等离子体鞘层电波传播及天线性能分析

摘要

飞行器在超高速再入大气层时,由于高温摩擦会使其周围产生等离子体鞘,造成通讯中断,即所谓的“黒障”现象。等离子体鞘会对通过的电磁波产生反射和吸收,更会对通信天线性能产生较大影响。
　　通信中断一方面因为:等离子体中的电磁波反射、折射与吸收。非磁化等离子体层具有“高通滤波”特性,即低于等离子体特征角频率为阻带,高于等离子体特征角频率为通带。当电磁波入射到等离子体层时,由于介电常数为复数,电磁波能量在其传播方向上按指数形式衰减,电磁波在等离子体表面及内部发生反射与折射。另外,等离子体中带电粒子遇到各种形式碰撞,自由电子在电磁波电场作用下,获得部分能量,并通过与其它粒子有效碰撞,将这部分能量转变为无规则运动能量,这一过程中,电磁波能量将被衰减。
　　另外一方面:因边界条件变化的天线阻抗失配带来的增益降低。由于温度升高,介质材料的介电常数变大,损耗角正切也变大,导致天线性能变坏;而且,边界条件的改变会影响已调谐好的天线参数,导致阻抗失配、方向图畸变、增益降低等等。
　　本文主要从非磁化等离子体入手,研究平面电磁波垂直与斜入射到均匀和非均匀非磁化等离子体的反射和吸收衰减,通过理论推导和数值模拟两种手段,总结不同参数对电磁波在等离子体中传播特性影响规律。从理论上分析等离子体中对称振子天线辐射特性与阻抗特性。以对称振子天线为例,对天线输入阻抗、方向图、反射损耗、3dB波瓣宽度、副瓣电平以及增益进行了仿真,讨论等离子体特性参数对天线性能影响。

目录

等离子体鞘层电波传播及天线性能分析

STUDUY OF ELECTROMAGNETIC WAVE PROPAGATION AND ANTENNA CHARACTERISTIC IN PLASMA SHEATH

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 等离子体鞘中电波传播

1.2.2 等离子体中的天线辐射特性

1.3本文主要研究内容和意义

第2章 等离子体物理学基础

2.1 德拜长度及等离子体判据

2.2 等离子体电子密度

2.3 等离子体特征频率

2.4 等离子体碰撞频率

2.5 等离子分类

2.6 本章小结

第3章 平面电磁波在等离子体鞘层中的吸收衰减

3.1 平面电磁波对等离子体垂直入射

3.1.1 基本理论分析

3.1.2 平面电磁波对均匀等离子体垂直入射

3.1.3 平面地磁波对均匀等离子体斜入射

3.2 平面电磁波对非均匀等离子体入射

3.3 本章小结

第4章 等离子体对天线性能影响分析

4.1 天线工作环境

4.2 天线技术要求

4.3 飞行器天线性能指标

4.4 等离子体鞘中对称振子天线特性阻抗分析

4.5 等离子体平板反射面对对称振子天线影响

4.6 等离子体包裹对称振子天线性能分析

4.6.1 均匀等离子体鞘包裹对称振子天线

4.6.2 非均匀等离子体鞘包裹对称振子天线

4.7 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