等离子体振子天线辐射场的数值模拟

对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析,得出了在一定条件下等离子体天线可以取代金属天线的结论,参照传统金属天线辐射场的求解方法,代入等离子体特征参数对等离子体柱天线的电场辐射方向图进行了模拟,并分析了等离子体参数变化时对应辐射方向图的变化规律.模拟结果表明:等离子体天线辐射方向图会随着等离子体密度、碰撞频率等参数的变化而改变.等离子体天线因此具有辐射方向可控的特点.     

可重构的硅基等离子体通道的辐射性能研究

表面PIN二极管导通时可以形成固态硅基等离子体通道,这种通道具有类金属性并能够传递电磁波.当由上述通道单元耦合形成特定的结构时,它将对外辐射电磁波信号.本文简要阐述了此种通道的形成机理,通过软件设计并导通表面PIN二极管阵列上不同单元,构造形成单极、双频、八木天线等结构.期望通过以上不同结构实现对硅基等离子体通道辐射性能的研究.仿真结果表明,利用动态调控表面PIN二极管阵列的方法,硅基等离子体通道能够实现对电磁波的辐射,并能改变辐射频率、多频段的调节及辐射方向图的动态可重构等.因此,硅基等离子体阵列天线具有可重构、智能化、隐身等诸多优点.这些系统的理论研究进一步促进了人们对硅基固体等离子通道的理解,为此类天线的设计和加工提供理论指导.     

FDTD算法在等离子体振子天线辐射特性分析中的应用

采用了FDTD算法,结合MATLAB软件对不同等离子体参数(密度、碰撞频率)及不同工作信号频段下的等离子体柱天线S参数和归一化电场辐射方向图进行了仿真计算;并分析了等离子体参数变化时所对应的天线电参数变化规律。研究结果表明:等离子体天线的各种电参数会随着等离子体参数及信号频率的变化而改变,进而达到控制等离子体天线辐射特性的目的。     

等离子体螺旋天线的特性分析

提出了一种工作在超高频(Ultra High Frequency, UHF)的理想等离子体螺旋天线.通过数值仿真,研究了等离子体天线辐射特性与等离子材料参数之间的关系. 仿真结果表明,当满足等离子体频率大于约10倍工作频率和碰撞频率小于等离子体频率的条件时,等离子体天线具有与金属天线相似的辐射特性. 此外,两者的相似程度与等离子体频率成正比,与碰撞频率成反比.     

填充磁化等离子体波导的导波场分析

文章对填充磁化等离子体波导中的导波场进行了详细的分析,给出了有限磁场下波在填充磁化等离子体波导中的传播理论,推导出作为普遍严格的在磁化等离子体波导中电磁波的波动方程及场分量的表达式,并且对所得到的结果进行了验证,这对进一步研究磁化等离子体波导中的电磁波传播特性和微波等离子体激发的准分子激光器奠定了理论基础。     

等离子体柱天线的辐射特性

叙述了等离子体柱的产生,并对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析。参考传统金属天线辐射场的求解方法,在简化的条件下求得了等离子体柱天线行波传输和驻波对称振子结构等离子体天线驻波传输的电场辐射方向图,结合方向图,分析了等离子体参数变化时对应辐射方向图的变化规律,证实了等离子体柱天线方向图的可控性,同时,也说明了利用等离子体柱天线进行信号传输有一定的应用价值。     

等离子体螺旋天线的特性分析

本文提出了一种工作在超高频(Ultra High Frequency, UHF)的理想等离子体螺旋天线。通过数值仿真,研究了等离子体天线辐射特性与等离子材料参数之间的关系。仿真结果显示,当满足等离子体频率大于约10倍工作频率和碰撞频率小于等离子体频率的条件时,等离子体天线具有与金属天线相似的辐射特性。此外,两者的相似程度与等离子体频率成正比,与碰撞频率成反比。     

中空高斯激光束在抛物预等离子体通道中的聚焦

在考虑相对论、有质动力和预等离子体通道等非线性效应的基础上,研究了抛物预等离子体通道对中空高斯激光束(Hollow Gaussian beams,HGB)传播特性的影响.首先运用WKB方法和傍轴近似,得到了HGB在抛物预等离子体通道中传播时激光焦斑尺寸参量的演化方程.针对激光焦斑尺寸参量的演化方程,一方面用极值理论得到了HGB以周期性聚焦振荡、周期性散焦振荡和恒定焦斑尺寸传播时的初始激光等离子体参数;另一方面,根据具体参数平面,通过四阶Runge-Kutta法数值求解激光焦斑尺寸参量的演化方程,得到了HGB在预等离子体通道中传播的具体演化图像,并研究了等离子体通道参数和HGB阶数对激光自聚焦和传播特性的影响.研究结果表明,当HGB阶数n一定时,HGB的聚焦能力随着通道参数N_c的增加而不断增强,抛物预等离子体通道不仅可以增强普通高斯激光的聚焦能力,也可以有效增强HGB的聚焦能力;当通道参数N_c一定时,随着HGB阶数n的增加,初始辐照强度小的HGB更容易聚焦,而初始辐照强度大的HGB更容易散焦.     

