尘埃等离子体微波传输特性研究

论文摘要

很多通信问题涉及等离子体与微波的作用,而这些等离子体往往包含纳米-微米级别的尘埃颗粒,如火箭尾焰微波异常衰减、飞行器再入过程的等离子体鞘套、夏季极区电离层回波等现象。包含尘埃颗粒的等离子体体系称为尘埃等离子体,这些颗粒在等离子体中与其他粒子作用而带电,使其电磁特性更为复杂。尘埃等离子体对微波的影响机理尚不明确,而相关的理论研究往往缺乏实验结果的支持。鉴于这一现状,本文通过地面实验的方法探究各个参数对尘埃等离子体微波传输的影响,并利用基于Z变换的时域有限差分方法对实验条件进行仿真对比分析。首先,使用同轴网格环状电极产生大面积等离子体,借助电控振动筛网洒落尘埃颗粒,产生尘埃持续加入的尘埃等离子体。测量了1.5-8 GHz微波经过尘埃等离子体的能量透射率,实验中分别加入不同数量和种类的尘埃。分析了测量结果的频谱曲线特征,并根据尘埃颗粒充电理论讨论了不同种类颗粒的实验结果。其次,利用直流长柱状放电的分层结构实现尘埃颗粒在等离子体中的悬浮,并使用轴向模螺旋天线对分层区域尘埃等离子体进行微波传输测量。得到了1-4GHZ微波在不同气压和不同电压下尘埃等离子体中的能量透射率。通过微波相位改变量计算电子密度,并结合放电电压电流关系对微波测量结果进行分析。结果显示尘埃颗粒在不同参数等离子体下产生的影响具有明显差异。最后,根据基于Z变换的时域有限差分方法编写程序对实验过程进行模拟,以气压变化为例计算了微波透射率,与实验测量结果符合较好。其中体现尘埃作用的参数为微波诊断的电子密度结果。实验和仿真结果表明:尘埃颗粒通过吸附电子的方式影响等离子体中总的有效电子数密度,以此间接影响微波透射率。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 夏恒阳

导师: 王晓鸥

关键词: 尘埃等离子体,辉光放电,微波传输,地面实验

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O53

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003422

总页数: 59

文件大小: 2231K

下载量: 81

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