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《南京理工大学》 2006年
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等离子体天线的辐射与散射特性分析

钱志华  
【摘要】:本文主要运用数值模拟方法从理论上研究等离子体天线的辐射与散射特性,内容涉及等离子体与电磁波的相互作用、等离子体天线、等离子体隐身技术三个方面,基本上不涉及工程实现。 论文首先对研究工作所涉及的几个重要等离子体物理参数进行了简单介绍和必要的推导。 时域有限差分(FDTD)方法是目前解决非均匀、各向异性、色散媒质的一种常用数值方法。等离子体作为一种典型的各向异性色散媒质,正好适用该方法。为此,论文首先运用辅助差分方程(ADE)算法非常简便地推导了非磁化等离子体的FDTD公式,接着利用分段线性递归卷积(PLRC)算法详细推导了磁化等离子体的FDTD公式,并首次将PLRC算法推广到任意磁偏角情形的磁化等离子体,然后用计算实例对公式的正确性进行了检验。此外,讨论了同轴线内导体的细导线模型处理以及近远场变换技术。在此基础上,考察了等离子体覆盖层对单极子天线和微带贴片天线的影响,并通过添加介质隔离层、引入适当的校正来减小等离子体的影响。 本文重点在于对一种全新概念天线——等离子体天线的探索性研究。首先简单讨论了等离子体天线的基本原理,着重推导了等离子体介质圆柱波导的色散方程。然后设计了一种同轴线激励的等离子体鞭天线,并分析了它的辐射与散射特性。 论文正确推导了二维横磁(TM)波入射等离子体覆盖导体圆柱以及介质包围等离子体圆柱的解析公式(Mie级数解)。采用基于体积分方程的矩量法(MoM)分析了二维等离子体柱以及三维等离子体鞭天线的散射特性。在MoM的求解过程中,通过结合共轭梯度-快速傅里叶变换(CG-FFT)技术,大大提高了计算效率,获得了比较精确的结果。 最后,论文综合运用Mie级数公式、MoM-CG-FFT和FDTD方法对二维等离子体覆盖导体柱、等离子体天线、等离子体天线阵列以及三维等离子体鞭天线等的雷达散射截面(RCS)进行了详细计算。同时,论文讨论了不同参数对等离子体散射体RCS的影响并得出了一些有指导意义的结论,这些工作无疑对飞行器的隐身分析与隐身设计具有重要的参考价值。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN827.9

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 殷雄;赵振维;张厚;孙树计;姜聿焘;许志永;;等离子体散射分析的改进型交替隐式时域方法[J];电波科学学报;2013年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李学识;基于表面波驱动的等离子体天线及其阵列技术研究[D];华南理工大学;2010年
2 王文涛;天线雷达散射截面分析与控制方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 刘崧;等离子体时域有限差分算法及其应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 金莎莎;等离子体涂覆目标散射特性的FDTD方法[D];西安电子科技大学;2011年
2 戴钊阳;基于等离子体的电扫描智能天线研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 周双;等离子体天线阵列的辐射特性研究[D];华南理工大学;2012年
4 李婧;新型频率选择表面的研究[D];西安电子科技大学;2012年
5 杨正中;FDTD分析可植入型微带天线[D];南京农业大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 刘少斌,莫锦军,袁乃昌;等离子体的交替方向隐式时域有限差分方法[J];红外与毫米波学报;2004年05期
2 胡斌杰,阮成礼;等离子体圆柱波导的传播特性[J];中国科学E辑:技术科学;1998年01期
3 胡斌杰,张国基,赖声礼;有限外磁场中的空心圆柱等离子体波导[J];空间科学学报;2000年02期
4 钱志华,陈如山,杨宏伟;等离子体覆盖单极子天线的FDTD分析[J];南京理工大学学报(自然科学版);2005年05期
5 胡斌杰,赖声礼,阮成礼;有耗介质中的磁化等离子体波导[J];微波学报;1998年04期
6 刘少斌,莫锦军,袁乃昌;等离子体的分段线性电流密度递推卷积FDTD算法[J];物理学报;2004年03期
7 刘少斌,莫锦军,袁乃昌;各向异性磁化等离子体JEC-FDTD算法[J];物理学报;2004年03期
8 刘少斌,莫锦军,袁乃昌;各向异性磁等离子体的辅助方程FDTD算法[J];物理学报;2004年07期
