基于HMM方法的等离子鞘中电波传播特性研究

论文摘要

再入飞行器进入大气层时,会与大气发生剧烈摩擦,从而在飞行器表面形成等离子鞘套。等离子鞘套对电磁波造成衰减与散射,使再入飞行器与地面之间的通信功能受到影响,甚至造成信号中断,形成“黑障”效应。研究电磁波在等离子鞘套中的传播特性,对缓解“黑障”问题具有重要意义。本文采用混合矩阵法（Hybrid Matrix Method,HMM）分别对等离子鞘套中稳态电子密度和随机电子密度下电磁波的传播特性进行分析。论文研究内容如下:1.基于等离子鞘套分层模型,结合Maxwell方程和等离子体的流体力学方程推导出任意磁场下的等离子体介电常数张量ε和耦合矩阵C。给出了混合矩阵（Hybrid Matrix,H矩阵）定义及单层H矩阵和级联H矩阵的计算方法。2.由斯涅耳定律和H矩阵推导出电磁波在分层等离子鞘套中传播的反射系数和透射系数,分别分析了外加磁场与电磁波方向同向、垂直和存在夹角三种情况下电磁波在等离子鞘套中的传播特性。结果表明,外加磁场可以提高GPS信号右旋圆极化波（Right-hand Circularly Polarized Wave,简称RCP波）的透射能力,随着外加磁场的增加,透射系数的阻带逐渐向高频方向移动,低频端的透射系数在外加磁场的作用下得到改善。该结论为减弱“黑障”效应提供理论参考。3.将HMM与蒙特卡罗方法相结合,采用随机电子密度模型,分别分析了非磁化状态下和磁化状态下,电磁波在电子密度随机变化的等离子鞘套中传播的透射系数的统计特性。结果表明,碰撞频率较高时,电磁波的透射系数幅度和相位标准差变化越稳定,并且,提高入射波频率可以降低电子密度对透射系数的影响。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李慧

导师: 席晓莉,刘江凡,刘智超

关键词: 等离子鞘套,混合矩阵法,右旋圆极化波,极化特性,随机电子密度

来源: 西安理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 西安理工大学

基金: 国家自然基金(编号:61701398)

分类号: O53;O441

总页数: 68

文件大小: 5630K

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