电磁波在大面积等离子体片中传播特性的分析

脉冲磁约束线形空心阴极放电形成的大面积等离子体片可应用于等离子体天线、隐身及模拟超音速飞行器表面的等离子体鞘套. 本文首次利用实测等离子体片电子密度时空分布和横向场传播矩阵法, 研究了电磁波在等离子体片中反射率、透射率、吸收率随频率及脉冲放电时间的变化特征. 结果表明: 极化方向平行磁场的电磁波, 在小于截止频率的低频带内具有较高的反射率和吸收率, 增大电流, 反射率增加, 吸收率下降, 在大于截止频率的高频带内反射率和吸收率较低, 增大电流, 透射率下降, 吸收率升高; 极化方向垂直磁场的电磁波在高混杂谐振频率附近存在吸收率明显增强的吸收带, 谐振吸收峰值与放电电流无关; 脉冲放电期间, 电磁波的反射率、透射率与吸收率由不稳定过渡到稳定的时间约为100 μs, 过渡时间随着放电电流的增加而增大, 极化方向垂直磁场、小于截止频率的电磁波在稳定放电阶段谐振吸收较强. 本文的研究成果对利用等离子体片实现对电磁波的稳定高反射作用具有重要意义.     

等离子体天线色散关系和辐射场数值计算

研究了电磁波沿轴向对称柱形等离子体天线传播的特性、色散关系及辐射方向图、增益等天线参数.通过对腔体材料介电系数、内外半径、等离子体密度、碰撞频率等参数的分析，结果表明要减小波沿等离子体天线传播的衰减，应当增加等离子体密度，减小碰撞频率，增加等离子体半径，减小腔体厚度，采用介电系数较小的材料.计算了在不同参数条件下，等离子体天线的辐射方向图、增益的变化，这些结果对于等离子体天线的设计很有参考价值. 关键词： 等离子体天线 色散关系 增益 辐射方向图     

Numerical Simulation of Plasma Antenna with FDTD Method

We adopt cylindrical-coordinate FDTD algorithm to simulate and analyse a 0.4-m-long column configuration plasma antenna. FDTD method is useful for solving electromagnetic problems, especially when wave characteristics and plasma properties are self-consistently related to each other. Focus on the frequency from 75 MHz to 400 MHz, the input impedance and radiation efficiency of plasma antennas are computed. Numerical results show that, different from copper antenna, the chaxacteristics of plasma antenna vary simultaneously with plasma frequency and collision frequency. The property can be used to construct dynamically reconfigurable antenna. The investigation is meaningful and instructional for the optimization of plasma antenna design.     

射频激励等离子体非线性效应的FDTD数值模拟

在考虑热运动、电子复合、扩散等效应后，建立电磁波与等离子体相互作用模型，验证了射频激励等离子体时产生的二次、多次谐波以及各个不同频段信号的调制现象，得到了不同激励功率、产生电子的电场阈值、电子能量等参数对电磁波频谱的影响，这对于射频激励等离子体的电路匹配、耦合器件以及等离子体天线传输、电磁兼容等设计很有帮助. 关键词： 射频 谐波 等离子体 非线性     

气压对大面积等离子体片电子密度分布的影响

利用脉冲磁约束线形空心阴极放电装置,在15mT磁场约束下,产生了持续时间为200μs、峰值放电电流为3A、面积为60cm×60cm的大面积等离子体片。采用快帧法和旋转空心阴极法,在90~210Pa内,利用朗缪尔探针首次获得了不同气压的等离子体片的厚度向电子密度分布及其演化构成的二维分布图;研究了在同等峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度时,气压对所需放电时间、最大厚度向峰值电子密度及电子密度半高宽的影响。结果表明:在相同的峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度的时间随气压的降低而减小;气压越低,最大厚度向峰值电子密度越大,电子密度半高宽越小。     

柱形等离子体辐射场和阻抗的数值计算

由柱形非磁化等离子体色散关系，得到信号沿柱形等离子体传输波矢空间分布，再根据天线方程推导得到柱形等离子体在轴向密度均匀、不均匀情况下辐射方向图、辐射阻抗与增益等参数.理论计算结果与实验都证明了柱形等离子体辐射方向图随等离子体参数变化而改变，同时实验结果表明，重新得到的数值计算结果更加精确，更加符合实际测量结果，这对等离子体作为天线传输具有重要的参考价值. 关键词： 柱形等离子体 辐射阻抗 辐射方向图     

大面积等离子体片密度分布分析

利用空心阴极放电产生了尺寸为60 cm× 60 cm× 2 cm的大面积等离子体面. 在实验室条件下对大面积等离子体片的密度分布进行了测量. 由于高压放电脉冲脉宽较短, 实验中改变了测量方法, 同时, 在中等磁场影响下, 为了得到真实的等离子体密度, 进行了必要的数值修正.在放电电流为1---6 A时, 测量了二维的电子密度分布. 另外, 测量并讨论了其他环境参数对等离子体密度的影响. 电子密度的分布情况对与微波波束切换相当重要. 由空心阴极增强型放电产生的大面积等离子体面具有反射X波段(8---12 GHz) 微波需要的足够稠密的电子密度和足够均匀的密度分布, 这是等离子体面在雷达系统中取代金属面板的有利条件.     

等离子体天线输入阻抗测量及分析

通过矢量网络分析仪测量了不同激励功率条件下柱形等离子体天线系统的输入阻抗随频率的变化关系,实验结果表明柱形等离子体天线输入阻抗具有明显的谐振特性.结合放电管的等效电路模型与柱形等离子体天线输入电流特性,定性分析了等离子体天线输入阻抗变化与等离子体参数之间的关系.此种测量方法有助于等离子体天线动态重构特性的研究和实现快速阻抗匹配. 关键词： 等离子体天线 输入阻抗 表面波