9 胡斌杰,阮成礼,林为干;有限磁场中等离子体圆柱波导的传播特性[J];物理学报;1998年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 严碧波;;电磁波在组合介质中传播的二维数值计算[J];长江大学学报(自然科学版)理工卷;2010年02期
2 张亚民;;电磁波在等离子体同轴波导中的传播特性研究[J];材料开发与应用;2010年02期
3 张凌峰;程方;袁斌;钮佳隽;刘天胜;梅涛;;等离子波导中低频波传播理论及等效电路的研究[J];电讯技术;2008年02期
4 徐利军;莫锦军;袁乃昌;;磁化等离子体覆盖二维导体目标FDTD分析[J];电波科学学报;2006年06期
5 李海英;吴振森;;等离子体球对离轴高斯波束的电磁散射[J];电波科学学报;2009年04期
6 林烈,吴彬,吴承康;Propagation Properties of Electromagnetic Wave in a Plasma Slab[J];Plasma Science & Technology;2003年04期
7 徐利军;刘少斌;袁乃昌;;等离子体中的PLCDRC-ADI-FDTD方法[J];电子学报;2006年03期
8 李毅;徐利军;袁乃昌;;磁化等离子体的并行三维JEC-FDTD算法及其应用[J];电子学报;2008年06期
9 傅涛;杨梓强;史宗君;兰峰;高喜;;等离子体填充二维金属光子晶体色散特性研究[J];电子学报;2012年03期
10 章海锋;马力;刘少斌;;非磁化等离子体光子晶体的禁带周期特性研究[J];光子学报;2008年08期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 钱志华;陈如山;樊振宏;杨宏伟;叶珍宝;;多个等离子体柱的散射特性分析[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第二册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李学识;基于表面波驱动的等离子体天线及其阵列技术研究[D];华南理工大学;2010年
2 何湘;飞机局部等离子体隐身探索研究[D];南京理工大学;2010年
3 王飞;移位算子FDTD方法及相关问题研究[D];西安电子科技大学;2010年
4 袁承勋;等离子体中太赫兹波传输特性理论研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 刘崧;等离子体时域有限差分算法及其应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 郑宏兴;各向异性介质涂敷目标的电磁波散射分析与计算方法研究[D];西安电子科技大学;2002年
7 刘少斌;等离子体覆盖目标的电磁特性及其在隐身技术中的应用[D];国防科学技术大学;2004年
8 郭斌;高频电磁波在大气等离子体层中的传播和吸收的研究[D];大连理工大学;2006年
9 杨利霞;复杂介质电磁散射的FDTD算法及其相关技术研究[D];西安电子科技大学;2006年
10 徐利军;复杂目标等离子体涂层的散射特性算法研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 齐致远;电磁波穿透空间等离子体的两点法数值模拟研究[D];电子科技大学;2011年
2 金莎莎;等离子体涂覆目标散射特性的FDTD方法[D];西安电子科技大学;2011年
3 陈楠;基于FDTD等离子体天线隐身及辐射性能研究[D];南华大学;2011年
4 封俊;利用FPGA实现等离子体时域有限差分算法的加速[D];南京航空航天大学;2010年
5 罗琦;等离子体鞘套隐身特性研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 谢姣;时域有限差分方法亚网格技术的研究[D];南京航空航天大学;2010年
7 戴钊阳;基于等离子体的电扫描智能天线研究[D];南京航空航天大学;2011年
8 张云;图像处理和计算电磁学获取生物信息研究[D];南京农业大学;2006年
9 蒋磊;等离子体波导小型化理论研究及其仿真[D];上海交通大学;2007年
10 王俊彦;微波与激光等离子体相互作用的FDTD模拟[D];南京理工大学;2007年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 顾媛媛;吴先良;;时域有限差分方法分析微带天线散射参数和方向图[J];合肥师范学院学报;2008年03期
2 李疏芬,曹金祥;发动机喷焰对微波相移特性的探讨[J];火炸药学报;1997年02期
