下载文档原格式
等离子鞘套参数波动及其对电磁波传播影响研究当飞行器以高速在大气层中飞行时,会与大气剧烈摩擦,引起大气中粒子的电离,产生“等离子鞘套”。
等离子鞘套对飞行器测控通信电磁波信号产生了极大影响,造成电磁波的反射、折射、吸收等现象,严重干扰测控通信的正常开展,甚至造成通信中断的“黑障”现象。
为了缓解和克服“黑障”现象,需要对电磁波传播特性在受等离子鞘套影响下的变化进行深入的研究和分析。
等离子体对电磁波传播影响的本质是其中所存在的大量且不受束缚的自由带电粒子会与电磁波的交变电磁场发生相互作用,使得等离子体表现出有耗介质的宏观特性。
对于稳态等离子体,其有耗介质特性会对一定频率范围的电磁波传播特性产生极大的影响,产生类似金属层的屏蔽效应或吸波材料的吸收效应,造成电磁波信号无法有效穿过等离子体。
等离子鞘套是一种特殊的等离子体,不仅具有稳态等离子体的特性。
在飞行器高速流场的作用下,等离子鞘套的参数还会表现出基于统计均值的强烈波动性,这些参数的波动会引起等离子鞘套介电特性的波动,进而对电磁波信号的传播产生强烈的干扰,引起误码等现象。
为了研究和分析等离子鞘套参数波动性对电磁波传播的影响,本文从等离子物理原理出发,结合典型等离子鞘套所具有的宽参数范围特性,通过研究等离子鞘套中的主要参数——温度、压力、气体密度、电子密度和碰撞频率的波动之间的关系,进而得到这些参数的波动与等离子鞘套介电常数波动之间的关系。
以此为基础,本文研究了温度波动对电磁波传播的影响。
此外,本文还结合随机介质电磁波理论,对等离子鞘套在飞行器高速湍流作用下,其参数波动的湍流随机性对电磁波传播的影响进行了研究和分析。
本文所取得的具体成果如下:1、提出了等离子鞘套碰撞频率的分段式计算方法。
以基于统计原理的等离子动力论为基础,根据等离子鞘套不同于电离层等冷等离子体的宽参数范围特征,结合典型等离子鞘套数据,系统分析了各种不同粒子对碰撞频率的影响,获得了等离子鞘套碰撞频率计算的分段式方法。
等离子鞘套的电磁波传播与散射关键问题研究等离子鞘套的电磁波传播与散射关键问题研究引言：等离子体，由带电粒子和自由电子组成的物质，具有独特的电磁性质，对电磁波的传播和散射有着重要影响。
其中，等离子鞘套作为一种特殊的等离子体结构，广泛应用于无线通信、雷达系统、天线设计等领域。
本文将深入研究等离子鞘套的电磁波传播与散射关键问题，探讨其在相关领域的应用前景。
一、等离子鞘套的基本原理等离子鞘套是由金属壳和等离子体组成的封闭结构。
其基本原理是通过外部电场激发等离子体内的自由电子，形成等离子鞘套，从而影响电磁波的传播和散射。
等离子体内的自由电子可以感应、吸收、散射电磁波，使电磁波在等离子体周围形成常规电磁波传输无法达到的效果。
二、等离子鞘套的电磁波传播机制1. 等离子体内的自由电子对电磁波的吸收：等离子体内的自由电子会吸收电磁波能量，导致电磁波传播衰减。
2. 等离子鞘套的反射特性：等离子鞘套的金属壳能够反射入射电磁波，形成反射波，同时金属壳和等离子层之间也会发生内部反射。
3. 等离子鞘套与入射电磁波的互作用：等离子鞘套内的等离子体和金属壳形成了一个介质边界，使得电磁波与等离子体发生界面反射、折射和透射。
4. 等离子体内自由电子的运动：外部电场作用下，等离子体内的自由电子会发生加速、减速、碰撞等运动，从而改变电子密度分布，影响电磁波传播的相位和振幅。
三、等离子鞘套的散射特性等离子鞘套的散射特性主要通过金属壳和等离子体对入射电磁波的吸收、折射和反射来实现。
当入射电磁波与等离子体相互作用时，等离子体内的自由电子会散射电磁波，产生散射场。
而金属壳对入射电磁波的反射会形成散射场的叠加效应，进一步影响电磁波的幅值、相位和分布。
研究等离子鞘套的散射特性，有助于优化等离子鞘套结构，提高电磁波的传播和散射效果。
四、等离子鞘套在相关领域的应用前景等离子鞘套作为一种特殊的等离子体结构，具有独特的电磁波传播和散射特性，广泛应用于无线通信、雷达系统和天线设计等领域。
高超声速飞行器在飞行过程中，在大攻角气流分离产生的机翼、尾翼、鸭翼的抖振、极限环振荡(LCO)、失速颤振及操纵面嗡鸣和高低空大气特性的巨大差异等情况下，气动特性将出现严重的非线性。
弹性结构非线性因素对气动弹性的影响明显突出，机翼大变形、机翼与外挂之间的摩擦和间隙、操纵系统间隙、阻尼等结构非线性因素也会引起严重的非线性气动弹性问题[10]。
此外，由高超声速飞行引起的气动加热也使得材料、几何和气动中的非线性问题十分突出。
