太赫兹波在均匀磁化等离子体中的传播特性

研究了太赫兹波通过均匀磁化等离子体的传播特性,给出了太赫兹波衰减和相移随等离子体密度、碰撞频率、太赫兹波频率和磁感应强度的变化规律。等离子体电子密度越大,衰减和相移越大;随着碰撞频率的增大,电磁波的衰减先增加到峰值后逐渐减小,且随着磁感应强度的增加,衰减的峰值变大,峰值向碰撞频率减小的方向移动;当电子碰撞频率接近电磁波频率时等离子体对右旋极化波的衰减达到极大值。太赫兹波频率增大,衰减逐渐减小,而相移先增加后逐渐减小。     

中低纬调制高频加热电离层ELF／VLF辐射模拟

从基本的电子能量方程出发,改进了幅度调制HF电波加热低电离层模型.计算了低电离层电子温度和电导率随加热时间的变化,以及不同高度上加热产生ELF/VLF Hall电流大小.根据实际的电离层参数,在一定加热条件下,计算了北京、上海、昆明和海口所产生ELF/VLF Hall总电偶极矩大小.结果表明:利用幅度调制HF电波加热中低纬度地区低电离层,可以有效形成ELF/VLF电波辐射源.     

电离层中ELF辐射源向下传播衰减理论分析

利用大功率高频（HF）电波调制加热电离层可在电离层中有效形成辐射源,并用于辐射ELF电磁波.本文基于磁流体力学的基本方程通过对电离层中极低频（ELF）辐射源的辐射场分析,获得ELF电磁波在电离层中传播的色散关系式,建立电离层中的ELF辐射源向下传播衰减模型.并依据建立的传播衰减模型,分析不同纬度地区传播衰减的差异,以及传输频率和背景电离层参数对传播衰减的影响.     

电离层电急流的人工调制

由基本的磁离子理论出发,构造了大功率电波调制电离层电急流的自洽理论模型.利用此模型,计算了电离层D/E区高度上电子温度随加热时间的变化,以及不同高度上的加热时间和冷却时间.基于方波脉冲的入射方式,详细地研究了加热区电离层电导率和赤道电急流的振荡过程.计算结果表明,地面入射的大功率电波能有效地调制电离层中存在的大尺度直流电流,而且该调制电流可以作为ELF/VLF电波的辐射源.最后简单地分析了在未来实际工程应用中所需要解决的问题.     

计算电离层VLF波传输特性的时域有限差分算法

在星载甚低频( VLF)通信技术中,研究甚低频信号在电离层中的传输特性具有重要意义。现有的利用时域有限差分( FDTD)算法研究电离层传输特性大多基于高频脉冲信号,且传播模型相对粗略,计算存在一定误差。为此,建立了更为精确的电离层各向异性传播模型,对常规的FDTD算法引入变步长因子,并用该算法对VLF波在电离层中的场强衰减进行了数值计算,研究了昼夜变化及频率对其传输特性的影响。仿真结果与卫星实测数据对比表明：与常规的FDTD算法以及全波分析方法相比,引入变步长因子的FDTD算法精度更高;在VLF频段,降低频率有利于电磁波穿透电离层,且白天的衰减明显大于夜间;VLF波在射入电离层并穿透D层时衰减严重(30~40 dB),约为F1层中衰减的3倍。     

表面波等离子体鞭状天线方向特性的理论分析

等离子体天线因其具有许多独特的性质而受到广泛关注。利用金属天线的传输线等效理论,研究了等离子体电子密度和碰撞频率对等离子体鞭状天线辐射方向特性的影响,并利用高频仿真软件HFSS对计算方法进行了验证。结果表明,当等离子体电子密度较小、碰撞频率较高时,等离子体鞭状天线与相同物理尺寸的金属天线辐射方向图相差较大;而在较高电子密度和较低碰撞频率条件下,两种天线具有相似的辐射方向图,并且电子密度越大、碰撞频率越低,其与金属天线的辐射方向图越接近。     

大气层外等离子体对电磁波的碰撞吸收

主要研究了大气层外等离子体隐身机理之一——等离子体对电磁波的碰撞吸收,建立了等离子体碰撞频率及其对电磁波碰撞吸收的计算模型,完成了不同电子密度和中性粒子密度下碰撞频率的计算与分析,等离子体对电磁波能量碰撞吸收效果的计算与分析,获取了等离子体对电磁波能量碰撞吸收效果随等离子体参数变化规律,给出了几点研究结论。     

