太赫兹波在高温磁化等离子体中的传输特性研究

【摘要】：当飞行器高速穿越大气层时,会形成高温等离子体鞘层。由于太空舱周围的空气分子发生离解和电离反应,高温等离子体的存在阻碍了飞行器与外界的通信,这就是所谓的“黑障”问题,而此问题一直没有真正的解决。随着本世纪太赫兹波源的巨大进展,太赫兹技术得到前所未有的发展,太赫兹被誉为“改变未来的十大技术之一”,并且太赫兹雷达对抗等离子体隐身技术成为可能。基于“黑障”问题和太赫兹反等离子体隐身技术,本文研究了太赫兹波在等离子体鞘层中的传输特性。过往的研究主要基于太赫兹波和冷等离子体的相互作用,本文在已有的研究基础上,主要研究了太赫兹波和高温等离子体的相互作用,分别使用了三种方法研究了太赫兹波在高温磁化等离子体中的传输特性。分别是解析法分析了太赫兹波在均匀磁化高温等离子体中的透射率和吸收率,Wentzel-Kramers-Brillouin法分析了太赫兹波在非均匀磁化高温等离子体中的衰减特性和移位算子时域有限差分法分析了太赫兹波在非均匀磁化高温等离子体中的传输特性。用上述三种方法分别进行数值计算,分析了外加磁场强度B和等离子体参数对太赫兹波在等离子体中的传输特性的影响,等离子体参数包括电子温度T_e,电子密度N_e,碰撞频率V_(en)和等离子体层厚度d。发现了一些现象并且对其分析,研究发现,在外加磁场B的作用下,透射谷会向入射波的高频移动,根据模拟结果分析得到右旋极化波会和电子发生回旋共振。等离子体参数对太赫兹波在等离子体中的传输特性都有相应的影响,其中值得注意的是研究发现当T_e≥10keV,电子温度的影响才明显显现出来。而碰撞频率V_(en)容易和入射波频率等其它频率发生共振,所以其对太赫兹波在等离子体中的传输影响很大。这些理论结果分析在一定程度上为“黑障”问题的解决提供了理论依据。