各向异性磁化等离子体的SO-FDTD算法

给出了一种新的计算各向异性磁化色散介质的有限差分(FDTD)算法，称为移位算子FDTD(SO-FDTD)算法，它利用算子之间的移位递推关系，将一类色散介质的包含介电常数的表达式写成有理分式函数形式，进而导出FDTD中一系列相关量之间的关系.通过计算各向异性等离子体平板对电磁波的反射系数和透射系数，验证了该算法的高效性和高精度，与JEC算法相比，可使计算效率提高数倍. 关键词： 磁化等离子体 电磁波 FDTD方法 各向异性     

金属平板前等离子体的电磁波功率反射系数计算分析

把金属平板前非均匀等离子体层简化为分层均匀的平板模型，采用等效输入阻抗方法，计算大气或真空边界入射波的总功率反射系数，分析其影响因素.计算结果表明：电子数密度大 小、等离子体层厚度、入射波频率和入射角是功率反射系数的主要影响因素，适当调整其中任何一个，都可以达到降低功率反射系数的效果.在低频段，电子数密度的分布对功率反射系数几乎没有影响；在高频段，电子数密度的分布对功率反射系数有影响.等离子体厚度、入射波频率、电子数密度分布对功率反射系数的影响几乎与波的极化方向无关. 关键词： 等离子体 电磁波 传输     

电磁波在磁化等离子体表面的功率反射系数计算研究

采用等效输入阻抗方法计算金属平板前非均匀磁化等离子体层对垂直入射电磁波的功率反射系数，结果表明，电子数密度大小、等离子体层厚度、入射波频率和外磁场是功率反射系数的主要影响因素.电子数密度取值必须合适，外加磁场才能明显降低等离子体对入射电磁波的功率反射系数.入射电磁波频率增加时，必须加大外磁场强度，才能明显降低功率反射系数. 关键词： 等离子体中电磁波的传输 等离子体特性 电磁波     

一种高效计算各向异性磁化等离子体的时域有限差分算法

利用电流密度和电场强度的卷积关系,引入电流密度和电场强度分段线性近似,导出一种适合各向异性磁化等离子体介质的FDTD算法的计算公式.计算各向异性碰撞磁化等离子体平板对平行于磁场传播的电磁波的反射和透射系数,与解析结果比较,验证该算法的高效性和高精度,与电流密度卷积(JEC)算法和分段线性电流密度卷积(PLCDRC)算法相比,计算精度及计算效率显著提高.此外,用该算法验证了法拉第旋转效应.     

等离子体中电磁波的粒子模拟

本文介绍了1 2/2维相对论性、电磁模等离子体粒子模拟的方法和原理。系统地以计算机模拟了由电子气体组成的等离子体中的各种电磁波。在无外加静磁场、加外横磁场、加外纵向磁场等不同情况下,分别得到静电波、电磁波、寻常波、非寻常波、ω=nω_c的磁回旋共振、左旋波、右旋波等。其色散关系、截止频率、共振频率、极限相速度均与理论结果一致。     

外加磁场微波等离子体喷流对平面电磁波衰减的实验研究

采用空间透射波测量方法,实验研究透波密闭石英玻璃容器内等离子体喷流对垂直和水平极化电磁波的衰减,在有和无外加磁场条件下分析实验参数对等离子吸波效应的影响,分析等离子体的吸波机理.实验结果表明在非磁和本实验条件下,平面电磁波在等离子体中的衰减机理为碰撞吸收;在有磁和本实验条件下,平面电磁波在磁等离子体中的衰减机理同样为碰撞吸收,但是外加磁场的存在有限地改善了等离子体的吸波效应.为了使磁等离子体最有效地吸收电磁波,应该提高磁场感应强度,把高频混杂频率提高到测试微波频率范围内,或降低微波测试频率至本实验中的高混 关键词： 等离子体相互作用 电磁波 电磁波在等离子体中的传输     

弱电离等离子体对电磁波吸收的物理模型和数值求解

从物理基本方程、理论证明和数值分析三方面说明了在一维平板模型中，含时波动方程和亥 姆霍兹方程是等价的，即使电磁波波长小于等离子体的尺度，电磁波的全波解也具有简谐形 式. 对电磁波在弱电离强碰撞等离子体中的传播特性进行了数值研究，结果表明，弱电离强 碰撞等离子体对电磁波具有很强的吸收特性. 关键词： 电磁波 弱电离等离子体 过阻尼     

