微波与激光等离子体相互作用的FDTD模拟

论文摘要

等离子体隐身技术是指利用等离子体回避雷达探测系统的一种技术。要掌握等离子体隐身技术，就必须对等离子体与电磁波的相互作用有深入的了解。研究等离子体与电磁波的相互作用的方法包括解析法和数值方法。FDTD法（时域有限差分方法）是使用最为广泛和成熟的一种研究电磁波问题的数值方法。在实验证实了激光等离子体可以有效的屏蔽微波的基础上，设计了几种符合激光等离子体特性的数值计算模型，用VC++语言编写了一维PLRC-FDTD算法，对微波在不同的激光等离子体中的传播、反射、折射、吸收等进行了数值模拟计算。通过数值计算，得到了：（1）不同时间步时，电磁波在不同的等离子体模型中传播产生的电场分布；（2）不同等离子体对电磁波的频谱反射系数；（3）不同等离子体对电磁波的频谱透射系数。通过对比和分析可知，不同时间步时，简化的轴向激光等离子体和膨胀中的简化的轴向激光等离子体的反射和透射电场都比较小；简化的轴向等离子体模型对于较低频率的电磁波的反射比较少；在碰撞频率和等离子体频率都为50GHz时，采用非均匀的径向等离子体模型，对于较高频率电磁波得到的反射衰减率很高；采用碰撞频率和等离子体频率都为50GHz的简化的轴向激光等离子体模型和非均匀径向激光等离子体模型，对从0到100GHz的波段的透射波都有着比较强的衰减。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 等离子体隐身技术介绍
• 1.2 等离子体的产生与激光等离子体
• 1.3 等离子体的FDTD法
• 1.4 等离子体隐身技术以及色散介质的FDTD法的研究进展
• 1.5 本文的主要工作
• 2 等离子体与激光等离子体的基础理论
• 2.1 等离子体的概念及性质
• 2.1.1 等离子体的概念
• 2.1.2 等离子体的特征参数
• 2.1.3 等离子体的性质
• 2.2 等离子体诊断法
• 2.2.1 等离子体诊断法的概念以及常用方法介绍
• 2.2.2 微波诊断法及等离子体隐身技术
• 2.3 激光等离子体的特点
• 2.4 小结
• 3 FDTD法对电磁波的数值模拟
• 3.1 电磁波的数值方法概述
• 3.2 FDTD法的概念
• 3.3 FDTD法用于等离子体隐身的数值模拟的精度及效率的研究进展
• 3.4 小结
• 4 用FDTD法对一维电磁波在激光等离子体中传播的数值模拟
• 4.1 PLRC-FDTD算法的迭代
• 4.2 数值模拟过程中激光等离子体的模型研究
• 4.2.1 单层等离子体薄板模型
• 4.2.2 双层等离子体薄板模型
• 4.2.3 简化的轴向激光等离子体模型
• 4.2.4 非均匀的径向激光等离子体模型
• 4.2.5 膨胀等离子体模型
• 4.3 FDTD数值模拟中的电磁波模型
• 4.3.1 时谐场源
• 4.3.2 脉冲波源
• 4.4 实际模拟过程中各参数的设置情况的简要介绍
• 4.5 小结
• 5 数值模拟结果的比较与分析
• 5.1 不同时刻的空间传播状态的比较
• 5.1.1 单层等离子体薄板
• 5.1.2 双层等离子体薄板
• 5.1.3 简化的轴向等离子体
• 5.1.4 非均匀的径向等离子体
• 5.1.5 膨胀的等离子体
• 5.2 不同等离子体分布模型的频谱透、反射系数的比较
• 5.2.1 反射频谱系数的比较
• 5.2.2 透射频谱系数的比较
• 5.3 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献