2004年11月极区中层冬季回波在224 MHz的时空特征分析

在2004年11月9-13日太阳质子事件期间利用224 MHz雷达研究了连续五天出现的极区中层冬季回波（polar mesosphere winter echoes,PMWE）,发现电离层D区电子密度增强会增大PMWE的产生几率,PMWE强度越大,其持续时间越长,高度范围越大.由于白天D区的电离水平更高,PMWE在白天的出现率很高,在夜晚很低.通过深入分析发现,PMWE与宇宙噪声吸收（cosmic noise absorption,CNA）的极大值存在对应关系,表明PMWE与高能粒子沉降导致的电离层D区电子浓度增强密切相关.同时也发现,极区中层冬季回波和极区中层夏季回波体反射率对频率的依赖性不同,暗示二者的产生机理也可能有所不同.     

双层等离子体对6 GHz高功率微波防护实验

针对高功率微波对电子设备的安全威胁,设计了一种双层柱状等离子体阵列对高功率微波进行防护。其中单根等离子体柱的直径为25.4 mm,长度为600 mm,等离子体频率与碰撞频率可进行控制。利用搭建的实验测量系统,研究了微波极化方向、等离子体电子密度、放电单元层数等因素对高功率微波透射衰减的影响。实验结果表明:当高功率微波未激发等离子体产生非线性效应时,TM极化时的防护效果优于TE极化时的防护效果,且能量衰减分别可达20.9 dB和14.7 dB;随等离子体电子密度增大,微波透射功率减小,防护效果增强;由于层间反射作用,双层等离子体对高功率微波的透射衰减远大于单层等离子体衰减值的两倍。     

电离层人工调制的极低频辐射和在潜艇通信中的应用探讨

本文分析被调制的高频波加热电离层所产生的极低频辐射过程和极低频在地球-电离层波导中的传播模式,以及应用于潜艇通信中的可能性。数值结果表明,如果高频有效发射功率为100MW量级,频率为5MHz,调制频率为100Hz,则准TEM模式在地球-电离层波导中传播的衰减率一般小于1dB/Mm,距加热地点1000km处海面(地面)上磁场强度的量级为10-8A/m。对于潜艇通信,在辐射源强度确定的情况下,对不同的潜艇深度和通信距离,存在一个最佳选择频率。     

Steerable ELF/VLF radiation produced by an array of ionospheric dipoles generated from HF heating

A very low frequency (VLF) or extremely low frequency (ELF) dipole source has been created within the lower ionosphere by modulating the atmospheric dynamo currents with a ground-based high power HF source from the Arecibo Observatory. The authors and their colleagues have demonstrated that ELF or VLF generated in this way and injected into the earth-ionosphere waveguide could be received a few thousand kilometers away. The injection properties due to an array of ionospheric dipoles as a function of array geometry and element currents that will allow steerable ELF/VLF radiation within the earth-ionosphere waveguide are investigated theoretically. The ionospheric array factors for a linear and a planar array of Hertzian dipole sources are developed and their properties examined. The principle of pattern multiplication is then applied to include the effect of the ionospheric array element. This provides a means for predicting the field strengths at a remote receiving site due to a steerable linear or planar array of ionospheric sources generated by high power HF periodic plasma heating.     

甚低频在多模干涉区的场强起伏标准偏差估计

对于甚低频(VLF)电波而言,电离层随机不规则变化将影响传播路径上场强的稳定性,从而使得场强起伏在多模区特别是场强极小点附近较为明显.从VLF电波传播基理出发、研究分析了传播路径上电离层随机不规则变化对场强稳定性的影响,推导了多模干涉区、单模干涉区及场强极小点附近激励因子、哀减率和相速与场强起伏的关系,得出了传播路径上...     

