有限磁场中激光等离子体通道天线的传播特性

 提出了一种用于辐射高功率微波的各向异性磁化等离子体通道天线（AMPCA），阐述了该天线的具体实现方法，给出了其工作原理，建立了AMPCA的电磁模型。推导了广义柱坐标系下各向异性磁化等离子体中纵向场满足的波动方程，并给出了纵向场与横向场的关系，利用边界条件导出了AMPCA传播模式的特征方程，并在极限条件下，将结果与已有文献进行对比，验证了所推导结果的正确性和有效性。数值计算了AMPCA传播模式的色散曲线。     

完全填充手征等离子体波导的电磁波传输特性

 应用纵向分量法推导出了柱坐标系下均匀手征等离子体媒质中电磁场的横向分量与纵向分量的关系, 并导出了纵向分量满足的波动方程, 在柱坐标系下求解该波动方程并应用圆柱状导体边界条件导出了完全填充手征等离子体金属圆波导的色散方程。数值求解色散方程给出了模式色散图, 得到了新的有意义的结果。     

不同规范下横场与纵场的特性分析

文章按照矢量场分解为横场和纵场的方法,采用亥姆霍兹定理,研究电磁场的性质与结构.对不同规范下电磁场的横场和纵场特性进行分析与比较,讨论电磁场与源之间的对应关系.结果表明,电磁场问题由电荷场和电磁波动场两个相互独立的问题组成,远区辐射场由横场部分决定,纵场部分并不辐射出去;电磁势函数存在过多自由度可以归因于纵场分量的不唯一性,标量势所满足的方程并不独立于各自对应的矢量势所满足的方程.     

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将等离子体作为磁流体,考虑其流体属性和电磁属性,介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发,解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法,得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布.数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布.分析了温度分布、速度分布产生的物理原因,为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导.     

大功率热平衡感应耦合等离子体数值模拟及实验研究

感应耦合等离子体发生器是"临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置"的核心部件之一,常用于模拟高焓高速等离子体鞘套环境,为了研究大功率射频中压下感应耦合等离子体发生器的放电特性,采用数值模拟和实验相结合的方法研究其内部的传热与流动特性.本文基于局域热力学平衡条件,通过湍流场-电磁场-温度场的多场耦合开展了功率为100—400 kW的大尺寸射频中压感应耦合等离子体的数值模拟,并通过光强与光谱实验验证.结果表明:大功率等离子体发生器中的电磁场分布类似于中小型功率等离子体发生器;放电能量耗散主要发生在感应线圈所在的区域;石英管内壁温度在线圈所在处比其他区域较高,等离子体呈环状高温结构;等离子体受温差效应与电磁泵效应影响使得入口处产生回流涡.同时开展相应条件下的放电实验发现氩气放电的轴向图像呈边缘高亮与中心暗的环状结构,并通过光谱诊断系统测量氩等离子体的发射光谱,得到发生器电子温度的空间分布, COMSOL仿真温度结果与放电图像光强、光谱测得电子温度较为符合,验证了采用热力学平衡态条件进行数值模拟结果的有效性.本文数值模拟的结果可用于感应耦合等离子体发生器的优化设计及耐温评估.     

短脉冲强激光在稀薄等离子体中传播时的电磁类孤立子

 采用二维粒子模拟方法，研究了短脉冲强激光在稀薄等离子体中传播时电磁类孤立子的产生和时空演化过程。通过分析电磁场与等离子体波的非线性能量交换和激光场的频率谱结构等，给出了电磁类孤立子形成的基本物理图像，讨论了等离子体参数对电磁类孤立子形成的影响。模拟结果表明：类孤立子的形成是由于局部电磁波振荡频率减小至等离子体频率引起的，初始等离子体密度越高越容易形成空间局域结构。     

超强激光场等离子体中电子纵向运动的研究

在数值求解一维Maxwell场方程和流体运动方程的基础上,得到了超强激光场下等离子体中电子纵向运动的行波解,并分析了等离子体静电场对电子纵向运动的影响. 关键词： 等离子体 相对论 电子 超强激光场     

