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等离子鞘套中电波传播的算法研究

等离子鞘套中电波传播的算法研究

作者：刘江凡西安理工大学

学位级别：硕士

高速飞行器重返大气层时,由于其高速运动,会在周围产生等离子体鞘套,对电磁波产生衰减与散射,给飞行器的通信与定位带来影响,严重时会引起信号中断,这就是“黑障”效应。研究等离子体中的电波传播特性对解决“黑障”问题有着重大意义。... 详细信息

高速飞行器重返大气层时,由于其高速运动,会在周围产生等离子体鞘套,对电磁波产生衰减与散射,给飞行器的通信与定位带来影响,严重时会引起信号中断,这就是“黑障”效应。研究等离子体中的电波传播特性对解决“黑障”问题有着重大意义。本文采用传统的解析方法、WKB近似方法和FDTD数值计算方法研究了等离子鞘套对电磁波传播特性的影响。分析了各种算法的性能及其适用条件;应用FDTD算法计算了美国RAMC实验中的电波反射特性,并研究了等离子鞘套对卫星导航信号的影响。本文首先给出了电子密度为双指数分布情况下,电磁波的反射、透射与衰减系数的解析解法,利用该算法分析了电磁波的传输特性与入射波频率和电子密度之间的关系。然后介绍了常用于缓变媒质中电磁传播计算的WKB近似方法,在等离子体密度呈双指数分布的条件下,通过透射系数的WKB计算结果与解析结果的比较,分析了WKB方法的适用条件,并应用WKB近似方法计算了等离子体电子密度呈抛物线和线性分布的电磁波的功率透射系数。之后详细讨论了可用于任意等离子体密度分布的ADE-FDTD数值计算方法的原理,实现及验证,利用该算法计算了RAMC实验中所测量的L、S和X频段等离子鞘套的功率反射系数,FDTD的计算结果与实测结果基本吻合。最后,应用ADE-FDTD算法,分析了RAMC飞行器在不同高度下卫星导航信号的衰减情况,并估计了卫星导航信号的“黑障”区范围;并以等离子体的抛物线分布为例,研究分析了等离子体密度对卫星导航“黑障”出现区域的影响。

关键词：等离子鞘套电磁波 WKB方法 FDTD算法卫星导航

基于电路模型优化理想耦合矩阵的腔体双工器调试方法

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微波学报 2024年

作者：刘江凡赵萌谢宏伟席晓莉西安理工大学自动化与信息工程学院

针对双工器在实物调试过程中受到寄生耦合影响导致响应无法达到设计目标的问题，提出了一种基于电路模型修正目标耦合矩阵的双工器调试方法。在电磁模型仿真阶段，结合多端口电磁模型和空间映射法对双工器的电磁模型进行优化，完成双工... 详细信息

针对双工器在实物调试过程中受到寄生耦合影响导致响应无法达到设计目标的问题，提出了一种基于电路模型修正目标耦合矩阵的双工器调试方法。在电磁模型仿真阶段，结合多端口电磁模型和空间映射法对双工器的电磁模型进行优化，完成双工器的设计。在实物调试阶段，利用基于模式的矢量拟合法提取双工器实物的耦合矩阵，将提取得到的耦合矩阵与目标耦合矩阵进行对比调试，由于实际双工器中存在寄生耦合，调试过程中将提取得到寄生耦合加入电路模型中，通过优化双工器电路模型响应从而修正目标耦合矩阵，完成双工器的调试。以一款11腔双工器为例验证了该方法的有效性，该方法能够有效的提高调试效率。

关键词：腔体双工器计算机辅助调试耦合矩阵寄生耦合

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等离子体中电波传播的三波非线性效应

强激光与粒子束 2017年第5期29卷 45-49页

作者：王丽黎赵珍珠刘江凡席晓莉西安理工大学电子系西安710048

利用等离子体非线性效应的三波法是解决"黑障"问题的一种可能的解决方案。从三波非线性理论出发,详细介绍了转化效率的计算方法,进而对不同等离子体电子密度模型下的非线性效应进行分析。数值仿真结果表明:存在一个最优的信号入射角度,... 详细信息

利用等离子体非线性效应的三波法是解决"黑障"问题的一种可能的解决方案。从三波非线性理论出发,详细介绍了转化效率的计算方法,进而对不同等离子体电子密度模型下的非线性效应进行分析。数值仿真结果表明:存在一个最优的信号入射角度,当信号以该角度入射时转化效率最大;等离子体厚度会对最佳入射角产生一定影响,当厚度减小时,最佳入射角变大;等离子体电子密度变化范围、厚度、入射波及泵源参数都相同时,共振点处电子密度导数值越大,非线性效应越强。

关键词：黑障等离子鞘三波非线性转化效率最佳入射角

基于可控电流增益和稳定性分析五阶CPPLL的设计

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压电与声光 2013年第3期35卷 458-462页

作者：邓茜刘江凡唐涛梁小朋江西理工大学应用科学学院江西赣州341000 西北工业大学电子信息学院陕西西安710000

考虑到可控电流增益技术对电荷泵锁相环性能的影响,该文提出了一种实用的五阶电荷泵锁相环(CPPLL)稳定因子和环路带宽的计算方法,并讨论了此算法快速跳频时稳定性差的原因。结合其他指标,有效减小了电荷泵(CP)电流变化对跳频稳定性的影... 详细信息

考虑到可控电流增益技术对电荷泵锁相环性能的影响,该文提出了一种实用的五阶电荷泵锁相环(CPPLL)稳定因子和环路带宽的计算方法,并讨论了此算法快速跳频时稳定性差的原因。结合其他指标,有效减小了电荷泵(CP)电流变化对跳频稳定性的影响。仿真结果表明此设计方法的有效性和分析方法的正确性,这对五阶CPPLL系统设计和仿真有良好的借鉴作用。

