电磁波在带电粒子流中的传输特性研究

作     者：陆欢欢 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李海龙

授予年度：2021年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 08[工学] 070204[理学-等离子体物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：离子 介电系数 电子密度吞噬效应 传输特性 

摘      要：在低电离层,特别是在D层内,无线电波的传播不仅可能受电子的影响,还可能会受离子的影响,但是由于离子质量大速度慢,所以一般在计算介电系数时只考虑电磁波与电子的相互作用,而忽略离子碰撞项的贡献,本文为了探究离子对介电系数和电导率的影响,开展了相关的数值模拟和实验研究,本文的研究工作包括:通过数值计算分析了离子对等离子体的介电系数和电导率的影响。计算结果表明:在电离层的某些特殊情况下（比如发生电子吞噬效应时）,在计算等离子体的介电系数和电导率时,离子碰撞项对于计算结果有明显的影响。本文还引入了传输矩阵法,通过编程实现了电磁波在带电粒子流中的传输计算模型,在选择了合适的模拟参数之后,得到了等离子体密度、分子数密度、入射角度对电磁波传输特性的影响。为了进一步了解离子对等离子体的介电系数和电导率的影响,本文设计了一套电磁波在带电粒子流中的传输实验平台。实验中以工作在35 GHz的雷达射频收发系统作为信号发射和接收源,用Ka频段喇叭天线作为发射天线和接收天线,以高真空腔体和两款电离源（考夫曼离子源和空心阴极电子源）作为实验平台。本文完成了基于雷达射频收发系统的等效测定实验,在几种不同介质的情况下,通过中放监测采集接收天线接收到的电磁波信号,实验结果表明:随着硼硅玻璃介质的增加,信号幅值发生了明显的衰减,也有一定的相移。同时发现硼硅玻璃介质比空气介质对电磁波的衰减更明显。本文还完成了电磁波在带电粒子流中的传输实验平台搭建,其中电子源和离子源可以模拟电子吞噬效应环境和其他环境,进一步对理论分析的结果进行验证,该套系统还可以测试电离源流量、真空度和功率对电磁波衰减的影响。