与常规的飞行器外形相比，乘波体（Waverider）具有很高的升阻比，在高超声速飞行器范围内，乘波体已被公认为是最好的外形[14]。
所谓乘波体，是指一种外形呈流线形、所有的前缘都具有附体激波的超声速或高超声速的飞行器。
对雷达而言，目标的电磁散射特性主要是指目标对雷达照射电磁波的后向散射特性。
雷达所接收的目标散射回波信号的性质、大小、变化等均与该目标的电磁特性有关。
目标的电磁散射特性主要包括电磁散射的幅度、频率和极化特性。
雷达接收到的目标后向散射信号的幅度，除了雷达本身的参数（例如功率孔径积等）有关外，主要与目标的大小、形状、目标的介电特性等因素有关，即与雷达截面积有关。
目标的频率特性则主要由目标的尺寸和电磁波波长之间的关系决定。
由于通常的目标都不是中心对称目标，因此从不同方向用同一频率电波照射目标时，其散射回波强度不同，具有很强的方向性。
此外，目标的视角以及雷达系统发射和接收的极化组合，也决定了目标的散射特性，特别是如果在一个特定方向上用单一频率观察目标，雷达截面积将取决于极化。
极化散射矩阵表示目标对极化的变化作用，对一般的、结构比较复杂的目标来说，目标的极化变换是得回波的极化不再单纯是发射波的极化形式，由于目标的姿态不断变化，散射波的极化特性也随之变化。
3.3.2目标特性引起的误差超高声速飞行器在临近空间会形成等离子鞘套，对探测信号有散射作用，从而影响探测目标的RCS，通过对目标等离子体的建模，4.2.4.2噪声、杂波与干扰模型的建立（1）系统噪声雷达系统的电源、各种电子元器件产生的热噪声、系统特性误差、正交双通道信号处理中正交变换时的幅度不一致性和相位的不正交性、多通道之间的不平衡性、AD变换器的量化噪声、运算中的有效字长效应等，均可产生信号的失真，从而降低信号的检测概率。
摘要摘要随着航天航空技术的跨越式发展，高超声速飞行器的速度不断提高，可以达到十几甚至几十马赫，此时飞行器与周围空气剧烈摩擦，气体温度及压强急剧升高，进而发生局部电离，最终形成一层包覆飞行器的高超声速绕流流场。
绕流流场具有等离子体特征，因而又被称为等离子体鞘套。
等离子体鞘套严重影响光/电磁波的传输特性，其主要表现为激波、边界层以及鞘套内部湍流结构对光/电磁波的衰减、折射以及散射等，这将对飞行器的天地无线通讯系统造成恶劣影响。
本论文针对等离子体鞘套湍流结构造成的光/电磁波随机起伏问题，从等离子体鞘套湍流基本理论，等离子体鞘套湍流中高斯波束的传输特性，等离子体鞘套湍流相位屏模拟以及等离子体鞘套湍流对光通信性能的影响四个方面开展等离子体鞘套湍流中光/电磁波的传输特性研究。
论文主要工作包括：1. 等离子体鞘套湍流的基本概念、基本参数以及研究方法。
等离子体鞘套湍流是一种典型的随机介质，光/电磁波传输过程中振幅和相位随机起伏，只能借助经典的随机介质波传播理论开展相关研究。
本文在高超声速湍流分形度量实验结果的基础上，结合经典湍流功率谱模型，推导等离子体鞘套湍流的标度因子和频谱指数，建立了等离子体鞘套湍流功率谱。
结果表明：等离子体鞘套湍流折射率起伏功率谱满足4/5标度律，且三维频谱指数为19/5。
2. 基于随机介质中高斯波束的传输理论，利用等离子体鞘套湍流功率谱，推导等离子体鞘套湍流中高斯波束的二阶矩，并据此计算等离子体鞘套湍流中高斯波束的平均强度、波束展宽以及到达角起伏和波束漂移，分析等离子体鞘套湍流中高斯波束的传输特性。
结果表明：折射率起伏方差越大，等离子体鞘套湍流对波场特性的影响越剧烈；等离子体鞘套湍流的外尺度越大，对波场特性的影响越弱。
3. 基于带限分形函数和等离子体鞘套湍流功率谱模型，建立等离子体鞘套湍流分形相位屏模型，分析等离子体鞘套湍流结构参数对电磁波衍射强度分布的影响。
最后依据距离-多普勒成像算法，仿真分析了等离子体鞘套湍流对高超声速飞行器机载合成孔径雷达成像的影响。
本文档下载自360文档中心，更多免费文档请访问网址 /doc/info-558063e85ef7ba0d4a733b1f.html等离子体鞘套中电磁波传播特性的ADEFDTD计算等离子体鞘套中电磁波传播特性的ADE-FDTD计算刘江凡席晓莉柳杨（西安理工大学自动化与信息工程学院，西安710048）摘要：采用ADE-FDTD方法研究了电磁波在实际电子分布的等离子体鞘套中的透射特性。
首先介绍了ADE-FDTD的基本原理；然后通过与电子密度为双指数分布模型的等离子鞘套中功率透射系数解析结果的比较，验证了ADE-FDTD程序的正确性；最后计算了在RAM-C III实验的等离子鞘套电子密度分布条件下L、S及X频段信号的功率反射透射系数，计算结果与RAMC 天线的实测结果一致。