真空环境中等离子体喷流对反射电磁波衰减的实验研究

在真空环境中，利用传输线测量装置，开展微波等离子体喷流对反射电磁波衰减的实验研究.实验结果表明，采用传输线测量方法能够有效地获得等离子体对反射电磁波的衰减；在5GHz附近，以氩气为工质，流量为52.5mg/s时，52W微波功率在真空环境中产生的等离子体喷流能对反射电磁波产生最大的衰减；增加微波功率、降低真空环境压强可以提高等离子体对反射电磁波的衰减；要使等离子体能够对反射电磁波产生最大的衰减，必须选取合适的发生器参数. 关键词： 电磁波在等离子体中的传输 等离子体基本过程 电磁波     

电磁波与非磁化等离子体的相互作用

研究了频率为0．5-10HGz的电磁波在非磁化等离子体中的传播。在厚度为10cm的、密度n=10^10或10^11cm^-3的均匀和密度分布n=n0exp[2(z/d-1)]非均匀的等离子体中，计算了等离子体中的电子与中性气体的碰撞频率为0．1-10GHz间的电磁波的反射功率，吸收功率 透射功率的变化。结果表明当等离子体密度比较大（n=10^11cm^-3)、电子与中性气体的碰撞频率比较大时，无论是均匀还是非均匀等离子体对电磁波能量的吸收都比较大，最大可达90％。     

等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究

本文对35 GHz和96 GHz电磁波在等离子体中的传输特性进行了理论与实验研究, 得到了电磁波衰减随等离子体密度、碰撞频率和电磁波频率的变化规律. 等离子体密度增加一个数量级时, 电磁波衰减增加一个数量级; 随着等离子体碰撞频率的增加, 电磁波衰减先增加后减小; 随着电磁波频率的增加, 衰减下降. 以激波管为实验平台进行了电磁波在等离子体中传输特性的实验研究, 实验结果和理论结果吻合较好. 理论和实验结果均表明, 提高电磁波频率是解决黑障问题的有效途径.     

FDTD analysis on the effect of plasma parameters on the reflection coefficient of the electromagnetic wave

In this paper, the dielectric constant of dispersive medium is written as rational polynomial function, and the relationship between D and E is derived in time-domain. It is named shift operator FDTD (SO-FDTD) method. Compared to the analytical solution, the high accuracy and efficiency of this method is verified by calculating the reflection coefficient of the electromagnetic wave through a cold plasma slab. The effect on reflection coefficient is calculated by using the SO-FDTD method. The result shows that some factors effect on reflection coefficient. They are as follows: plasma thickness, electron density, electron distribution and incident frequency. And on most conditions, parabola distribution helps reduce reflection coefficient more effectively than homogeneous distribution.     

不均匀等离子体中电磁波与Langmuir波的相互作用

通过理论研究与数值计算,不均匀等离子体中Langmuir波与电磁波的相互作用及其线性模式转换规律得到了充分的展示.导出了不均匀等离子体中的电磁色散关系,研究了入射电磁波或Langmuir波在通过不均匀等离子体的过程中发生转换的物理过程,以及波的传播矢量随空间坐标变化的关系,并对电磁波与Langmuir波相互作用的机理进行了讨论.研究结果对密度梯度所驱动的等离子体波产生电磁辐射的研究具有重要意义. 关键词： 电磁波 Langmuir波 不均匀等离子体 线性模式转换     

SO-FDTD Analysis on Magnetized Plasma

In this paper, a novel finite-difference time-domain (FDTD) method with recursive relationships among operators is developed for magnetized dispersive medium, named as the shift operator FDTD(SO-FDTD). The dielectric property of magnetized dispersive medium is written as rational polynomial function, the relationship between D and E is deduced in time-domain. And its high accuracy and efficiency are verified by calculating the reflection and transmission coefficients of electromagnetic waves through a collision plasma slab.     