关键词：可控增益稳定性环路带宽五阶电荷泵锁相环(CPPLL)

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几种抛物方程形式的相位误差分析

电波科学学报 2021年第4期36卷 562-570页

作者：蒲玉蓉王丹丹席晓莉刘江凡西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048 山东科技大学电子信息工程学院青岛266590

近轴近似是引起抛物方程(parabolic equation, PE)自身固有相位误差的根本原因.为选取适合目标场景中的最优PE形式,基于色散分析方法,推导了现有六种PE形式的色散关系,评估出折射率和传播仰角对各PE形式相位误差的影响,进而分析出对流... 详细信息

近轴近似是引起抛物方程(parabolic equation, PE)自身固有相位误差的根本原因.为选取适合目标场景中的最优PE形式,基于色散分析方法,推导了现有六种PE形式的色散关系,评估出折射率和传播仰角对各PE形式相位误差的影响,进而分析出对流层电波传播、水下声波传播、森林电波传播三种典型场景中各PE形式的精度.研究发现,对于对流层电波传播场景,Lin-Duda型PE精度最高,Feit-Fleck型PE和Tappert型PE的精度几乎完全相同,紧随其后的是Padé型PE;对于水下声波传播场景,Padé型PE和Lin-Duda型PE最为准确;对于森林电波传播场景,Lin-Duda型PE的精度依旧是最高的.进一步地,通过固定相位误差限给出了不同PE形式的适用仰角范围.

关键词：抛物方程相位误差色散关系对流层电波传播水下声波传播森林电波传播

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基于理想耦合矩阵修正的微带开环滤波器设计

微波学报 2023年

作者：刘江凡赵萌李铮姜一凡席晓莉西安理工大学自动化与信息工程学院中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室

针对利用空间映射法设计微带开环谐振耦合滤波器时，寄生耦合使得设计的滤波器响应无法收敛于设计目标的问题，提出一种修正目标耦合矩阵的分步优化设计方法。在利用空间映射法的迭代设计过程中，通过对目标耦合矩阵的修正，将寄生耦合... 详细信息

针对利用空间映射法设计微带开环谐振耦合滤波器时，寄生耦合使得设计的滤波器响应无法收敛于设计目标的问题，提出一种修正目标耦合矩阵的分步优化设计方法。在利用空间映射法的迭代设计过程中，通过对目标耦合矩阵的修正，将寄生耦合纳入到修正后的目标矩阵中，完成滤波器的设计。并以一款具有耦合结构的六阶微带开环滤波器为例验证了该方法的有效性，该方法能够有效的减少滤波器全尺寸电磁仿真次数，提高设计效率。

关键词：空间映射微带开环滤波器耦合矩阵寄生耦合

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磁化分层等离子体中电磁波传播特性研究

强激光与粒子束 2018年第11期30卷 74-79页

作者：李慧刘江凡焦子涵白光辉高峰席晓莉西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048 中国运载火箭技术研究室空间物理重点实验室北京100076 北京遥测技术研究所北京100076

采用混合矩阵法,分析了磁化分层等离子鞘套对斜入射电磁波传播特性的影响,分别计算了不同入射角以及外加磁场下电磁波透射系数和极化特性的变化。以GPS导航信号右旋圆极化波(RCP)为例,研究了磁场、电子密度对电磁波右旋圆极化特性的影... 详细信息

采用混合矩阵法,分析了磁化分层等离子鞘套对斜入射电磁波传播特性的影响,分别计算了不同入射角以及外加磁场下电磁波透射系数和极化特性的变化。以GPS导航信号右旋圆极化波(RCP)为例,研究了磁场、电子密度对电磁波右旋圆极化特性的影响。结果表明,外加磁场能够使右旋圆极化波在等离子体中的阻带向高频方向移动,此外,外加磁场能在一定程度上改善斜入射是圆极化波的极化特性,有利于GPS信号接收。

关键词：磁化等离子体混合矩阵方法极化特性透射系数

基于混合蒙特卡洛/多项式混沌展开方法的多参数随机等离子体不确定性分析

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电波科学学报 2024年第1期39卷 39-45页

作者：刘江凡刘晓妹李铮焦子涵徐聪席晓莉西安理工大学西安710100 中国运载火箭技术研究室空间物理重点实验室北京100076

多项式混沌展开(polynomial chaos expansion, PCE)方法对于分析随机等离子体电磁传播不确定性已经展示出了相当大的潜力。然而,由于构建多项式混沌模型的计算量随着不确定性输入维数的增加呈指数增长,数值模拟耗时长,导致“维数灾难”... 详细信息

多项式混沌展开(polynomial chaos expansion, PCE)方法对于分析随机等离子体电磁传播不确定性已经展示出了相当大的潜力。然而,由于构建多项式混沌模型的计算量随着不确定性输入维数的增加呈指数增长,数值模拟耗时长,导致“维数灾难”问题。因此,本文基于非侵入式多项式混沌(non-intrusive polynomial chaos,NIPC)方法,采用混合蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)/PCE方法研究了多层等离子体平板电子密度不确定性对透射系数的影响,并验证了所提出方法的实用性。与MC方法相比,本文方法可以大大加快仿真的速度,有效缓解了多项式展开项的数量随着随机变量维数的增加而快速增加的缺点,同时大大降低了MC方法的仿真次数,有利于电磁模型的多参数不确定性分析。

关键词：非侵入式多项式混沌(NIPC) 不确定性分析蒙特卡洛(MC)方法

等离子体鞘套中电磁波传播特性的ADE-FDTD计算

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等离子体鞘套中电磁波传播特性的ADE-FDTD计算