系數(shù)R反射回空氣中，另一部分以透射系數(shù)T傳輸?shù)椒謱用劫|(zhì)中，由于系統(tǒng)探測的是分層媒質(zhì)中的生命目標情況，因此我們感興趣的是透射到分層媒質(zhì)中的信號傳輸情況.圖1略由電磁理論分析可知，當電磁波以平行極化（電場方向平行于電磁波入射方向）入射到有耗分層媒質(zhì)時，平面分層媒質(zhì)的反射系數(shù)及透射系數(shù)可由如下公式［3］求出:T0=1t∏Nn=1MnS1R其中t=∏Nn=0tn，n+1;tn，n+1=1-rn+1，nrn+1，n=μnγn+1+μn+1γnμnγ
5、n+1-μn+1γn;S=1-γN+1，N-γN+1，N1Mn=exp（-γndn）-rn，n-1exp（-γndn）-rn，n-1exp（γndn）exp（γndn）;γn=an+jβnan=ωμnεn21+σnωεn2-11/2;βn=ωμnωn21+σnωεn2+11/2這里R是反射系數(shù)，T是透射系數(shù)，ω是入射波頻率.此時，介質(zhì)界面?zhèn)鬏斚禂?shù)為［4］:P1=2η1/（η0+η1），P2=2η2/（η1+η2），…，PN=2ηN/（ηN-1+ηN）式中，η0=（μ/ε）1/2為空氣中的波阻抗，ηn為有耗分層媒質(zhì)中的復數(shù)波阻抗:ηn=（μn/εn）
6、1/2=［μn/（εn+σn/jω）］1/2γn為有耗分層媒質(zhì)中的復數(shù)傳播常數(shù)，有γn=ω（μnεn）1/2=［μn（εn+σn/jω）］1/2=an+jβn并且有耗分層媒質(zhì)中的電磁波，在傳播方向上，波的振幅按指數(shù)律減?。?］，其損耗系數(shù)為上式中的an.對于某些低損耗媒質(zhì)，并且它們的電導率σ都極低，當滿足σ/（ωε）10-2條件時，其損耗系數(shù)an可近似為:an≈σn（μn/ωn）1/2/2系統(tǒng)工作于有耗分層媒質(zhì)環(huán)境中，信號傳輸不僅受到媒質(zhì)損耗系數(shù)的影響，而且受到媒質(zhì)界面?zhèn)鬏斚禂?shù)的影響.當系統(tǒng)發(fā)射信號頻率高于一定值后，即可滿足σ/（ωε）10-2的條
7、件，此時媒質(zhì)損耗系數(shù)基本與頻率無關(guān).2結(jié)果對于單層媒質(zhì)，即為Fig1中N=1時的情況.此時分界面有兩個，界面（1）與界面（2）.已知界面（1）、界面（2）的傳輸系數(shù)為P1，P2，則有耗單層媒質(zhì)的損耗系數(shù)為a1，界面?zhèn)鬏斚禂?shù)為:P=P1P2=4η0η1/（η0+η1）2當媒質(zhì)參量分別為:εr1=4，μr1=1，σ1=10-4;εr1=10，μr1=1，σ1=10-2時，即媒質(zhì)為干燥土壤或潮濕土壤［4］條件下，在1～50GHz的頻帶范圍內(nèi)計算信號在有耗媒質(zhì)中的振幅衰減系數(shù)以及其界面?zhèn)鬏斚禂?shù)，即信號在有耗媒質(zhì)中傳輸?shù)念l譜特性，如Fig2所示.這里界面（1
8、）和界面（2）的外側(cè)均為空氣介質(zhì)，即εr0=1，μr0=1，σ0=0，媒質(zhì)厚度為d1=0.5m.Fig3給出了頻率為2GH
