大功率電波在等離子體中的非線性效應研究.pdf

1、隨著航空航天科學技術的快速發(fā)展，臨近空間等離子體中的測控通信研究已經(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其產(chǎn)生影響，因此對電磁波在等離子體中傳播的非線性效應的研究也是至關重要的。電磁波在等離子體中的傳播過程是相當復雜的，它受到非常多參數(shù)的影響，整個傳播過程會產(chǎn)生多種非線性效應，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：熱致非線性效應和二次諧波非線性效應，這

2、兩種非線性效應都是由大功率電波激發(fā)的。該研究對等離子體的有效利用具有重要的理論意義和應用價值。
　　熱致非線性效應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系，從而建立了等離子體的介電常數(shù)和電導率與入射波場強以及等離子體特征場之間的一個關系式。熱致非線性效應的本質(zhì)就是等離子體的媒質(zhì)特性參數(shù)與場之間的關系。根據(jù)上述關系，本文對電子溫度隨場的變化以及衰減常數(shù)隨場的變化進行了仿真分析，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雜，并且諧波效應不是很明顯，因此本文主要分析了二次諧波非線性效應。二次諧波非線性效應的理論基礎是等離子體中電子和離子的流體運動方程，電子運動速度的方程和電磁波在等離子體中傳播的波動方程，由此可以建立起電磁波在等離子體中傳播時的二次諧波波動方程。通過仿真分析二次諧波z向電場強度峰值和基波電場強度峰值的比值與電磁波頻率和

4、碰撞頻率之間的關系，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，二次諧波電場強度的峰值會越大；另外，我們還可以得出二次諧波的電場強度峰值遠小于基波電場強度的峰值。
　　等離子體作為重要的傳輸空間，在現(xiàn)代的科學實際中有著非常廣泛的應用。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，結(jié)合高功率微波的實際應用，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情況下的反射損耗進行了對比。得出非線性反射