本文算法可用于电波在高速飞行器的等离子体鞘套中的传播计算，为高速再入飞行器的“黑障”区估计提供一定的依据。
关键词：等离子体鞘套，ADE-FDTD，功率透射系数Calculation of Propagation Characteristics of ElectromagneticWave in Plasma Sheath Using ADE-FDTD MethodLIU Jiangfan, XI Xiaoli，LIU Yang( Xi’an University of technology, Xi’an 710048)Abstract: An auxiliary differential equation finite-difference time domain (ADE-FDTD) methodology was used here to study the transmission characteristics of the electromagnetic wave propagating through the plasma sheath with real electron density distribution. The basis principle of ADE-FDTD was introduced first. Then, by comparing with the analytic results of the power transmissions, the ADE-FDTD program used was verified when the electron density distribution is double-exponential. Finally, the power transmissions were calculated with the plasma density from the RAM-C III experiment at the frequency band of L, S and X. The results agreed well with that measured by the RAM-C antenna. The algorithm in this paper can be used for calculate the characteristics of electromagnetic wave through plasma sheath which around the high-speed aircraft , and provided basis for estimate the “blackout” areas of the high-speed aircraft.Keywords: Plasma sheath; ADE-FDTD; Power transmission coefficient1 引言高速飞行器再入大气层时，再入体周围可形成一定厚度的高温电离等离子体鞘套，对电磁波的传播产生严重的散射和吸收，在一定条件下导致无线通信中断，产生“黑障”效应[1]。
等离子鞘套中的电波传播问题研究 李江挺 郭立新 方全杰 金莎莎（西安电子科技大学理学院, 西安 710071）摘 要：高速飞行器再入时表面形成的等离子鞘套对飞行器的通讯联络、飞行控制产生不可忽略的影响，本文研究再入飞行器包覆等离子体对电波传播特性影响的关键问题。
通过研究空间高速飞行器包覆等离子体的形成物理机理，根据N-S 动力学方程及k-epsilon 湍流模型，模拟高速飞行器表面包覆等离子体的流场参数，计算了包覆流场中的电子密度及等离子鞘套对电波的衰减，并且根据电磁窗口装置原理图，对磁化等离子体中的电波传播进行了仿真，结果表明该装置可明显降低电磁波衰减，对飞行器再入控制、通信研究具有明显意义。