电离层加热激发受激布里渊散射研究

研究了电离层加热激发受激布里渊散射效应.利用受激布里渊散射匹配条件, 结合国际地磁场参考模型, 模拟计算了离子声波(Ion Acoustic, IA)与静电离子回旋波(Electrostatic Ion Cyclotron, EIC)频率随地理纬度、加热频率、波束指向、电子温度等参数变化特性, 并以我国海南与美国高频主动极光研究项目(High Frequency Active Auroral Research Program, HAARP)为例, 研究IA与EIC频率随纬度的变化.模拟结果表明:随着纬度的增加, IA与EIC频率增大; 与IA频率相比, EIC频率随加热频率、波束指向及电子温度的变化相对较小; 随加热频率的增加高纬地区IA频率增大, 而低纬地区基本不变; 随加热波束指向从南到北变化, 海南IA频率单调下降, HAARP则为先上升后下降的形态, EIC具有相反的变化; 电子温度越高, IA与EIC频率越大.本文模拟结果可为我国将来开展同类实验提供参考.     

基于全波法的甚低频波对低电离层扰动分析

通过全波解反射系数和波模振幅递归算法,文中分析了平面波在水平电离层分层结构中的能流分布规律,结合电离层化学反应模型对电离层参量的扰动情况进行仿真,并与其他文献中使用的方法相比. 全波计算方法考虑到了各层反射、透射波相互叠加的情况,仿真结果对比发现,用全波法得到的能流吸收和电子温度扰动幅度更大. 不同入射波参数、地磁场参数、电离层背景参量下的扰动情况对比发现:改变电波入射角会使电离层中电波的反射吸收高度发生变化;改变方位角和地磁倾角仅影响电离层能流吸收幅度,不会对电波反射高度造成影响;改变中性成分的浓度和温度会影响电离层的能量损失和化学反应过程.     

Very-low-frequency propagation below the bottom of the sea

Radio-wave propagation at very low frequencies (VLF) in the stratified rock below the bottom of the sea is studied. A reasonable assumption of extremely low electrical conductivity in the stratified rock is based upon available geological data. The surface wave traveling along the interface between this region of low conductivity and the highly conducting sea is compared with the vertically polarized ground wave found in VLF radio-wave propagation at the surface of the earth. When extremely low frequencies (ELF) are transmitted, the highly conducting layer found at greater depths below the bottom of the sea forms the lower surface of a spherical waveguide. This waveguide at ELF supports a propagation mode similar to the mode existing at VLF between the surface of the earth and the lower boundary of the ionosphere. The similarity in propagation mechanisms leads to the name "inverted ionosphere" (described by Wheeler [1]) for the underground region. The sea or relatively highly conducting soil at the surface of the earth is an almost impregnable shield against atmospheric noise and effects from sudden ionospheric disturbances or solar flares. In addition to providing a noise-free medium, the sea has the advantage that construction costs are much less than those of a VLF transmitter at the earth's surface. Presumably communication between shore installations and submarines on the floor of the ocean could be achieved with the inverse ionosphere. The power requirement for such communication with existing VLF transmitters at the earth's surface renders such transmission unattainable.     

磁化电离层等离子体异常吸收效应研究

研究了电离层加热中的异常吸收效应.采用动力学理论,从弗拉索夫方程出发,结合磁化等离子体中电波色散关系与地磁场中泵波电场作用于电子与离子形成的位移电流,详细推导了加热形成的沿磁场分布电子密度不均匀体扰动所引起的电波幅度异常吸收系数.利用异常吸收系数解析表达式模拟计算了吸收系数随地磁倾角的变化,结果表明:随着地磁倾角的增加,异常吸收系数增大,在地磁倾角约70°以后缓慢下降;在考虑了地磁场对高频电导率影响后,异常吸收系数降低,而且地磁倾角越大系数下降越明显.     

Helix Leaky Waveguide

The propagation characteristics of leaky waves in a helix waveguide covered with a slitted cylinder are presented by a method of transverse network representation. The main interest is in helix waveguides with small pitch angles, characterized by a hybrid mode consisting of TE/sub 01/, and a small amount of TM/sub 01/ modes. The leaky wave discussed in this paper may then be regarded as a perturbation of the TM/sub 01/ wave by the slitted cylinder outside the helix. The radiation, metal, and dielectric losses are calculated numerically at a frequency of 50 GHz. The relation between the radiation loss and aperture angle of slit is very different from that of an ordinary leaky waveguide composed of a slitted cylinder without helix, especially when the distance between the helix and shield cylinder is about a quarter of the radial wavelength. The metal and dielectric losses are the same order as radiation loss, however the dielectric loss decreases as the power factor /spl epsiv/"/ /spl epsiv/' increases. The measured total attenuation constant averages about 5 dB/km, almost twice the theoretical value.