收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高功率微波大气传播问题的混合模型研究

赵朋程  
【摘要】:高功率微波在军事和民用方面具有重要的应用前景。近年来,高功率微波的辐射电场越来越接近背景气体的击穿阈值,一旦气体击穿发生,伴随产生的等离子体将严重影响高功率微波的传播。因此,对高功率微波大气传播开展研究具有重要的意义。本文以电子流体模型为基础,并混合其它模型,研究高功率微波与气体等离子体之间的相互作用。电子流体模型由麦克斯韦方程组,电子密度连续性方程,电子流体动量守恒方程以及电子流体能量方程组成。相对于粒子模型,电子流体模型具有简单、快速的特点,且可以模拟高密度的气体等离子体对微波传播的影响。采用时域有限差分方法数值求解一维和二维电子流体模型。值得强调的是,在迭代计算中,电子密度方程与电子能量方程构成二元一次非线性方程组,我们采用埃特金迭代方法对其进行局部迭代求解。在每个时间步上,除更新各个网格上的电磁分量与流体分量外,还通过计算电子流体能量与电子密度的比值(平均电子能量)更新电离率等输运系数,以分析高功率微波大气传播的瞬态特性。为了验证该算法的有效性,将模拟的空气击穿阈值与实验数据进行对比,发现两者基本一致。在电子流体模型中,需预先指定电子能量分布函数,以计算能量依赖的输运系数。先前的研究中通常假设电子能量分布函数服从麦克斯韦分布,而当电子能量分布严重偏离平衡状态时,麦克斯韦分布假设可能给模拟结果引入很大的误差。为了提高电子流体模型的精度,本文通过混合其它模型提出了两种改进电子能量分布函数的方法。第一种方法是引入等效的电子能量分布函数形式,其形状因子与气体成分、微波频率等有关,且可通过对比粒子模拟结果来确定;第二种方法是直接求解电子玻尔兹曼方程,确定电子能量分布函数。分别将上述两种方法得到的电子能量分布函数引入电子流体模型,所预测的击穿时间均与粒子模拟结果符合得很好,这证实了改进的电子能量分布函数的有效性。本文也证实了当电子能量分布严重偏离平衡状态时,采用麦克斯韦分布函数得到的击穿预测与粒子模拟结果的差别很大。采用上述模型与其算法,对高功率微波传播的若干瞬态问题进行了分析。结果发现,六氟化硫与空气的混合气体中,由于饱和电子密度偏低,击穿电场波形未出现脉冲缩短现象,且随着六氟化硫比例的增加,高压下的击穿阈值明显增加。低海拔下平均电子能量偏低,击穿很难发生,随着海拔的增加,平均电子能量逐渐增大,引起空气击穿,伴随产生的高密度等离子体强烈吸收和反射脉冲尾部。基于大量的粒子模拟,我们证实了由玻尔兹曼求解器Bolsig+得到的正弦微波脉冲下的电子能量分布函数可用于近似超宽带脉冲下的情况,在此基础上分析了不同压强下超宽带脉冲击穿的时域演化过程,并讨论了脉冲波形对气体击穿的影响。压强为一个大气压时,不同微波频率下均形成若干个离散的等离子体丝,其逐渐朝波源移动,且随着微波频率的降低,相邻等离子体丝之间的间距与对应波长的比值几乎保持不变(接近四分之一),而形成新的等离子体丝所需要的时间显著增加。在圆柱波导近场区域,空气击穿等离子体的密度在径向和轴向上均是非均匀的,不同气压下传输功率的主导损失机理具有很大的差别,即低压下为等离子体对微波的反射,而随着压强的增加逐渐演化为等离子体对微波的吸收。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 黄珊;;全国第七届高功率微波学术研讨会召开[J];强激光与粒子束;2008年09期
2 王涛;;2012“高功率微波技术研究进展”全国博士生学术论坛在国防科学技术大学成功举办[J];强激光与粒子束;2012年12期
3 刘静月,黄文华,方进勇,宋志敏,刘国治;高功率微波大气击穿的光学诊断[J];强激光与粒子束;2000年03期
4 段耀勇,陈雨生;高功率微波脉冲大气击穿及其对能量传输的影响[J];微波学报;2000年03期
5 林竞羽,侯德亭;高功率微波技术发展概述[J];航天电子对抗;2003年04期
6 罗勇,李宏福;高功率微波的需求及发展[J];真空电子技术;2004年01期
7 戴大富;高功率微波的发展与现状[J];真空电子技术;2004年05期
8 何友文;高功率微波激励的等离子体效应的概述[J];电波科学学报;2005年03期
9 傅文杰;鄢扬;;高功率微波在等离子体填充波导中的传播特性[J];强激光与粒子束;2005年12期
10 王聪敏;张博;;高功率微波对电子设备的影响分析[J];航天电子对抗;2007年05期
11 王磐;牛忠霞;;高功率微波大气击穿阈值分析[J];现代雷达;2008年05期
12 王茜;苏党帅;焦晓静;张得玺;;几种高功率微波介质窗材料的研究综述[J];材料导报;2009年S1期
13 王康懿;;第八届全国高功率微波学术研讨会在银川召开[J];强激光与粒子束;2011年07期
14 邓朝平;张思卿;侯德亭;王利萍;彭强;;不同波形高功率微波大气击穿研究[J];信息工程大学学报;2012年04期
15 赵刚;闫二艳;陈朝阳;钟龙权;;高功率微波大气击穿阈值分析及实验[J];强激光与粒子束;2013年S1期
