电磁波在等离子鞘套中的传播与散射相关问题研究

摘要

等离子鞘套中的电磁波传播与散射特性研究为解决高速飞行器的通信中断问题提供了重要理论依据。飞行器在重返大气层或者以超高声速在临近空间飞行时，其表面与周围的空气摩擦导致离解和电离，从而形成一层等离子体鞘套。等离子体鞘套严重干扰飞行器与外界之间的通信，甚至导致信号彻底中断。本文主要利用FDTD方法，相位屏理论，森林散射模型结合蒙特卡洛随机模拟方法，研究了电磁波在等离子鞘套中的传播与散射特性。论文主要工作如下：
　　1.引出了等离子鞘套导致飞行器通信中断的问题，介绍了该问题的研究背景和意义，并同时给出了国内外的研究现状和本篇文章的主要内容。
　　2.主要概述了等离子鞘套的形成机理和等离子体鞘套的特征参数，主要有：碰撞频率、电子密度ne、电导率?、特征角频率p、介电常数和回旋频率le等。描述了飞行器等离子鞘套中断电磁波的物理机理。
　　3.基于FDTD方法的基本原理，研究了电磁波入射不同层数和不同厚度的分层等离子鞘套时的透射、反射系数。此外，通过比较电磁波不同角度入射等离子鞘套透射和反射系数的差异，分析了入射角对等离子鞘套中电磁波传输特性的影响。
　　4.基于相位屏理论的基本原理，将相位屏理论应用于等离子鞘套中。采用Shkarofsky功率谱，将等离子鞘套等效成相位屏，分析研究了不同飞行高度、电子密度以及分层特性改变对电磁波的对数振幅衰减以及相位偏差的影响。
　　5.结合森林散射模型与蒙特卡洛随机模拟理论，研究了烧蚀情况下烧蚀颗粒对电磁波在飞行器等离子鞘套中散射特性的影响。结合菲涅尔平面反射理论，将飞行器表面看做是粗糙面，通过改变粗糙面的相关参数，研究了不同粗糙程度的烧蚀颗粒层对电磁波的散射系数的影响。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究情况

1.3论文的主要内容和任务安排

第二章 等离子鞘套的电磁特性

2.1等离子鞘套的形成机理

2.2等离子鞘套中的各项参数

2.3等离子鞘套与电磁波的相互作用

2.4等离子鞘套对通信信号影响的应对方法

2.5本章小节

第三章 基于FDTD方法研究等离子鞘套中电波传播特性

3.1 FDTD方法介绍

3.2电磁波垂直入射二维等离子体

3.3等离子鞘套中电波传播算例

3.4本章小节

第四章 基于相位屏理论方法的等离子鞘套中电磁波传播研究

4.1 相位屏理论

4.2 Shkarofsky功率谱密度

4.3基于相位屏理论研究等离子鞘套的电波传播问题

4.4本章小节

第五章 烧蚀情况下等离子鞘套的电磁散射特性研究

5.1椭球体的瑞利-金斯近似

5.2烧蚀颗粒散射的蒙特卡洛方法

5.3数值模拟结果以及分析

5.4粗糙面的相关统计参量

5.5粗糙面上方含烧蚀颗粒的双站散射系数

5.6本章小节

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介