等离子体天线的辐射特性仿真与实现

发布时间：2021-04-26 06:36

　　等离子体是宇宙空间中普遍存在的一种物质形态，通常由电子、离子和中性粒子组成，对外整体呈现电中性，是与物质的气态、液态、和固态三态并存的第四态（或称等离子体态）。随着科学技术的发展以及人们对等离子体的认识和研究，使得等离子体在现代工业、军事以及民用上都具有广泛的应用。对电磁波的辐射和反射特性，使利用等离子体构建天线系统成为可能。经过十几年的研究，等离子体天线在隐身性、动态性、能量高效性、高功率、大带宽、低耦合、小体积等方面对金属天线的优势，使其成为天线领域最具潜力的重要研究方向之一。虽然等离子天线对电磁波的辐射、反射、吸收、透射能力使其具有替代现有金属雷达天线的潜在能力，但在机理、生成参数方面存在大量理论和实践方面的缺失。本论文针对等离子天线的两种最重要形态——单极等离子体柱状天线和平面等离子体反射面天线开展研究。论文深入研究了等离子天线的物理参数、激励机理，以及电磁辐射、反射、吸收和透射等特性，基于麦克斯韦方程推导出等离子天线的理论模型；在此基础上利用时域有限差分法（FDTD）构建了仿真模型，通过模型仿真分析等离子体天线的生成和动态调谐参数；根据等离子体状态的产生机理，结合天线需求与仿... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：164 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1. 研究的背景与意义
    1.2. 国内外研究现状
        1.2.1. 国外研究现状
        1.2.2. 国内研究状况
    1.3. 论文研究内容及贡献
    1.4. 论文篇章结构
第2章 表面波驱动的柱状离子体天线的理论模型
    2.1. 等离子体的物理特性
        2.1.1. 等离子体频率
        2.1.2. 电子碰撞频率
        2.1.3. 电子回旋频率
        2.1.4. 等效介电常数
        2.1.5. 等效电导率
        2.1.6. 折射率
    2.2. 柱状等离子体天线模型
        2.2.1. 天线参数与定义
        2.2.2. 等离子体天线参数的理论模型
    2.3. 本章总结
第3章 表面波驱动的柱状等离子体天线的仿真特性分析
    3.1. 柱坐标 FDTD 的基本理论及技术
        3.1.1. YEE 网格
        3.1.2. 麦克斯韦方程及其柱坐标 FDTD 形式
        3.1.3. 轴对称柱坐标系中的 FDTD 形式
        3.1.4. FDTD 常用的激励源及其设置
        3.1.5. PML-FDTD 在柱坐标系下的实现
        3.1.6. 近-远场外推
        3.1.7. 网格剖分技术
    3.2. 等离子体天线的 FDTD 描述及模型的建立
        3.2.1. 电磁波在非磁化等离子体中传播的 FDTD 的一维描述
        3.2.2. 柱坐标下电磁波在非磁化等离子体中传播的 FDTD 模型
        3.2.3. 等离子体天线的 FDTD 模型
    3.3. 等离子体天线参数的计算分析
        3.3.1. 天线辐射方向特性分析
        3.3.2. 天线输入阻抗特性分析
        3.3.3. 天线辐射效率特性分析
    3.4. 本章总结
第4章 表面波驱动的柱状等离子体天线设计实现与验证
    4.1. 表面波驱动等离子体天线的设计
        4.1.1. 表面波驱动等离子体天线的构成
        4.1.2. 匹配网络的设计思想
        4.1.3. 激励端口的匹配
        4.1.4. 信号端口匹配
    4.2. 表面波等离子体天线的激励原理
    4.3. 柱形表面波等离子体激励结构实现
    4.4. 天线多通道辐射特性验证实验
    4.5. 本章总结
第5章 平面等离子体天线的 C 波段电磁特性研究
    5.1. 平面等离子体天线技术背景
    5.2. 磁约束线形空心阴极放电模式分析
        5.2.1. 直流辉光放电及阴极鞘层理论
        5.2.2. 磁约束线形空心阴极放电的特点
        5.2.3. 影响磁约束线形空心阴极放电模式的条件分析
    5.3. 平面等离子体生成系统设计与实现
        5.3.1. 真空放电腔体的设计
        5.3.2. 磁场线圈的设计
        5.3.3. 高压脉冲电源设计
        5.3.4. 线形空心阴极设计
        5.3.5. 平面等离子体面片生成系统
    5.4. 平面等离子体 C 波段电磁特性的模型分析与实验验证
        5.4.1. 平面等离子体的参数诊断
        5.4.2. 平面等离子体的电磁波模型分析
        5.4.3. 平面等离子体 C 波段微波特性实验测试与验证
    5.5. 本章总结
第6章 等离子体反射面天线的雷达驻留调度研究
    6.1. 相控阵雷达资源管理及研究现状
    6.2. 雷达驻留调度模型算法描述
        6.2.1. 可行区间
        6.2.2. 雷达任务模型
        6.2.3. 驻留打包算法
    6.3. 扩展的自适应调度算法
        6.3.1. 调度流程
        6.3.2. 可调度性分析
        6.3.3. 新增 SI 的打包
        6.3.4. 调度实现
        6.3.5. 仿真结果
    6.4. 基于等离子体反射面天线的雷达驻留调度
        6.4.1. 等离子体反射面天线介绍
        6.4.2. 等离子体反射面天线的关键参数
        6.4.3. 等离子体反射面天线与相控阵天线的比较
        6.4.4. 调度流程
        6.4.5. 优先级选择
        6.4.6. 算法流程
        6.4.7. 仿真分析
    6.5. 本章总结
第7章 结论
创新点
展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]大面积等离子体片微波反射特性研究[J]. 程芝峰,徐跃民,梁超,丁亮,鉴福升,朱翔.  电波科学学报. 2010(02)
[2]柱形等离子体天线辐射特性的矩量法分析[J]. 梁志伟,赵国伟,徐杰,王之江,徐跃民.  电波科学学报. 2008(04)
[3]等离子体天线输入阻抗测量及分析[J]. 梁志伟,孙海龙,王之江,徐杰,徐跃民.  物理学报. 2008(07)
[4]等离子体天线的噪声测量及分析[J]. 梁志伟,王之江,赵国伟,徐杰,徐跃民.  电波科学学报. 2007(06)
[5]射频激励等离子体非线性效应的FDTD数值模拟[J]. 赵国伟,王之江,徐跃民,粱志伟,徐杰.  物理学报. 2007(09)
[6]等离子体天线色散关系和辐射场数值计算[J]. 赵国伟,徐跃民,陈诚.  物理学报. 2007(09)
[7]柱形等离子体电离阻抗测量与分析[J]. 徐杰,赵国伟,梁志伟,王之江,徐跃民.  空间科学学报. 2007(04)
[8]等离子体天线轴向密度数值模拟和辐射图计算[J]. 赵国伟,王之江,徐跃民,梁志伟,徐杰.  中国科学院研究生院学报. 2007(04)
[9]激光等离子体推进技术研究新进展[J]. 郑志远,张翼,吴秀文,鲁欣,李玉同,张杰.  物理. 2007(03)
[10]等离子体天线的基本特性研究[J]. 张颋,李红波,刘国强.  信息工程大学学报. 2006(03)

博士论文
[1]等离子体天线的辐射与散射特性分析[D]. 钱志华.南京理工大学 2006

硕士论文
[1]柱形表面波等离子体基本参数诊断研究[D]. 徐杰.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2007



本文编号：3160929