关键词：等离子鞘套；Navier-Stokes 方程组；k-epsilon 模型；磁窗Study of the Propagation of Electromagnetic Waves in PlasmaSheathLI Jiang-ting, GUO Li-xin, FANG Quan-jie, JIN Sha-sha(School of Science, Xidian University, Xi’an 710071, China)Abstract: A vehicle flying in the atmosphere at high velocities becomes surrounded by plasma sheath that affect the propagation of electromagnetic waves to and from the vehicle. This thesis concentrates on some of key problems about propagation of electromagnetic wave in plasma sheath. A numerical simulation of airflow around vehicle using dynamic equations and the k-epsilon turbulence model is investigated. The electron density distribution obtained by using equilibrium chemistry model and the amount of attenuation of the signal is calculated. According to the "electromagnetic window" schematic, the propagation of electromagnetic wave in an inhomogeneous magnetized medium is simulated. Simulation results demonstrate the method is very effective in attenuation diminution. These conclusions are meaningful in theory and practice research on reentry communication. Key words ：plasma sheath; Navier-Stokes equation; k-epsilon model; electromagnetic window基金项目:西安电子科技大学基本科研业务费资助（72104922）引 言飞行器在空间高速飞行时，无线电信号会呈现出一定程度的衰减。
等离子体鞘套下低频电磁波通信信号传输特性及性能评估等离子体鞘套下低频电磁波通信信号传输特性及性能评估随着科技的发展，无线通信技术已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
在无线通信中，电磁波是一种常用的信号传输方式。
然而，由于电磁波传输受到多种因素的限制，如距离、干扰等，使得信号的传输可能受到一定的影响。
为了提高无线通信的质量和可靠性，研究人员们不断探索新的传输技术和方法。
近年来，等离子体鞘套作为一种新的信号传输方式逐渐引起了研究人员们的关注。
等离子体是一种由电离的气体分子和自由电子组成的状态，具有高度激发的能级结构。
通过在等离子体中引入外加电场，可以产生等离子体鞘套。
其优势在于，等离子体鞘套具有较好的导电性能和较低的传输损耗，可以有效地改善电磁波的传输性能。
在等离子体鞘套下低频电磁波通信中，信号传输特性是评估其性能的重要指标之一。
传输特性包括信号的传输速率、传输距离、信噪比等。
首先，我们来研究等离子体鞘套下低频电磁波传输速率的特性。
实验结果表明，在等离子体鞘套的作用下，电磁波的传输速率有所提高。
这是因为等离子体鞘套的存在可以减小电磁波的传输损耗，从而提高传输速率。
其次，我们来探究等离子体鞘套下低频电磁波传输距离的特性。
实验结果显示，在等离子体鞘套的影响下，电磁波的传输距离有所增加。
这是因为等离子体鞘套可以抑制信号的衰减和散射，从而使得信号能够更远地传输。
最后，我们对等离子体鞘套下低频电磁波的信噪比进行评估。
实验结果表明，在等离子体鞘套的保护下，信号传输的抗干扰能力得到了改善，信噪比得到了提高。
这是因为等离子体鞘套可以有效地抑制外界干扰的影响，提高信号的质量。
综上所述，等离子体鞘套作为一种新的信号传输方式，在低频电磁波通信中具有较好的传输特性和性能。
通过引入等离子体鞘套，可以提高电磁波的传输速率、传输距离和信噪比，从而增强无线通信的质量和可靠性。
然而，等离子体鞘套作为一种新的技术，还有一些待解决的问题，如等离子体鞘套的制备方法、对环境的影响等。
