本文關(guān)鍵詞：電磁波在等離子體鞘套中傳播的非線性效應(yīng)研究

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【摘要】：高速飛行器在飛行再入大氣的過程中,一般飛行速度都會(huì)達(dá)到十幾馬赫,在飛行器的頭部(與空氣接觸)的地方會(huì)形成一種激波。激波與飛行器頭部之間的溫度極高,這樣就會(huì)導(dǎo)致包覆在飛行器周圍的空氣電離,形成一個(gè)等離子體層,同時(shí)由于很高的溫度,會(huì)使飛行器表面的隔熱材料發(fā)生燒蝕,產(chǎn)生燒蝕顆粒,等離子體與燒蝕顆粒共同混合,即所謂的“等離子鞘套”。鞘套的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了飛行器與地面站通信。等離子體鞘套本質(zhì)是由等離子體構(gòu)成的,但與普通的等離子體相比,自身又具有非常復(fù)雜的特性,例如時(shí)變,非線性以及邊界效應(yīng)等等。電磁波在等離子體鞘套中的傳播與相互作用機(jī)理對(duì)高超聲速飛行器再入通信有著很重要的作用。在地面站與飛行器通信時(shí),當(dāng)大功率電磁波入射到等離子鞘套中時(shí),大功率電磁波的熱效應(yīng)會(huì)使電子溫度發(fā)生改變,進(jìn)而影響等離子體的電磁特性。同時(shí)等離子體鞘套中氣體的湍流結(jié)構(gòu)的存在,也會(huì)對(duì)電波傳播造成極大的影響。本文針對(duì)電磁波在等離子體中的衰減,自相互作用以及湍流對(duì)電波的影響三個(gè)方面開展了研究。1.等離子體中波的衰減非線性效應(yīng)。論文在分析等離子體鞘套介電常數(shù)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了線性衰減的衰減系數(shù)以相位常數(shù)的表達(dá)式,并將其推廣到非線性衰減的情況,在考慮非線性響應(yīng)的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了衰減常數(shù)以及相位常數(shù)的表達(dá)式,并對(duì)兩種情況進(jìn)行了仿真對(duì)比分析;建立鞘套傳輸矩陣模型,計(jì)算鞘套中的反射系數(shù)以及透射系數(shù),分析其隨著入射波頻率和碰撞頻率的變化規(guī)律。2.電磁波在等離子體鞘套中的自相互作用。建立電磁波在鞘套中傳播時(shí)電磁波對(duì)電子的加熱模型,推導(dǎo)電子溫度、碰撞頻率以及介電常數(shù)隨著入射波振幅變化的表達(dá)式,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析,得出了入射波場(chǎng)對(duì)鞘套參數(shù)的影響�？紤]到等離子體也會(huì)對(duì)入射到其中的電磁波產(chǎn)生作用,影響電磁波在鞘套中的傳播問題,建立了電磁波在等離子體鞘套中相互作用模型,通過仿真計(jì)算了自作用因子,分析了場(chǎng)振幅隨著入射場(chǎng)強(qiáng)的變化規(guī)律。3.等離子體鞘套中分形湍流對(duì)電波傳播的影響。首先介紹了等離子體鞘套中的分形以及分形維數(shù),引進(jìn)分形相位屏進(jìn)行建模,并對(duì)透過相位屏的衍射強(qiáng)度進(jìn)行了仿真計(jì)算,再此基礎(chǔ)上將一維分形相位屏推廣到二維,對(duì)二維分形相位屏進(jìn)行了模擬,并且對(duì)平面波透過二維相位屏的衍射進(jìn)行了分析。
【關(guān)鍵詞】：等離子體鞘套 非線性效應(yīng) 自相互作用 分形
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V219;O441.4;O53
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號(hào)對(duì)照表11-13
• 縮略語對(duì)照表13-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 研究背景以及意義16-17
• 1.2 電磁波在等離子體鞘套中非線性效應(yīng)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 論文的內(nèi)容安排以及創(chuàng)新19-22
• 第二章 等離子體鞘套的產(chǎn)生及其電磁特性基本理論22-34
• 2.1 等離子體鞘套基本概述22-29
• 2.1.1 等離子體特征參數(shù)23-25
• 2.1.2 等離子體的基本特性25-29
• 2.2 關(guān)于麥克斯韋速率分布29-31
• 2.3 等離子體鞘套與電磁波的相互作用31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第三章 等離子體鞘套中電磁波的衰減非線性效應(yīng)34-48
• 3.1 概述34
• 3.2 等離子體介電常數(shù)34-36
• 3.3 電磁波在等離子體內(nèi)的衰減及透射36-41
• 3.3.1 線性情況時(shí)等離子體衰減常數(shù)36-37
• 3.3.2 等離子體非線性衰減常數(shù)37-39
• 3.3.3 傳輸矩陣模型理論39-41
• 3.4 仿真結(jié)果及分析41-46
• 3.4.1 等離子體鞘套中衰減特性41-43
• 3.4.2 非線性情況下等離子體鞘套中衰減特性43-45
• 3.4.3 等離子體鞘套的反射以及透射特性45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第四章 等離子體鞘套中電磁波的自相互作用48-62
• 4.1 概述48
• 4.2 電磁波對(duì)等離子體加熱48-52
• 4.3 仿真結(jié)果分析與討論52-55
• 4.3.1 等離子體頻率與入射波場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系52-53
• 4.3.2 等離子體碰撞頻率與入射波場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系53-54
• 4.3.3 等離子體介電常數(shù)與入射波場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系54-55
• 4.3.4 等離子體衰減常數(shù)與入射波場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系55
• 4.4 等離子體鞘套對(duì)入射電波的作用55-60
• 4.4.1 理論模型55-57
• 4.4.2 模擬仿真與結(jié)果分析57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 等離子體鞘套中分形湍流對(duì)電波傳播的影響62-80
• 5.1 概述62
• 5.2 分形以及分形維數(shù)62-64
• 5.2.1 分形62-63
• 5.2.2 分形維數(shù)63-64
• 5.3 一維布朗運(yùn)動(dòng)64-65
• 5.4 等離子體鞘套中折射率起伏功率譜65-67
• 5.5 鞘套中一維分形相位屏模擬及衍射分析67-73
• 5.5.1 分形模型67-69
• 5.5.2 湍流大氣中一維分形相位屏的衍射69-71
• 5.5.3 仿真結(jié)果及分析71-73
• 5.6 鞘套中二維分形相位屏仿真及衍射分析73-78
• 5.6.1 二維分形相位屏模擬73-75
• 5.6.2 二維分形相位屏衍射75-76
• 5.6.3 模擬仿真以及結(jié)果分析76-78
• 5.7 本章小結(jié)78-80
• 第六章 總結(jié)與展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 致謝86-88
• 作者簡(jiǎn)介88-89

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本文編號(hào)：590194