Excitation of upper-hybrid plasma wake wave by a low-frequency extraordinary electromagnetic wave

The excitation of upper-hybrid wake electrostatic wave by interaction of an extraordinary Gaussian wave propagating perpendicular to the external magnetic field in a cold homogeneous plasma is investigated using magnetohydrodynamics theory. The plasma oscillations can be excited due to the charge separation appeared by the ponderomotive force of the electromagnetic wave whose frequency is considered in the lower pass band. By obtaining the equation governing the plasma wake, the dependency of the wake amplitude on the physical parameters is studied. It is observed that larger wake oscillation takes place when the pulse length is approximately close to 3λ_p/π and the X-wave frequency is greater than ω_p, which means that the phase velocity is less than the speed of light in vacuum (v_p < c).     

弱电离尘埃等离子体层反射与透射的SO-FDTD方法分析

将弱电离尘埃等离子体复介电常数表示以jω 为自变量的分式多项式形式, 利用移位算子时域有限差分(SO-FDTD)方法, 给出了弱电离尘埃等离子体频域本构关系的时域形式. 推导了弱电离尘埃等离子体电磁特性的时域递推关系式. 用SO-FDTD方法计算了弱电离尘埃等离子体层的反射和透射系数, 分析了尘埃粒子浓度和尘埃粒子半径的变化对反射系数和透射系数的影响. 结果表明: 有尘埃粒子时的反射系数比没有尘埃粒子时反射系数小, 而透射系数要比没有尘埃粒子时的透射系数大; 当尘埃粒子浓度或尘埃粒子半径增大时, 其反射系数均减小.     

S—Ka频段电磁波在等离子体中传输特性的实验研究

在感应耦合等离子体风洞上开展了等离子体中电磁波传输特性实验研究,获得了不同频率电磁波在等离子体中的传输衰减.通过微波诊断技术,获得了等离子体射流的电子数密度和碰撞频率.通过矢量网络分析仪和标准增益天线组成的电磁波传输特性测试系统,获得了电磁波经过等离子体之后的衰减,研究了电子数密度范围7.0×10~(10)-1.0×10~(13)cm~(-3)、等离子体碰撞频率在109 Hz量级的等离子体对2.6—40 GHz不同频率电磁波传输特性的影响,分析了经典传输理论和薄层理论预测结果与实验结果的差异.该实验工作为等离子体中电磁波传输特性的理论研究和数值仿真提供了基础数据.     

电磁波在非均匀碰撞等离子体中的透射增强效应

为研究碰撞等离子体对电磁波传输性质的影响,基于电磁波在介质中的传输特性,将等离子体作为一种特殊的介质,针对一定实验条件下的高功率微波（HPM）大气等离子体与一定范围电磁波的透射特性开展了实验、理论及仿真研究。研究发现：S波段HPM在50 Pa真空下形成的等离子体对不同频率的电磁波透射特性具有较大影响,且在一定频率范围内有规律地出现电磁波透射信号增强效应现象;获取了一系列不同频率连续电磁波穿过HPM等离子体区域的透射波形,并对波形进行了归一化处理,在32.4 GHz下,连续电磁波穿过有无等离子体区域的透射系数约有2倍的差异。建立了仿真模型,获得31.5～32.5 GHz范围内透射系数分布曲线图,穿过等离子体的电磁波出现透射增强效应,且在某些频点上出现了约1.9倍的透射增强。该研究成果为HPM大气等离子体在隐身、应急通讯、黑障通讯等方面的应用提供了重要的技术支撑。     

信号在时变等离子体中的传播特性

高速飞行器等离子鞘套由于飞行姿态调整、湍流、非均匀烧蚀等因素的影响,使其等离子体参数存在时变特性,针对这种传输介质的快速时变特性引起的电波幅度、相位上的寄生调制效应,本文利用大面积辉光放电等离子体产生装置,搭建了等离子体中信号传输实验系统,进行了S频段的单频信号与调制信号传输实验,观测验证了调制效应的存在,且其调制频率与等离子体变化频率具有一致性,进一步分析了等离子参数与寄生调制效应的关系,理论和实验结果表明:即使当载波频率大于等离子频率时,时变等离子引起的寄生调制效应也会使传输信号的星座图发生旋转,造成其判决容差裕度变小,通信可靠性下降,并且载波频率越接近等离子频率时,其寄生调制效应越强烈。