等离子体中的涡旋电磁波传播研究

目前对涡旋电磁波的产生方法及应用已经有很多理论及实验上的研究,但对于其传播过程的研究还非常缺乏,尤其是在电离层等离子体中的传播过程的研究.本文建立了柱坐标系下的时域有限差分方法模型,推导了柱坐标系下的边界吸收方法,在此基础上计算了涡旋电磁波在真空及等离子体中的传播过程,同时模拟了等离子体密度在涡旋电磁波作用下的时空演化过程.模拟结果表明：通过阵列天线模型产生的涡旋电磁波在真空中传播时涡旋的形状不会改变;在等离子体介质中,涡旋波的传播依然遵循线性理论,当涡旋电磁波遇到截止频率的等离子体时也会有明显的反射,并产生驻波;同时,在等离子体中涡旋波依然可以保持涡旋形态;涡旋波对等离子体的线性作用使得等离子体也呈现出涡旋态,与实验中的观测相符.以上的模拟结果能为涡旋电磁波加热电离层的实验以及未来在短波通信方面的应用提供理论支持.本文建立的涡旋波在等离子体中的传播模型也为进一步研究涡旋波与等离子体的非线性相互作用打下了基础.     

空间电荷波传播特性的PIC粒子模拟

采用周期性边界条件的二维准静电PIC粒子模拟程序对空间电荷波的产生及传播过程进行了数值模拟,给出了静止和一维定向漂移空间电荷波的产生及传播特性随等离子体参数变化的关系,通过单电子跟踪的方法,得到了波动过程带电粒子的空间状态的变化规律。其结果,将作为进一步实现空间电荷波与电磁波产生波一波相互作用过程模拟的基础。     

基于三波相互作用的等离子体变频技术的粒子模拟

采用等离子体粒子模拟方法,探索无界漂移等离子体中空间电荷波与电磁波所发生的非线性波一波相互作用,对应用这一相互作用过程所产生的散射波的频移特性,寻找产生最大限度频移的散射波物理途径以及实现这一过程对等离子体参数的技术要求。详细讨论等离子体影响散射电磁波频率特性的物理因素及产生隐身的原因。     

电离层加热中朗缪尔湍动的数值模拟研究

应用广义Zakharov模型, “全尺度”模拟了大功率电波垂直注入电离层后电磁波与电离层的非线性相互作用.在寻常波(O波)反射点附近, 无线电波参量衰减为电子等离子体波和离子声波两种波模, 接着, 伴随着坍塌、空洞形成以及强烈电子等离子体波的俘获相关过程, 形成的空洞会导致慢非寻常波(Z波)的有效激发并能向密度更高的电离层区域传播.模拟结果表明:在毫秒量级的时间尺度内, 大功率高频电波在电离层等离子体中的O波反射点附近激发出了电子朗缪尔波和离子声波, 同时波粒相互作用导致O波向Z波的转换并传播向更高区域.此研究有助于对参量衰减不稳定性的物理机制形成较直观的印象, 对理解大功率高频电波与电离层等的非线性相互作用也很有益处.     

不均匀磁等离子体的隐身机理——圆极化电磁波的碰撞吸收

研究了圆极化电磁波在不均匀磁等离子体的传播和吸收。讨论了不均匀磁化等离子体片对平行于磁场方向传播的左、右旋圆极化电磁波的碰撞吸收，计算了不同条件下衰减率。计算表明，当电磁波的频率接近电子碰撞频率时，磁等离子体对电磁波的吸收达到最大值。当入射电磁波的频率很低时，不均匀磁化等离子体中磁撞对雷达波的吸收非常小。当入射电磁波频率较高时，等离子体的碰撞对入射电磁波的衰减很有效。     

等离子体隐身的极化损耗机理

通过等离子体对电磁波的折射效应和吸收衰减实现隐身是等离子体隐身技术的基本机理，但同时，磁化等离子体还可以通过改变电磁波的极化方式造成雷达波的极化损耗。文中研究了极化雷达波在磁化等离子体中传播时的法拉第旋转、双折射等现象，分析了这些效应使雷达波产生极化损耗的机理。结果表明磁化等离子体对雷达波的极化损耗在理论上是完全成立的，其效果也相当显著。     

等离子体隐身中天线参数的数值计算

研究了电磁波沿被轴向对称柱形等离子体包围的天线传播特性.通过对传播波矢、辐射方向图等天线参数分析,表明等离子体层在实现隐身同时,天线波矢、辐射方向图等参数也随等离子体密度、厚度等参数变化,一方面等离子体对电磁波的吸收,波矢衰减系数有增大的趋势,另一方面等离子体密度大于一定密度时,会增加天线的有效半径,使衰减系数减少,这些结果对于设计等离子体隐身具有一定参考价值.     

