天線與有限邊界等離子體相互作用的研究.pdf

1、大氣流在流經(jīng)高超聲速飛行器表面的時候會被在飛行器前端的激波加熱，隨后與飛行器表面產(chǎn)生摩擦。在速度接近10馬赫的時候，激烈的加熱效應會使分子離解。這一過程使得氣流轉(zhuǎn)變?yōu)殡婋x流，形成包圍著飛行器的等離子體殼層。等離子體殼層的形成會對天線輻射的傳輸產(chǎn)生十分嚴重的衰減，導致飛行器無法與地面指揮中心進行通訊，引起所謂的“黑障”問題。
　　本文以改善“黑障”現(xiàn)象為目標，運用磁流體理論和多種數(shù)理工具，以球形雙極天線在球形等離子殼層中的天線輻射為

2、例，系統(tǒng)地研究了天線與有限邊界等離子體的相互作用，主要內(nèi)容包括：
　　從等離子體的統(tǒng)計力學圖像出發(fā)，計算了玻爾茲曼方程速度的各階矩，并使用氣體狀態(tài)方程進行截斷，從而得到了等離子體的磁流體模型。進而在準中性和冷等離子體假設(shè)下，推演了等離子體的雙磁流體模型。并運用該模型和電動力學的相關(guān)理論，導出了等離子體的介電常數(shù)和色散關(guān)系，從而得到了等離子體的電動力學模型。
　　在等離子體電動力學模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了球形等離子殼層中球形雙極天

3、線的亥姆霍茲方程，并對該方程使用分離變量法進行求解，最終得到了本例中天線輻射的通解。本文使用通解對電磁介質(zhì)分解面處的邊界條件進行了匹配，最終得到了球形等離子體殼層中球形雙極天線的輻射模型。
　　為了找到改善“黑障”現(xiàn)象的有效方法，本文計算并分析了相對天線輻射強度隨等離子體殼層數(shù)密度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了在天線輻射頻率小于等離子體振蕩頻率的時候出現(xiàn)的輻射增益現(xiàn)象。本文對該現(xiàn)象的機理和影響該現(xiàn)象的因素進行了研究。計算結(jié)果表明天線的半徑和工