3 黄兴中,吕善伟;有等离子体层的导体圆柱空间散射特性的分析[J];北京航空航天大学学报;1998年03期
4 张凌峰;程方;袁斌;钮佳隽;刘天胜;梅涛;;等离子波导中低频波传播理论及等效电路的研究[J];电讯技术;2008年02期
5 潘文俊;童创明;周明;;等离子体与等离子体隐身技术[J];电讯技术;2009年08期
6 徐海洋;张厚;梁建刚;王洪光;;新型超宽带单极子天线的设计[J];电讯技术;2011年08期
7 张光甫,刘培国,谭怀英,何建国,刘克成;基于基尔霍夫积分的近远场变换的改进[J];电波科学学报;2000年03期
8 杨华,时家明,凌永顺;电磁波在磁化等离子体上的反射特性研究[J];电波科学学报;2001年02期
9 刘波,高本庆,薛正辉,胡沥;无条件稳定的交替方向隐式FDTD算法[J];电波科学学报;2002年05期
10 葛德彪,吴跃丽,朱湘琴;等离子体散射FDTD分析的移位算子方法[J];电波科学学报;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 刘江凡;席晓莉;柳杨;;等离子体鞘套中电磁波传播特性的ADE-FDTD计算[A];2009年全国天线年会论文集(下)[C];2009年
2 刘少斌;袁乃昌;;二维等离子体PLJERC-FDTD算法的数值色散误差和耗散误差分析[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李学识;基于表面波驱动的等离子体天线及其阵列技术研究[D];华南理工大学;2010年
2 王文涛;天线雷达散射截面分析与控制方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 闫丽萍;生物浅表组织电特性三维重建及其应用研究[D];四川大学;2003年
4 刘少斌;等离子体覆盖目标的电磁特性及其在隐身技术中的应用[D];国防科学技术大学;2004年
5 贺秀莲;微带天线的数学建模理论与数值分析方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
6 郭斌;高频电磁波在大气等离子体层中的传播和吸收的研究[D];大连理工大学;2006年
7 赵国伟;柱形等离子体天线的基本原理、天线中谐波与非线性效应研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2007年
8 徐利军;复杂目标等离子体涂层的散射特性算法研究[D];国防科学技术大学;2006年
9 李毅;雷达隐身目标电磁散射计算与实验研究[D];国防科学技术大学;2007年
10 许戎戎;基于集总元件加载和分形结构的多频频率选择表面研究[D];南京理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛锦元;新型频率选择表面的研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 冯英;非均匀电磁谐振结构的FDTD建模[D];西安电子科技大学;2003年
3 刘其凤;改进的吸收边界和基于交替隐式的时域有限差分的研究[D];安徽大学;2006年
4 孙杰;等离子鞭天线及米波超短间距八木天线性能研究[D];上海交通大学;2007年
5 陈继红;非线性优化问题的一类共轭梯度算法研究[D];首都师范大学;2007年
6 徐杰;柱形表面波等离子体基本参数诊断研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2007年
7 晏明;时域有限差分法及其在等离子体隐身技术中的应用[D];华中科技大学;2006年
8 贺胜;等离子体定向隐身天线的理论与技术研究[D];南京航空航天大学;2008年
9 尹昌刚;等离子体天线的理论与应用研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 杜立新;超宽带天线技术研究[D];西安电子科技大学;2010年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 王兴;宽带电磁散射和辐射问题的自适应积分方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 姜文;天线散射机理分析与RCS控制技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
3 李江挺;电磁波在空间等离子体中传输与散射若干问题研究[D];西安电子科技大学;2012年
4 赵建森;舰船等离子体线天线构成模式与特性研究[D];大连海事大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 李勇;基于纳米球与带状波导表面等离子体结构设计研究[D];燕山大学;2012年
