本文關(guān)鍵詞：等離子體柱在電磁輻射及散射問題中的應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 等離子體柱天線 等離子體共形天線 散射 偏心等離子體柱 隱身

【摘要】：等離子體是由正負帶電粒子或離子構(gòu)成的,不同種類帶電粒子之間相互獨立且正、負電荷總和相等,所以宏觀上呈電中性。當電磁波的頻率遠低于等離子體頻率時,等離子體便表現(xiàn)出類似于金屬的導電特性。于是,可利用等離子體柱替代金屬天線輻射電磁能量。當關(guān)閉激勵源時,等離子體柱天線就變成一個介質(zhì)管,可以很好地逃避敵方雷達的探測,這是等離子體天線最重要的一個特點。然而,若等離子體柱天線正在工作時被對方一定頻段的雷達波掃描,它就會產(chǎn)生散射電磁波,所以散射是等離子體天線應(yīng)該引起重視的一項參數(shù)。同時,等離子體還對某些頻段的電磁波會有吸收和散射作用,因而等離子體覆蓋金屬柱等目標,會有助于目標的隱身。本論文針對等離子體柱在電磁輻射及散射問題中的應(yīng)用進行研究。目前,針對等離子體柱天線的研究很多,但缺乏對其輻射機理的深入分析,論文對等離子體天線的輻射機理進行了研究。由于等離子體的物理特性隨著饋入信號頻率的變化而變化,等離子體圓柱天線有兩種工作模式(導模和漏模)可產(chǎn)生輻射。這兩種模式的截止頻率可分別通過公式推導和理論分析得到。在低頻段,等離子體圓柱可像金屬天線那樣輻射電磁能量;在高頻段,等離子體柱則可用作漏波天線,其輻射遠場可由Schelkunoff等效定律計算獲得。從兩個模式的輻射方向圖可以看出,無論是導模輻射還是漏模輻射,都可以通過等離子體的參數(shù)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)方向圖的重構(gòu)。阻抗是等離子體圓柱天線設(shè)計中的重要一環(huán)。論文通過建立電磁波在等離子體圓柱中的傳播模型,分析等離子體柱天線的內(nèi)阻;利用坡印廷矢量法計算輻射電阻,并進行了分析。結(jié)果表明適當?shù)卣{(diào)整等離子體密度和碰撞頻率,可實現(xiàn)內(nèi)阻的減小和輻射電阻的增大,從而提高等離子體天線的輻射效率。論文還通過建立中心饋電的二元等離子體對稱振子天線陣模型,再基于等效電路理論計算了等離子體密度均勻和不均勻時等離子體天線陣的互阻抗,數(shù)值結(jié)果表明等離子體柱天線陣的互阻抗取決于等離子體的參數(shù)與陣元的間距。論文對微帶線饋電的平面等離子體片天線輻射特性進行仿真分析,發(fā)現(xiàn)調(diào)整等離子體頻率可改變等離子體平面天線的回波損耗;接著將等離子體平面天線共形到圓柱面,仿真分析了共形前后等離子體天線回波損耗的變化,并對共形圓柱面半徑對回波損耗的影響進行了分析,給出了等離子體柱面共形天線的輻射方向圖。在此基礎(chǔ)上,分析了金屬貼片耦合寄生等離子體片天線的輻射特性,加載耦合等離子體片可有效增加金屬貼片天線的帶寬,等離子體頻率也對帶寬有影響。在等離子體天線設(shè)計中,等離子體柱的散射也是必須考慮的。論文通過建立無限長介質(zhì)管束縛的等離子體方柱天線FDTD(時域有限差分)仿真模型,仿真分析了等離子體方柱天線的散射特性,發(fā)現(xiàn)通過合理地選擇介質(zhì)管的介電常數(shù)和等離子體的相關(guān)參數(shù)可有效地縮減等離子體天線的RCS(雷達散射截面)。論文還建立了偏心等離子體圓柱層覆蓋金屬圓柱的模型,并對其隱身性能進行了分析。通過坐標變換和柱面波函數(shù)的疊加原理,詳細推導了該模型散射系數(shù)。仿真結(jié)果顯示,偏心等離子體圓柱與金屬圓柱間的軸間距會對RCS產(chǎn)生明顯的影響。覆蓋偏心等離子體層的目標柱的RCS會隨著等離子體密度的增加而減小。相比同心等離子體層覆蓋的金屬柱,偏心等離子體層覆蓋模型能在較寬的頻段內(nèi)保持更小的后向散射。總之要在一定頻段內(nèi)減少RCS,實現(xiàn)目標隱身,必須總體優(yōu)化等離子體的相關(guān)參數(shù)和偏心模型的幾何參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：等離子體柱天線 等離子體共形天線 散射 偏心等離子體柱 隱身
