等离子体电磁散射特性的研究

论文摘要

时域有限差分(FDTD)方法在处理许多电磁问题如辐射、散射、电磁兼容等都具有很大的灵活性。相比较于其它数值计算方法,它更擅长于分析具有复杂外形和介质结构物体的电磁问题。本文基于FDTD方法分析了等离子体的电磁散射问题,并得出了相关结论。用FDTD模拟了波的产生和传播,电磁波入射介质时的一维电磁散射情形,证明了FDTD方法的正确性以及FDTD在研究电磁波传播和散射过程的直观性。讨论了在FDTD编程时用投影法加源存在的一些问题,对正弦波入射和脉冲波入射作了详细地研究,表明正弦波入射稳态时入射波的泄漏要比非稳态时的少;正弦波波长、脉冲宽度所能划分的网格数越多,泄漏就越少。用移位算子法研究了均匀非磁化等离子体的电磁散射特性。分析了等离子体频率、碰撞频率、入射电磁波频率的变化对等离子体反射系数、透射系数的影响;分析了等离子体对电磁波的衰减指数,电磁波在等离子体中传播的透入深度,以及等离子体碰撞频率、入射电磁波频率的变化对等离子体衰减指数的影响。用辅助差分法研究了均匀磁化等离子体的电磁散射特性,分析了等离子体频率、碰撞频率、电子回旋频率(外磁场)的变化对磁化等离子体前向RCS、后向RCS的影响;研究了磁化等离子体覆盖无限大金属平板时的电磁散射特性,分析了等离子体频率、碰撞频率、电子回旋频率(外磁场)的变化对复合目标后向RCS的影响,以及磁化等离子体电子密度(频率)分布不均匀时复合目标后向RCS的变化。研究了均匀非磁化等离子体覆盖无限大金属平板时的电磁散射特性,分析了等离子体频率、碰撞频率的变化对目标后向RCS的影响;研究了非均匀非磁化等离子体覆盖无限大金属平板时的电磁散射特性,分析了等离子体频率的变化、等离子体电子密度(频率)的不同分布对目标后向RCS的影响;研究了在二维情形下等离子体和金属柱体复合目标的后向RCS,等离子体频率、碰撞频率的变化对复合目标后向RCS的影响;最后分析了火箭尾焰对后向RCS的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 等离子体简介
• 1.1.1 产生等离子体隐身的方法
• 1.1.2 等离子体隐身技术的原理
• 1.1.3 等离子体隐身技术的发展情况、优点及问题
• 1.2 FDTD 简介
• 1.2.1 FDTD 的发展历程及应用领域
• 1.2.2 处理色散介质的FDTD 方法
• 1.3 论文的研究内容
• 第二章 直角坐标系中的 FDTD
• 2.1 FDTD 迭代式
• 2.1.1 一维情形下的FDTD
• 2.1.2 二维情形下的FDTD
• 2.1.3 三维情形下的FDTD
• 2.2 一维FDTD 算例
• 2.2.1 波的产生和传播
• 2.2.2 介质的电磁散射
• 2.3 二维FDTD 算例
• 2.4 总场边界电场泄漏的问题
• 2.4.1 时谐场情形
• 2.4.2 瞬态场情形
• 2.5 小结
• 第三章 非磁化等离子体
• 3.1 移位算子法
• 3.1.1 常见色散介质模型及其介电系数表达式
• 3.1.2 各向同性色散介质FDTD 递推式
• 3.1.3 用移位算子法处理各向同性色散介质的本构关系
• 3.2 非磁化等离子体性质
• 3.2.1 等离子体频率对电磁波的影响
• 3.2.2 等离子体碰撞频率对电磁波的影响
• 3.3 二维等离子体圆柱的电磁散射
• 3.3.1 非碰撞等离子体圆柱
• 3.3.2 碰撞等离子体圆柱
• 3.4 小结
• 第四章 磁化等离子体
• 4.1 辅助差分法
• 4.2 磁化等离子体的反射和透射
• 4.3 等离子体覆盖金属平板
• 4.4 小结
• 第五章 金属和非磁化等离子体复合目标
• 5.1 非磁化等离子体覆盖金属平板
• 5.1.1 均匀等离子体
• 5.1.2 非均匀等离子体
• 5.2 二维复合目标的电磁散射
• 5.2.1 等离子体的隐身效果
• 5.2.2 等离子体对金属RCS 的影响
• 5.3 尾焰对火箭RCS 的影响
• 5.4 小结
• 结束语
• 附录I 三种色散介质模型的有理分式函数形式
• 附录II 高阶时间导数移位算子形式的证明
• 参考文献
• 致谢
• 在读硕士期间发表的学术论文