16 朱四桃;王俊杰;关锦清;周金山;易超龙;郑磊;陈昌华;谢晋;;小型超宽谱高功率微波辐射系统[J];强激光与粒子束;2013年08期
17 杨会军;李文魁;李锋;;高功率微波及其效应研究进展综述[J];航天电子对抗;2013年03期
18 周前红;董志伟;;垂直相交高功率微波大气击穿的理论研究[J];物理学报;2013年20期
19 D.E.彼得森;张鸿良;;采用以水为主的冷却剂冷却高功率微波管[J];国外舰船技术.雷达与对抗;1983年06期
20 赵玉洁;;高功率微波定向能量武器[J];无线电工程;1992年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 袁忠才;时家明;;高功率微波脉冲与等离子体相互作用的理论研究和数值模拟[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
2 王艳;马弘舸;孟凡宝;蔡武川;李科;曹学军;陈冀;赵刚;;计算机系统高功率微波效应[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
3 周坦然;罗勇;吴蕾蕾;;用于高功率微波测量的小孔耦合的研究[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
4 唐涛;廖成;赵朋程;;高功率微波大气击穿条件下的频谱数值分析[A];2009年全国天线年会论文集(上)[C];2009年
5 薛谦忠;刘濮鲲;;HPM在大气的传输问题研究及应用[A];全国电磁兼容学术会议论文集[C];2001年
6 舒挺;习锋;李继健;;高功率微波的远场测量[A];第六届全国激光科学技术青年学术交流会论文集[C];2001年
7 刘国治;;高功率微波技术研究进展及发展趋势浅析[A];第三届全国加速器技术学术交流会论文摘要集[C];2007年
8 钟哲夫;李浩;;高功率微波输出窗的介质物理光学分析[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
9 周前红;董志伟;;两束高功率微波相交区域大气击穿的理论研究[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
10 杨一明;朱占平;曾继来;钱宝良;;高功率微波与电子系统电路单元相互作用的理论分析[A];第三届全国粒子加速器技术学术交流会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 赵朋程;高功率微波大气传播问题的混合模型研究[D];西南交通大学;2014年
2 唐涛;高功率微波大气传播非线性问题的数值研究[D];西南交通大学;2011年
3 杨丹;高功率微波脉冲的耦合与传播研究[D];西南交通大学;2005年
4 张强;高功率微波多管合成双波段辐射系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
5 秋实;高功率微波窗口击穿及馈源技术[D];西安电子科技大学;2010年
6 李国林;高功率微波多路耦合输出的研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 张政权;新型能量变换与控制技术在高功率微波系统中的应用研究[D];西南交通大学;2012年
8 袁成卫;新型高功率微波共轴模式转换器及模式转换天线研究[D];国防科学技术大学;2006年
9 牛新建;高功率微波传输线及模式变换研究[D];电子科技大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刁振河;高功率微波防护的相关问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 曾继来;计算机的高功率微波效应研究[D];国防科学技术大学;2007年
3 李瀚宇;高功率微波混合模式辐射特性研究[D];中国工程物理研究院;2006年
4 张海伟;射频电路抗高功率微波关键技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
5 陈依军;高功率微波器件及热效应分析软件设计[D];四川大学;2006年
6 郭新宝;电子设备的高功率微波防护技术[D];电子科技大学;2012年
7 陈权;集成器件的高功率微波效应研究与相应防护[D];西安电子科技大学;2013年
8 刘国朝;高功率微波馈源输出窗的热性能研究[D];电子科技大学;2005年
9 傅文杰;高功率微波在等离子体中的非线性效应[D];电子科技大学;2006年
10 朱连燕;重复频率高功率微波脉冲大气击穿的理论研究[D];西南交通大学;2014年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 李新;无影利剑——高功率微波[N];科技日报;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978