电磁波在电离层的传播特性及含碳材料的微波吸收性能研究

论文摘要

电磁波进入电离层主要受自由电子的影响而发生折射,电磁波在电离层中能传播多远受制于电磁波的入射频率及电离层中的电子浓度。频率较低的电磁波在通过电离层时会被电离层反射回去,只有当电磁波的频率高于某层的临界频率时,电磁波才有可能通过该层。本文在电离层波的相关理论基础上,研究了电子浓度Ne的分布模式,讨论了在E层及F2层的电子浓度分布趋近于抛物分布,F1层的电子浓度分布取决于E层及F2层。模拟了电子浓度随高度的变化曲线,并与实际分布曲线作了对比,整体上,模拟剖面图能够较好的模拟电离层电子浓度的分布情况,特别是F2层峰值周围,模拟曲线与实际曲线重合的很好,但在E层附近与F2层以上区域,模拟值与实际值有较大误差,本文还讨论了在扩散平衡的前提下,F2层以上的电子浓度分布情况。在研究电子浓度分布的基础上,本文还研究了折射率n与电子浓度Ne及高度h之间的关系,并通过数值模拟对折射率随高度的变化规律行了分析,得出了与电子浓度高度剖面相类似的结论,在电离层吸收方面,分析了有效频率（f+fH）与电离层吸收的关系,电离层对电磁波的吸收程度受制于入射频率的大小,电离层对高频入射电磁波的吸收很小。电离层的吸收还受到一些因子的影响,本文也对此作了讨论。在含碳材料对微波吸收性能的研究上,本文主要研究了多壁碳纳米管,大内径薄壁碳纳米管,膨胀石墨,及铁氧体涂层的膨胀石墨这四种材料的电磁性能,及吸波性能。结果表明：碳纳米管复合材料在2-18GHz范围具有吸波性能。其中质量分数为15%的多壁碳纳米管的最大吸收峰在10.4GHz,其值为-21.7dB,质量分数为15%的大内径薄壁碳纳米管的最大吸收峰在11.2GHz,值为-17.6dB。膨胀石墨单体吸波性能较差,铁氧体与膨胀石墨的复合材料具有一定的吸波性能,但吸收率数值较低,并不是良好的吸波材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电磁波在电离层中传播问题的研究背景和意义
• 1.2 电磁波传播与电离层问题研究简史
• 1.3 电磁波在电离层中传播问题的国内外研究进展
• 1.4 本文内容与结构安排
• 第二章 电离层与电磁波传播相关理论基础
• 2.1 电离层介质特性相关理论
• 2.1.1 电离层的形成与分层结构
• 2.1.2 等离子体振荡频率
• 2.2 电离层电子浓度
• 2.2.1 连续性方程
• 2.2.2 电子浓度的一般表达式
• 2.2.3 卡普曼（Chapman）层
• 第三章 电离层电子浓度随高度变化特性分析
• 3.1 电离层电子浓度函数分析
• 3.1.1 电离层电子浓度的抛物分布
• 3.1.2 电离层电子浓度的经验函数
• 3.2 数值模拟及结果分析
• 3.2.1 日间电子浓度剖面分析
• 3.2.2 夜间电子浓度剖面分析
• 3.3 上层电离层电子浓度扩散平衡分布讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 电磁波在电离层中的传播特性研究
• 4.1 电磁波在电离层的折射率研究
• 4.1.1 电磁波电离层折射理论
• 4.1.2 电离层频高图分析
• 4.1.3 折射率随高度变化分析
• 4.2 电离层对电磁波的吸收问题的讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 含碳材料的微波吸收性能研究
• 5.1 多壁碳纳米管与大内径薄壁碳纳米管的吸波性能研究
• 5.1.1 复合材料制备与测试
• 5.1.1.1 复合材料制备
• 5.1.1.2 材料测试
• 5.1.2 材料的形貌分析
• 5.1.3 材料的电磁参数
• 5.1.4 材料的吸波性能分析
• 5.2 膨胀石墨复合材料的吸波性能研究
• 5.2.1 样品的制备
• 5.2.1.1 可膨胀石墨的制备
• 5.2.1.2 膨胀石墨及其铁氧体涂层的膨胀石墨制备
• 5.2.2 样品表征与形貌分析
• 5.2.2.1 X射线衍射结果（XRD）
• 5.2.2.2 形貌分析
• 5.2.3 样品的电磁性能
• 5.2.4 样品的吸波性能分析
• 5.3 结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