微波與激光等離子體相互作用的FDTD模擬.pdf

1、中文摘要摘要等離子體隱身技術(shù)是指利用等離子體回避雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的一種技術(shù)。要掌握等離子體隱身技術(shù)，就必須對(duì)等離子體與電磁波的相互作用有深入的了解。研究等離子體與電磁波的相互作用的方法包括解析法和數(shù)值方法。印TD法(時(shí)域有限差分方法)是使用最為廣泛和成熟的一種研究電磁波問題的數(shù)值方法。在實(shí)驗(yàn)證實(shí)了激光等離子體可以有效的屏蔽微波的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了幾種符合激光等離子體特性的數(shù)值計(jì)算模型，用Vc語(yǔ)言編寫了一維PLRCesFDTD算法，對(duì)微波在不同的

2、激光等離子體中的傳播、反射、折射、吸收等進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。通過數(shù)值計(jì)算，得到了:(1)不同時(shí)間步時(shí)，電磁波在不同的等離子體模型中傳播產(chǎn)生的電場(chǎng)分布(2)不同等離子體對(duì)電磁波的頻譜反射系數(shù)(3)不同等離子體對(duì)電磁波的頻譜透射系數(shù)。通過對(duì)比和分析可知，不同時(shí)間步時(shí)，簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體和膨脹中的簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體的反射和透射電場(chǎng)都比較小簡(jiǎn)化的軸向等離子體模型對(duì)于較低頻率的電磁波的反射比較少在碰撞頻率和等離子體頻率都為50GHz時(shí)，采

3、用非均勻的徑向等離子體模型，對(duì)于較高頻率電磁波得到的反射衰減率很高采用碰撞頻率和等離子體頻率都為50GHz的簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體模型和非均勻徑向激光等離子體模型，對(duì)從0到loGHz的波段的透射波都有著比較強(qiáng)的衰減.關(guān)鍵詞:FDTD法激光等離子體微波圖表目錄圖表目錄圖1.11覆蓋目標(biāo)等離子體對(duì)入射雷達(dá)電磁波的折射示意圖二”..”“.“，..........”“.2圖1.1.2畏蓋目標(biāo)的等離子體對(duì)入射雷達(dá)電磁波的吸收示意圖“:.，....

4、......”.......2表2.2.1等離子體各種參數(shù)的診斷途徑.””一“一”二，”.”一，.””.““.............一”.”.“:.‘14圖2.2.1對(duì)于不同的振蕩頻率通常適用的方法，.““..”.....，.........“”.....15圖2.3.1激光等離子體干涉測(cè)試方法裝置示意圖:.““.“”.““.”.“..”.一“..‘一”.“”16圖2.3.2等離子體電子密度的時(shí)間分布.””””二“.“”..一”””.

5、“...........一“.，.”.””“一“.17圖2.33等離子體電子密度軸向分布..”.“.“.”“，.“......’”二””.，.....”.’”:.價(jià).”二17圖2.34等離子體電子密度徑向分布“，......”....“..一”.““..’一，.”“”一，..’，’..17圖3.2.IYee網(wǎng)格單元及其場(chǎng)分量采樣位置圖.一““..’..“.”二”一“.“”.’”一””一”21圖3.3.1實(shí)部與虛部的相對(duì)誤差與電磁波頻率的

6、關(guān)系曲線一”““........’一“:.““..一”:.”，.二23圖3.3.2實(shí)部與虛部的相對(duì)誤差與等離子碰撞頻率的關(guān)系曲線...一”.”..””二“，........一24圖4.22雙層等離子體薄板模型一”，.一”....’......““.““二”一，..，一“......一”.’，’一27圖4.2.3簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體模型二“二““:.“.“二，.:.“..“一”“.，...:.”..28圖4.2.4非均勻的徑向等離子體模

7、型一，..”，.二價(jià).“”.”.”.一，.一”.“一””二”..一29圖4.2.5膨脹等離子體模型(基于簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體模型)一”..“一”““.”“:.30圖4.2.6膨脹等離子體模型(基于非均勻的激光等離子體模型)二”.“.“.“”二“...一”一30圖4.31窗函數(shù)作用后引起的附加起伏一”，..”..一”””，..”....一””.””:.“.“.一“:.32圖4.3.2高斯脈沖時(shí)域圖(a)與頻域圖(b).”.”.一”’”:

8、.”“.”.“二”..‘一“””.一，.一””‘.3圖4.3.3微分高斯脈沖時(shí)域圖(a)與頻域圖(b)一“.，.，..““.”.“.”.一”“”..’一....3圖43.4截?cái)嗳颐}沖時(shí)域圖(a)與頻域圖(b).””.”“”“.“”.....””.“一“..，..34圖4.3.5調(diào)制高斯脈沖時(shí)域圖(a)與頻域圖(b)二，.’“.一，..”一“.”一““”.一”.“”.“””.34表4.4.1實(shí)際計(jì)算中的各參數(shù)設(shè)置........一“.

9、“.一”一，.一，.一，.一”“”.’“一”.“”.“一35圖4.4.1非均勻激光等離子體的頻率分布示意圖一，..一，.一“.‘:.，.....””，..”..”.37圖44.2計(jì)算空間示意圖(以簡(jiǎn)化的激光等離子體模型為參考)一，.一”二””“一”””...一37圖5.11電磁波在單層等離子體薄板中傳播不同時(shí)刻的電場(chǎng)空間分布.“““.”.”.”””....”.38圖5.1.4電磁波在非均勻徑向激光等離子體中傳播不同時(shí)刻的電場(chǎng)空間分布“”

10、.一“...’一”，.二41圖5，1.5電磁波在非均勻徑向激光等離子體中傳播不同時(shí)刻的電場(chǎng)空間分布一“:.“一”:’”:.41圖5.1.6電磁波在膨脹的軸向激光等離子體中傳播不同時(shí)刻的電場(chǎng)空間分布一”“一”“””.42圖5.2.1反射和透射頻譜的記錄參考面””.“”””.，.:.””.”..“.’，.，..””:.“......一”.，.”，.一43圖52.2單層等離子體薄板的反射頻譜系數(shù).“一，.，.:.”.....一””.‘，’一“

11、.““.”””“:.”:.“.43圖5.2.3簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體的反射頻譜系數(shù)，一，......一，.””“”.’一””一“一“”...4圖5.2.4簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體模型的反射頻譜系數(shù)一””““...，..一””..，.”””一，.二，.:.4圖5.2.5非均勻的徑向激光等離子體模型的反射頻譜系數(shù)一””:’，，..”.”.“.”二”“.””二””一，45圖5.26非均勻的徑向激光等離子體模型的反射頻譜系數(shù)一‘，.一，.”“..

12、...一，.:.“一”一”“.“.45圖5.2.7單層等離子體薄壁模型的透射頻譜系數(shù)..一“”””“””.“”.”.”’“.”.，.一”.’”.46圖52.8單層等離子體薄壁模型的透射頻譜系數(shù).“’““.“.‘一“:.“.”.“””一“..’..一”.”.“:.”.46圖5.2.9雙層等離子體薄壁模型的透射頻譜系數(shù)二”一””.“.”.“.”.””一，’”，..，..”，’“，”:.“..47圖52.10簡(jiǎn)化的軸向激光等離子體模型的透射頻