在物理研究的各项课题中,等离子体和波的相互作用是非常有意义且有趣的课题,在课程里对于等离子体的研究有着极其重要的意义,特别是等离子体和电磁波的相互作用。瞬变等离子体与微波的特性研究起源于最初对于地表大气层中的等离子体的研究,最初运用电磁波的传播效应为目的,勘测大气层中的电离层,以自然界中的等离子体为主。在1980年之后,各项实验通过验证大气层中的等离子体作为微波进行反射和吸收的实施作用表明,在各项参数优化的情况下,等离子体对于入射波的反射和吸收的效率比正常参数有着更高的效率。经过这些实验,可以在军事技术以及其它方面对等离子体进行运用。
1. 等离子体对入射波的反射
入射电磁波的研究起源于对等离子体在自然界中的电离层勘测,通过实验验证了地球电离层对于电磁波的反射作用,电离层D层对于入射电磁波的吸收作用。在平均海拔60KM之上的大气层之中,大气层分为三个部分,完全电离部分称为磁层,未完全电离部分,完全电离部分和未完全电离部分之间的区域是等离子体。电离层的实验研究和理论分析极大的推动了技术功能的发展,推动了无线电应用技术的发展,和电离层的研究进展。
自1980年之后,等离子体对入射电磁波反射效应做了深入研究与探讨,公式阐述结果,等离子体电子密度分布Ne(z)为:
2. 等离子体对入射波的吸收
在20世纪60年代研究了等离子体对入射波的吸收,大范围研究了等离子体对于入射波的吸收能力。因为在1980年代等离子体在军事技术上的应用较多,军事需求促使等离子体对入射波的吸收研究更进一步。随着理论研究和实验分析的不断进展,军事技术研究也得到不断的发展与进步。在各国军事研究中,隐身技术已经成为了新的热门话题,且得到了不断的发展。
当电磁波在非均匀等离子体中传播时的公式为:
入射微波在等离子体入射过程中,一般伴随着等离子体对微波的吸收和反射两种作用。大气压中的等离子体对于不同频率的电磁波的反射与吸收作用都不一样,具有非常明显的宽频吸收效果。
3. 瞬变等离子体与微波实验研究
从瞬变等离子体和微波相互作用的理论要求得出结果,做出一维瞬变等离子体与微波的作用结论,得出分析数据。在实验中,不同的实验时间选择相同的实验模型和计算参数,将推导一维瞬变磁化等离子体的时域有限差分数值解与解析解相比较得出规律,通过结果可以正式推算出一维瞬变磁化等离子体的时域有限差分方法的准确性,由以上实验结果可以得出一定限度的瞬变等离子体和微波相互作用数据参数。(例如在不同时刻瞬间迅速的加入电压进行电离)之后观察是否有新的变化,若数据有改变则改变计算数据。
瞬变等离子体与微波的实验研究一般是在实验室中完成的,实验室具有完整的微波特性,当等离子体被微波照射时,通过观测等离子体反射微波的功率反射系数的变化,由实验可得出,瞬变等离子体对微波有衰减作用。在做实验之前,要用激光校准等微波入射等离子体时的角度和位置,使微波入射瞬变等离子体的角度与发射天线与接收天线之间的轴线所平行。除了这个方法,还可以对等离子体的入射角度进行微调,在微调时不断用网络测试仪接受调试信号,用最精准的信号值改变等离子体的入射角度。当信号值的峰值出现最大值时,就校准了等离子体的入射角度,这时可以认为等离子体的入射角度平行于发射天线与接收天线的轴线。
在实验中,为了提高测量信号信噪比,在微波入射瞬变等离子体的瞬间,在发射通道与接收通道之前放置前置放大器,以及功率放大器。在这种情况下,瞬变等离子体对于入射微波的功率进行吸收,影响了入射微波的幅度,使入射微波幅度衰减,在其中也伴随着其它漫反射机制的影响。
将瞬变等离子体与微波的相互作用下的实验结果与计算结果进行对比,通过两者的相似程度以及规律可以得出高密度、强碰撞的等离子体衰减微波入射作用更为明显。
结语
本文通过研究瞬变等离子体以及微波在瞬变等离子体上的吸收与反射进行研究分析,得出了一些结论,并且通过瞬变等离子体对于微波的影响方面进行总结,简单研究和分析了瞬变等离子体与微波的相互作用。同时,通过瞬变等离子体与微波的计算数据,以及简易的微波诊断方法进行数值的分析和计算,得到了一些有意义的结果。但是目前为止这些结果是阶段性和暂时性的,基于目前的实验结论,我们可以对实验方法进行一些更新,以使得计算和测量更精准。以往,由于多方面条件的限制,研究的目标只限于非时变等离子体。而在实际应用中的等离子体,它的等离子体频率会随着时间发生变化。目前,关于时变等离子体的研究仍然处于初步分析的阶段。
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