等离子体鞘套中三波相互作用下电磁传播特性研究

发布时间：2017-09-22 19:50

  本文关键词：等离子体鞘套中三波相互作用下电磁传播特性研究

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【摘要】：超高速飞行器进入临近空间大气时,等离子体鞘套周围的黑障现象,造成电磁波发生衰减使通信信号中断。为了减缓或消除黑障现象,国内外在注入亲电子材料、外加磁场、飞行器设计和提高频段等四个方面开展了大量工作,但受工程技术的约束无法形成实用的方案。另一方面,等离子体鞘套中的参量易受电磁场影响,即使是弱电磁场作用下,也会产生非线性效应。等离子体鞘套中的非线性效应,为解决黑障问题实现通信提供了新的思路。本文从等离子体鞘套中电磁波传播特性、非线性作用和调频信号传输特性三个方面,对利用非线性效应解决黑障现象做了初步的探索。首先建立了介电常数模型,推导了电磁波的衰减系数和相位因子表达式,仿真模拟了载波和调频信号在等离子体鞘套中衰减的规律,并进一步推导了电磁波的基本方程。结果表明,电磁波频率与等离子体相比较低时,入射波发生严重的衰减。其次,从电磁波入射等离子体鞘套后的场方程出发,对非线性作用的理论机制进行了探讨。从电磁场基本方程出发,仿真模拟了入射波和斯托克斯波在等离子体鞘套中的传输波形。此外,对等离子体鞘套的密度分布作了改进,分析了抛物分布和双指数分布对非线性三波相互作用的影响。研究表明,双指数密度分布下,由非线性作用产生的新频散射波波更易被飞行器接收。最后,仿真模拟了等离子体鞘套中调频信号波的传输波形。推导了能流密度的表达式,分析了非线性过程中入射波和非线性新频波的功率变化。研究表明,当选用基带频率为2 MHz,最大频差为200 KHz的调频信号时,电磁波的传输仅考虑固定的振幅衰减。通过本文的研究表明,电磁波与等离子体鞘套的非线性效应,可以激发新频的电磁模态,并通过对信号调制作用实现信息的传输。
【关键词】：黑障通信 等离子体鞘套 非线性效应 调频信号
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V520;O539
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 国内外的研究现状11-18
• 1.2.1 电磁波在等离子体鞘套中传输的研究现状11-13
• 1.2.2 等离子体鞘套中非线性效应的研究现状13-16
• 1.2.3 调制信号在等离子体鞘套中传输的研究现状16-18
• 1.3 国内外文献综述简析18-19
• 1.4 论文的主要研究内容19-20
• 第2章 等离子体鞘套中电磁波的传播特性20-32
• 2.1 等离子体鞘套的性质20-23
• 2.1.1 等离子体鞘套的结构20-21
• 2.1.2 等离子体鞘套的物理性质21-23
• 2.2 电磁波在等离子体鞘套中的的衰减分析23-28
• 2.2.1 等离子体鞘套的介电常数推导23-25
• 2.2.2 电磁波的衰减系数的仿真分析25-28
• 2.2.3 电磁波的相位因子的仿真分析28
• 2.3 电磁波在等离子体鞘套中的基本方程28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 等离子体鞘套中非线性三波相互作用的研究32-46
• 3.1 等离子体鞘套中三波相互作用机理32-36
• 3.1.1 非线性三波相互作用的过程的理论分析32-35
• 3.1.2 等离子体鞘套中非线性通信过程35-36
• 3.2 非线性三波相互作用方程推导及仿真分析36-42
• 3.2.1 等离子体鞘套中的电流密度36-38
• 3.2.2 非线性方程的数值求解38-39
• 3.2.3 等离子体鞘套中波形的仿真及分析39-42
• 3.3 等离子体鞘套的密度分布对非线性效应的影响42-45
• 3.3.1 等离子体鞘套中抛物密度函数的影响43
• 3.3.2 等离子体鞘套中双指数密度函数的影响43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 微波调频信号在等离子体鞘套中的传播46-58
• 4.1 信号波与散射波的参数关系分析46-50
• 4.1.1 信号波与散射波的振幅关系46-48
• 4.1.2 信号波与散射波的相位分析48-49
• 4.1.3 微波信号的频率调制49-50
• 4.2 微波调频信号在等离子体鞘套中的衰减分析50-53
• 4.2.1 等离子体鞘套的时变特性50-52
• 4.2.2 微波调频信号的衰减系数与相位因子仿真分析52-53
• 4.3 微波调频信号的传输波形仿真及分析53-55
• 4.4 三波相互作用中波的能量分析55-57
• 4.4.1 能流密度的表达式55
• 4.4.2 信号波入射角度对能流密度的影响55-56
• 4.4.3 三波相互作用中波的功率分析56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孟绍贤,江志明,徐至展,张伟清;激光等离子体探针及应用研究[J];核聚变与等离子体物理;1989年02期

2 徐升槐;;基于System View的QPSK仿真与分析[J];实验技术与管理;2009年04期

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本文编号：902743