部分填充手征等离子体波导的电磁波

 把麦克斯韦方程和电磁场分解成横向和纵向分量, 导出了简明的一般性的手征等离子体填充的任意截面波导的波动方程和横向纵向场的关系式。对于部分填充手征等离子体波导, 导出了它的色散方程。这一方程的数值解给出了HE₁₁, EH₀₁和HE₂₁模式的色散图。随着手征等离子体填充面积的增大, EH₀₁模式的色散曲线向更高的频率移动。随着手征导纳的增加, 传播常数减小。     

弱电离尘埃等离子体的介电张量研究

忽略磁场作用,通过求解含BGK碰撞项的Boltzmann方程和尘埃粒子充电方程导出了弱电离尘埃等离子体介电张量的表达式.证明了“冷”尘埃等离子体的纵向介电张量系数与横向介电张量系数相等.完善了弱电离尘埃等离子体电磁特性的理论模型. 关键词： 弱电离尘埃等离子体 Boltzmann方程 充电方程 介电张量     

腔体内传输线耦合的电磁仿真软件与传输线方程的混合算法

研究了一种有限积分法软件与传输线方程相结合的混合算法,用于解决复杂电磁环境下屏蔽腔体内传输线的电磁耦合问题。利用有限积分法软件实现屏蔽腔体的建模,仿真得到腔体内部空间电磁场分布,并设置电场探针提取出传输线的激励场。利用传输线方程建立腔体内传输线的耦合模型,将得到的传输线激励场引入到传输线方程作为等效分布电压和电流源。利用时域有限差分(FDTD)格式对传输线方程进行离散,从而迭代求解出传输线终端负载上的电压和电流响应。通过与文献以及传统数值算法的计算结果进行对比,验证混合算法的正确性。研究表明,该混合算法在模拟电大尺寸腔体内传输线的电磁耦合方面,具有较高的精度和计算效率。     

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分析了有限磁场中激光等离子体通道周围为有耗气体介质时激光引导电磁脉冲传播的一般模式的传播特性,建立了有限磁场中激光等离子体通道引导电磁脉冲的几何模型,导出了广义柱坐标系下各向异性介质中纵向场所满足的波动方程及纵向场与横向场的关系。利用边界条件给出了有限磁场中激光引导电磁脉冲传播模式的严格特征方程,重点讨论了传播常数随等离子体参数、周围介质参数和外加磁场的变化。结果表明,有限磁场中激光引导电磁脉冲的传播特性比无磁场或外加无穷大磁场时更具有可控性。     

磁化等离子体填充螺旋线的色散方程

利用等离子体流体理论和纵向场分量法，结合螺旋线的导电面模型，对在有限磁场作用下，填充等离子体的螺旋线进行了严格的场分析. 在给出各区域电磁场分量表达式的基础上，利用螺旋线的边界条件，导出了磁化等离子体填充螺旋线中电磁波传播所满足的色散方程，并对所导出的色散方程进行了讨论. 关键词： 有限磁场 等离子体 螺旋线 色散方程     

等离子体填充波纹波导中低频模式特性分析

采用等离子体流体模型和线性场理论，导出了在强引导磁场下，一无限薄环形等离子体加载 波纹波导中电磁波传播的色散关系.数值计算并分析了在不同的等离子体填充密度下，低频 等离子体模式的色散特性和行波管的小信号增益.研究发现，低频等离子体模式可与相对论 电子束发生同步互作用使高频信号放大.同时，在无限薄环形等离子体填充条件下，波纹波 导中的低频等离子体模式严格满足Floquet定理所要求的周期性，其上截止频率不再受到等 离子体频率的限制，当密度较大时，等离子体模式还可与TM模式发生耦合. 关键词： 等离子体 波纹波导 色散关系 增益     

相对论磁化运动等离子体的介电张量

 定义了相对论磁化运动等离子体(MMP)的物理模型。利用微扰理论导出了系统的介电张量，研究发现，MMP具有完全不同于静态磁化等离子体介电张量的形式。对电磁波沿轴向传播的情况进行了数值模拟计算，结果表明，系统的共振频率随等离子体密度的增加而非线性增加，在相同的条件下，右旋波的共振频率高于左旋波的共振频率。对于传播的右旋电磁波，增加纵向磁场，共振频率提高，而对于左旋电磁波，增加纵向磁场，共振频率降低。     