2 周双;等离子体天线阵列的辐射特性研究[D];华南理工大学;2012年
3 仲维伟;等离子体鞘套包覆目标电磁散射特性研究[D];西安电子科技大学;2012年
4 李杰;随机粗糙面及其与目标复合电磁散射有限元与高频方法建模研究[D];西安电子科技大学;2012年
5 李婧;新型频率选择表面的研究[D];西安电子科技大学;2012年
6 朱新岳;微带天线雷达散射截面减缩的研究[D];电子科技大学;2012年
7 乔志壮;EBG结构在天线RCS减缩及小型化中的应用研究[D];西安电子科技大学;2013年
8 耿纪超;等离子体天线及其阵列的基本性能研究[D];杭州电子科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘少斌,莫锦军,袁乃昌;等离子体的分段线性电流密度递推卷积FDTD算法[J];物理学报;2004年03期
【相似文献】
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1 张颋;李红波;刘国强;;等离子体天线的基本特性研究[J];信息工程大学学报;2006年03期
2 梁志伟;王之江;赵国伟;徐杰;徐跃民;;等离子体天线的噪声测量及分析[J];电波科学学报;2007年06期
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4 于爽;曹立辉;陈金来;;等离子体天线研究概况及发展动态[J];内燃机与动力装置;2009年S1期
5 李学识;胡斌杰;李瀚宇;周海京;;等离子体天线研究与应用进展[J];现代电子技术;2010年05期
6 张德文;等离子体天线[J];航天电子对抗;1997年04期
7 刘良涛,祝大军,刘盛刚;等离子体天线的原理与设计[J];雷达与对抗;2004年04期
8 刘平;刘黎刚;邓记才;贾琦;;等离子体天线的发射特性[J];郑州大学学报(工学版);2006年03期
9 刘志勇;;等离子体天线研究与发展概况[J];计算机与网络;2008年23期
10 刘红;魏佳羽;李瑞晴;;解读等离子体天线[J];中国科技信息;2008年02期
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1 张洋;何定全;张为;;基型的性能评价研究等离子体天线技术的最新发展[A];2009年全国天线年会论文集(下)[C];2009年
2 邱景辉;韩雪;林澍;李高飞;;等离子鞭天线仿真分析[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
3 赵建森;张芝涛;俞哲;田一平;;等离子体天线带宽特性实验研究[A];第十六届全国等离子体科学技术会议暨第一届全国等离子体医学研讨会会议摘要集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 梁志伟;柱形等离子体天线性能和噪声机制的研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2008年
2 李学识;基于表面波驱动的等离子体天线及其阵列技术研究[D];华南理工大学;2010年
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4 赵国伟;柱形等离子体天线的基本原理、天线中谐波与非线性效应研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2007年
5 赵建森;舰船等离子体线天线构成模式与特性研究[D];大连海事大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 陈文波;高频等离子体天线辐射与散射特性的理论研究[D];南华大学;2010年
2 戴钊阳;基于等离子体的电扫描智能天线研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 汪秀;可重构广角天线及等离子体天线关键部件研究[D];上海交通大学;2011年
4 耿纪超;等离子体天线及其阵列的基本性能研究[D];杭州电子科技大学;2013年
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6 周双;等离子体天线阵列的辐射特性研究[D];华南理工大学;2012年
7 梁超;等离子体天线及其射频作用的FDTD研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2009年
8 陈楠;基于FDTD等离子体天线隐身及辐射性能研究[D];南华大学;2011年
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