大功率電波在等離子體中的非線性效應(yīng)研究.pdf

1、隨著航空航天科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，臨近空間等離子體中的測(cè)控通信研究已經(jīng)成為一大重要而緊迫的研究課題。其中電磁波在等離子體中的傳播特性直接或間接對(duì)其產(chǎn)生影響，因此對(duì)電磁波在等離子體中傳播的非線性效應(yīng)的研究也是至關(guān)重要的。電磁波在等離子體中的傳播過程是相當(dāng)復(fù)雜的，它受到非常多參數(shù)的影響，整個(gè)傳播過程會(huì)產(chǎn)生多種非線性效應(yīng)，包括等離子體內(nèi)部波與波的自作用和互作用等等。本文主要分析和研究了其中的兩種非線性效應(yīng)：熱致非線性效應(yīng)和二次諧波非線性效應(yīng)，這

2、兩種非線性效應(yīng)都是由大功率電波激發(fā)的。該研究對(duì)等離子體的有效利用具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　熱致非線性效應(yīng)是由于電磁波入射到等離子體后，電子受熱后溫度升高，加上等離子體的碰撞頻率和電子溫度之間的關(guān)系，從而建立了等離子體的介電常數(shù)和電導(dǎo)率與入射波場(chǎng)強(qiáng)以及等離子體特征場(chǎng)之間的一個(gè)關(guān)系式。熱致非線性效應(yīng)的本質(zhì)就是等離子體的媒質(zhì)特性參數(shù)與場(chǎng)之間的關(guān)系。根據(jù)上述關(guān)系，本文對(duì)電子溫度隨場(chǎng)的變化以及衰減常數(shù)隨場(chǎng)的變化進(jìn)行了仿真分析，得出

3、了一些有意義的結(jié)論。
　　諧波非線性效應(yīng)的本質(zhì)是入射電磁波產(chǎn)生了新的頻率分量，由于三次諧波以及更高次諧波的分析較為復(fù)雜，并且諧波效應(yīng)不是很明顯，因此本文主要分析了二次諧波非線性效應(yīng)。二次諧波非線性效應(yīng)的理論基礎(chǔ)是等離子體中電子和離子的流體運(yùn)動(dòng)方程，電子運(yùn)動(dòng)速度的方程和電磁波在等離子體中傳播的波動(dòng)方程，由此可以建立起電磁波在等離子體中傳播時(shí)的二次諧波波動(dòng)方程。通過仿真分析二次諧波z向電場(chǎng)強(qiáng)度峰值和基波電場(chǎng)強(qiáng)度峰值的比值與電磁波頻率和

4、碰撞頻率之間的關(guān)系，我們可以得出等離子體的碰撞頻率越大，入射電磁波的頻率越低，二次諧波電場(chǎng)強(qiáng)度的峰值會(huì)越大；另外，我們還可以得出二次諧波的電場(chǎng)強(qiáng)度峰值遠(yuǎn)小于基波電場(chǎng)強(qiáng)度的峰值。
　　等離子體作為重要的傳輸空間，在現(xiàn)代的科學(xué)實(shí)際中有著非常廣泛的應(yīng)用。本文利用大功率電波在等離子體中傳播產(chǎn)生的熱致非線性效應(yīng)，結(jié)合高功率微波的實(shí)際應(yīng)用，得到了在非線性的影響下入射波的反射損耗，并且與不考慮非線性效應(yīng)情況下的反射損耗進(jìn)行了對(duì)比。得出非線性反射