单极柱形等离子体天线的多物理场研究

摘要

等离子体天线因为在通信中，尤其是军事通信中的诸多优势受到人们越来越多的关注。单极柱形等离子体天线是等离子体天线应用中的一种典型代表，其研究涉及许多理论，包括非平衡态等离子学、电磁学、流体力学和电动力学等理论，等离子体天线能接受和发送信号，能够快速隐身，能够快速重构，工作时涉及的主要物理场包括等离子体感应耦合场、粒子流动场、电磁场等。本文建立了单极等离子体天线的二维轴对称柱形模型，并且分析了等离子体天线的各个物理场对天线的主要参数的影响。同时，考虑了使用有限元分析法时，网格采用不同的划分方法对结果精确度的影响。
　　首先，根据柱形单极天线本身的特性，建立了等离子体天线的二维轴对称模型，用半边轴的情况来预测这个天线柱的情况，这样可以减少计算时间，提高计算效率；其次，阐述等离子体天线的基本原理和单极等离子体天线的物理机制，得出了其物理模型（感应），推出等离子体天线形成的感应耦合形式；再次，结合非平衡态的等离子学、电动力学、流体力学和电磁学等相关理论，推出了单极柱形等离子体天线的多物理场控制方程，了解了等离子体天线的多物理场工作情况，用有限元法分析模拟了考虑不同物理场情况下，等离子体密度在单极柱形等离子体天线中的分布情况和天线的辐射方向图情况。模拟结果表明：当其它参数一定时，只观察等离子体密度，考虑粒子的流动场后，等离子体密度的量级变小，但是等离子体变得更均匀，可有效的天线长度变长，更适合于作天线，并且等离子体密度分布与美国学者所做实验结果一致。而观察天线的辐射方向图时，由于等离子体天线自身的感应磁场，天线的辐射场会局部变强，局部辐射范围更广，辐射距离更远。考虑粒子流动场后，等离子体密度分布发生改变会引起天线辐射场变强。然后，改变电磁波的输入功率后，天线的辐射场也会发生变化，功率越大，辐射场越强，辐射半径越大。分析单极柱形等离子体的多物理场，有助于更好的了解和重构天线。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题主要内容

第二章 柱形表面波等离子体天线的机理分析

2.1等离子体天线基本原理

2.2单极柱形等离子体天线的物理机制

2.3本章小结

第三章 单极柱形等离子体天线物理模型的建立

3.1单极柱形等离子体天线的建模方法

3.2单极柱形等离子体天线的建模假设条件

3.3单极柱形等离子体天线的多物理场控制方程

3.4单极柱形等离子体天线的多物理场物理模型

3.5本章小结

第四章 单极柱形等离子体天线仿真分析

4.1有限元分析

4.2有限元多物理场分析

4.3仿真计算方法

4.4边界条件设置

4.5COMSOL Multiphysics计算过程及建模步骤

4.6仿真结果分析

4.7本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文情况

致谢