电子对抗新途径——等离子体隐身技术

隐身技术在现代战争中具有很重要的作用,为了在未来战争中获得主动权,各国都非常重视飞行器在隐身技术方面的研究与发展。等离子体属于一种新颖隐身技术,它是实现雷达隐身的一种新途径,是雷达隐身技术的最新发展。论述了等离子体隐身的基本原理。通过理论分析和数值模拟,计算了电磁波在等离子体中的反射、吸收衰减与等离子体碰撞频率、电磁波频率的关系,并对实现等离子体隐身进行研究,结果表明,利用等离子体对雷达波隐身是可行的。     

弱电离高超声速流场对太赫兹波传播影响

在再入飞行过程中生成的等离子体鞘套对电磁波传播的影响引起了很多的关注。包覆飞行器的等离子体鞘套通常为一团弱电离的气体。等离子体鞘套的存在会影响飞行器与地面间的通信,甚至带来通讯黑障问题。为了解决这一问题,进行了大量的研究并提出提高电磁波频率可以成为一种解决方式。随着可以生成高强度太赫兹源的设备出现,电磁波与等离子体间相互作用在微波波段的研究局限被打破,高频率的太赫兹波与等离子体间的相互作用也引起了更多关注。通过计算流体力学方法对包覆飞行器的热力学和化学动力学非平衡流体进行数值计算可以得到包覆高超声速飞行器的流场分布, 以此可以得到等离子体鞘套的电磁特性。通过数值计算得到四种飞行场景下的等离子体鞘套,并分析了不同传播路径下太赫兹波与等离子体鞘套的相互作用,结果表明:当飞行高度较低,鞘套等离子体密度较大时,太赫兹波具有穿过等离子体鞘套的能力,可以为通讯黑障问题的解决提供理论支持。     

电磁波在等离子体中的吸收特性和反射特性研究

飞行器再入时会形成等离子鞘套,而等离子鞘套的形成会严重影响电波的传播,造成通信障碍。因此,需要研究电磁波在等离子鞘套中的传播特性,该文通过理论分析推导了电磁波在等离子体中传播的条件和沿不同方向传播时电磁波传播特性的计算方法。同时利用理论推导的结果来研究了电磁波在等离子体中的吸收特性和反射特性,其结果具有很高的准确性。     

电磁波在等离子体中的传播衰减

针对通信黑障的问题,文中从电磁波在等离子体中的传播特性出发,利用Matlab数值仿真,研究不同电磁波频段,不同等离子体参数,包括等离子频率、碰撞频率、等离子温度、压强等对电磁波传播衰减的影响,以及外加磁场作用下,不同极化的电磁波在等离子体层的传播衰减特性。研究结果表明:外加磁场可明显降低圆极化电磁波衰减,并且当外加磁场满足一定条件,大于最小磁场强度时,电磁波衰减小于10 dB;且同等条件下右旋极化比左旋极化电磁波的衰减更小,为了获得较小的电磁波衰减,右旋极化电磁波所需的磁场强度也小于左旋极化。     

电磁波在等离子体中的吸收特性和反射特性研究

飞行器再入时会形成等离子鞘套,而等离子鞘套的形成会严重影响电波的传播,造成通信障碍。因此,需要研究电磁波在等离子鞘套中的传播特性,该文通过理论分析推导了电磁波在等离子体中传播的条件和沿不同方向传播时电磁波传播特性的计算方法。同时利用理论推导的结果来研究了电磁波在等离子体中的吸收特性和反射特性,其结果具有很高的准确性。     

相对运动等离子体平板与电磁波相互作用研究

高超声速飞行器在飞行过程中,由于高温高压的作用,会在飞行器表面形成一层等离子体鞘层,飞行器及其等离子体鞘层相对于地面测控中心做高速相对运动,对目标物电磁回波会带来严重影响.此外,等离子体鞘层的时变特性,也会对目标物雷达回波进行调制,使测控中心难以识别、跟踪目标.本文利用Lorentz-FDTD方法研究了相对运动等离子体鞘层与电磁波之间的相互作用,并分析了等离子体鞘层的相对运动特性和时变特性对电磁波造成的影响,发现运动的时变等离子体除了对电磁波造成多普勒频移外,还会对入射波频谱进行调制.     

等离子体与电磁波相互作用FDTD 数值模拟

围绕等离子体与电磁波相互作用的问题,将气体分子动力学与电磁场理论相结合,基于玻尔兹曼方程和麦克斯韦方程建立了等离子体与电磁波相互作用自洽模型,为了对模型进行验证,将该方法与经典的电流密度卷积时域有限差分法进行对比,以一维情况下电磁波由自由空间向等离子体内传播为例,应用时域有限差分法对二者进行了数值仿真,仿真结果证明了所建立模型的正确性。此外,基于该模型仿真分析了等离子体参数对电磁波在等离子体中传播的影响,为等离子体与电磁波相互作用的研究提供了一种新思路和新方法。     

非磁化等离子体密度与目标雷达隐身的关系

对不均匀非磁化等离子体密度与目标隐身的关系进行了研究，给出了等离子体电子密度线性分布和指数分布时，雷达电磁波的频率、电子碰撞频率、等离子体密度对电磁波衰减的影响。研究发现，等离子体的自由电子密度越高，电磁波的能量衰减越快。     

不均匀等离子体球的电磁波轨迹及其应用

分析了非均匀等离子体球对电磁波的折射隐身。用变分法给出了电磁波在等离子体球中的轨迹。讨论了等离子体自由电子密度分布与电磁波的返转点、目标的RCS缩减的关系。分析发现，等离子体的电子密度变化对目标隐身效果影响很大，等离子体的电子密度随伴径变化得越快隐身效果越好。     

高功率微波在大气击穿时的传输特性研究

讨论了高功率微波大气击穿的微观机理，研究了电磁波在其中的传播特性，并进行了数值模拟。结果表明，在低密度等离子体中，场的反射很小，电磁波几乎没有能量损耗；在高密度等离子体，反射和传输同时存在，反射强度将逐渐增强，透射强度将逐渐减弱。