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O53
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 研究背景15-17
• 1.1.1 等離子體柱天線的原理15-17
• 1.1.2 等離子體天線的特點17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-22
• 1.2.1 等離子體天線技術(shù)的研究進展17-22
• 1.2.2 等離子體覆蓋目標隱身技術(shù)的研究進展22
• 1.3 本文的結(jié)構(gòu)安排與主要貢獻22-25
• 第二章 平面電磁波在等離子體中傳播25-30
• 2.1 等離子體的概念25
• 2.2 電磁波在等離子體中的傳播25-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 第三章 等離子體柱天線輻射特性分析30-76
• 3.1 等離子體圓柱天線的輻射30-37
• 3.1.1 等離子體圓柱天線的導模輻射30-34
• 3.1.2 等離子體圓柱天線的漏模輻射34-37
• 3.2 等離子體圓柱天線的阻抗37-48
• 3.2.1 單級等離子體柱天線的阻抗37-44
• 3.2.1.1 單極等離子體圓柱天線內(nèi)阻38-41
• 3.2.1.2 單極等離子體圓柱天線輻射電阻41-44
• 3.2.2 等離子體圓柱天線陣的互阻抗44-48
• 3.2.2.1 二元等離子體對稱振子天線陣的建模44-45
• 3.2.2.2 等離子體密度均勻時的天線陣的互阻抗45-47
• 3.2.2.3 等離子體密度非均勻分布時的天線陣的互阻抗47-48
• 3.3 等離子體柱天線的可重構(gòu)特性48-61
• 3.3.1 等離子體的導電特性48-49
• 3.3.2 等離子體柱天線的可重構(gòu)特性49-55
• 3.3.3 等離子體柱天線陣的可重構(gòu)特性55-61
• 3.4 等離子體薄片天線輻射特性分析61-71
• 3.4.1 平面等離子體片天線輻射特性61-66
• 3.4.2 等離子體共形天線的輻射特性66-68
• 3.4.3 耦合寄生等離子體片的微帶天線輻射特性68-71
• 3.5 等離子體圓柱天線的噪聲71-74
• 3.6 本章小結(jié)74-76
• 第四章 等離子體柱天線的散射特性分析76-96
• 4.1 等離子體圓柱天線的散射76-80
• 4.1.1 平面波入射等離子體圓柱產(chǎn)生散射場的一般解76-79
• 4.1.2 兩種特殊情況的散射79-80
• 4.2 介質(zhì)管束縛等離子體方柱天線的散射80-86
• 4.2.1 基于Z變換的FDTD公式81-82
• 4.2.2 數(shù)值結(jié)果與討論82-86
• 4.3 兩個等離子體圓柱構(gòu)成的天線陣的散射86-95
• 4.3.1 二元等離子體圓柱天線陣的建模86-92
• 4.3.2 遠區(qū)場近似92-93
• 4.3.3 仿真與分析93-95
• 4.4 本章小結(jié)95-96
• 第五章 等離子體覆蓋目標的隱身性能分析96-110
• 5.1 等離子體覆蓋平面金屬的隱身性能96-102
• 5.1.1 電磁波在多層介質(zhì)中的傳播96-99
• 5.1.2 非均勻等離子體覆蓋金屬目標的反射99-102
• 5.2 偏心等離子體覆蓋金屬圓柱的隱身性能102-109
• 5.2.1 同心等離子體覆蓋金屬圓柱的散射102-104
• 5.2.2 偏心等離子體覆蓋金屬圓柱的散射104-109
• 5.2.2.1 偏心等離子體覆蓋金屬圓柱的建模104-106
• 5.2.2.2 數(shù)值結(jié)果與討論106-109
• 5.3 本章小結(jié)109-110
• 第六章 總結(jié)與展望110-112
• 致謝112-113
• 參考文獻113-124
• 攻讀博士學位期間取得的成果124-125
• 附錄I 面電流（面磁流）的坐標變換125-128
• 附錄II貝塞爾函數(shù)的坐標平移公式128-129

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本文編號：608702