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为优化表面波放电的狭缝天线阵设计,给表面波放电装置的设计提供理论依据,对狭缝天线布局进行了理论和仿真计算分析。结果表明,宽缝辐射的电磁场比纵缝强,同相激励天线辐射的电磁场比异相激励强,更容易击穿空气产生等离子体。基于磁场强度同相分布规律对已经采用的纵缝天线阵进行改进,纵缝按照两侧交互并间隔半个波导波长布置,各个纵缝均为同相,产生等离子体效果更好。     

Relativistic nonlinear waves in a magnetised plasma

Relativistic propagation of a nonlinearly-coupled circularly-polarised electromagnetic wave and a Langmuir wave along the applied magnetic field is considered. Analytical solutions are given or are indicated for some special cases like purely transverse waves and purely longitudinal waves. In the presence of an applied magnetic field, the incident circularly polarised electromagnetic wave is found to propagate further into denser regions of the plasma — a result which is in accord with the so-called inverse Faraday effect. Finally, we shall consider general coupled transverse and longitudinal waves for which we give an approximate solution. We investigate whether this system of coupled waves exhibits any internal resonances and consequent energy exchange between them.     

等离子体加载螺旋线行波管特性研究

利用线性场理论和螺旋线的导电面模型，推导了在强引导磁场下，等离子体加载螺旋线慢波结构的色散关系.数值计算了在不同的等离子体填充密度与填充半径条件下，螺旋线的色散特性、耦合阻抗和行波管的小信号增益.研究发现，在螺旋线中填充了等离子体以后，形成了一种新的混合模式，螺旋线的色散特性与耦合阻抗都发生了很大的变化，行波管的增益得到显著提高. 关键词： 螺旋线行波管 等离子体 混合模式     

Theoretical study of two-element array of equilateral triangular patch microstrip antenna on ferrite substrate

The radiation characteristics of a two-element array of equilateral triangular patch microstrip antenna on a ferrite substrate are studied theoretically by considering the presence of bias magnetic field in the direction of propagation of electromagnetic waves. It is found that the natural modes of propagation in the direction of magnetic field are left- and right-circularly polarized waves and these modes have different propagation constants. In loss-less isotropic warm plasma, this array antenna geometry excites both electromagnetic (EM) and electroacoustic plasma (P) waves in addition to a nonradiating surface wave. In the absence of an external magnetic field, the EM- and P-waves can be decoupled into two independent modes, the electroacoustic mode is longitudinal while the electromagnetic mode is transverse. The far-zone EM-mode and P-mode radiation fields are derived using vector wave function techniques and pattern multiplication approaches. The results are obtained in both plasma medium and free space. Some important antenna parameters such as radiation conductance, directivity and quality factor are plotted for different values of plasma-to-source frequency.     

Analysis of the axial electric field in a plasma-loaded-helix travelling wave tube

A helix type slow wave structure filled with plasma is immersed in a strong longitudinal magnetic field. Taking into account the effect of the plasma and the dielectric, the system is separated radially into three regions. By means of the sheath model and Maxwell equation, the distribution of the electromagnetic field is established. Using the boundary conditions of each region, the dispersion relation of the slow wave structure is derived. The trend of change for the radial profile of the axial electric field is analysed respectively in different plasma densities, plasma column radius and dielectric constant by numerical computation. Some useful results are obtained on the basis of the discussion.     

Generation of Electromagnetic Wave in Two-Electron-Temperature Plasmas

It is shown that in a two-electron-temperature plasma a finite amplitude upper-hybrid wave can parametrically decay into an electrostatic electron acoustic wave (EAW) and a left handed circularly polarized (LHCP) electromagnetic wave propagating along the magnetic field. The electromagnetic oscillating two stream instability is also discussed in the same system. The role of second electron component is discussed with its application in lab plasma as well as in space plasma.