光致大气等离子体通道天线的传播特性分析

提出了一种用于高功率微波武器系统的光致大气等离子体通道天线(PCA),并分析了PCA所传播一般模式的传播特性.建立了PCA的近似电磁模型,从广义柱坐标系下纵向分量所满足的波动方程出发,在广义柱坐标系中给出了纵向场与横向场的关系,利用边界条件导出了PCA严格的特征方程,并通过在极限条件下,将本文结果与文献已有结果的对比,验证了文中所导结果的正确性和有效性.最后,数值计算了该天线的色散曲线,重点讨论了传播常数随等离子体参数、通道尺寸和运动速度的变化,为该天线的研制打下坚实的理论基础.     

相对论等离子体中的下混杂孤子

本文用相对论各向同性流体动力学方程,研究了磁化等离子体中横越磁场传播的非线性下混杂波,导出了下混杂孤子。     

两种螺旋波天线对非均匀等离子体波场结构的影响

基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到波电场和波磁场的分布情况。通过分析两型天线对螺旋波等离子体波场结构的影响,对比2种天线的性能。结果发现:L型天线激发的波场属于强静电弱磁波场,B型天线激发波场则属于强静电强磁波场;B型天线相比L型天线能够在天线覆盖范围内产生强波电场,该天线下更多功率耦合进了等离子体中。L天线激发波电场受密度梯度影响显著,L天线对靠近壁面处等离子体影响范围大于B天线,B型天线激发波场能量更强。     

空间飞行体与等离子体在压缩区内的非稳态相互作用研究

该文研究了空间飞行体在运动过程中，其前端压缩区内飞行体与等离子体的非稳态相互作用问题，得到了在强天线辐射源高频场作用下的控制方程．通过计算表明，在等离子体中激发起很强的电磁孤波     

能量旁路组合发动机磁流体发电通道数值模拟

利用简化的一维低磁雷诺数下磁流体动力学方程组,对理想分段法拉第型MHD发电通道开展了数值模拟研究,分析了电磁参数和通道几何参数的变化对MHD发电通道性能的影响。结果表明:MHD发电通道能够有效减小出口气流速度,降低总温,并提取出能量,但由于电磁作用的不可逆效应以及焦耳热的产生总压有所损失。磁场强度B、电导率σ的大小,反映了通道内电磁作用强度。适度扩张型通道能够抑制出口气流速度、静温和总温,并增强电磁作用效果。要使通道出口速度减小,总温和总压降低,能量提取率增加,可以增大磁场强度B或电导率σ;反之则反向调节。     

介质中的电磁能量密度及其损耗

以电磁场理论为基础,从场与介质相互作用的角度详细分析了介质中电（磁）场能量密度的物理意义,将介质中的电磁能量密度分解为电（磁）场能量密度和介质的极（磁）化能量密度.极（磁）化能量密度决定于极（磁）化强度和外场强度.在交变电（磁）场中产生电磁能量损耗的物理机制是,由于非线性介质中的各种阻尼作用,电（磁）偶极矩跟不上外场的变化而出现弛豫损耗,电磁能量被损耗转换为热能.利用极（磁）化能量密度公式导出在简谐交变外场中电磁能量损耗的平均功率密度表达式,该损耗功率密度与介质的相对介电常数（磁导率）的虚部、外场频率和场强的平方成正比.电磁能量密度时变值分解为场能时变值、极（磁）化能时变值和电磁损耗时变值.     

大圆坯连铸结晶器电磁偏心搅拌的数值模拟

建立了描述大圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程电磁场的三维数学模型,并采用实测数据对模型的准确性进行了验证.研究了不同搅拌电流强度和频率下,磁感应强度与电磁力的变化规律,并重点分析了偏心搅拌下磁感应强度和电磁力的分布特点.结果表明:磁感应强度和电磁力均随搅拌电流强度的增大而增强;随着搅拌电流频率的增大,磁感应强度逐渐减弱,而电磁力先增强后减弱,并在2.5 Hz时达到最大值;偏心搅拌时,电磁力在铸坯横截面上仍呈周向分布,但电磁力和磁感应强度的大小都出现了不对称分布,在靠外弧的一侧更大.     

电动车用轮毂电机场路耦合分析

针对电路模拟法和电磁解析法难以准确计及铁磁材料磁导率非线性的影响,以及磁场有限元法难以分析外电路为非标准正弦激励等问题,采用场路耦合法分析电动车用轮毂电机特性,将电磁场有限元方程与外电路方程联立求解,充分考虑外电路中时间谐波电流等非线性因素对磁场的影响,实现电磁场量和电气量的直接耦合。推导轮毂电机电磁场与外电路耦合离散方程、机械运动方程以及功率损耗方程,计算其负载感应电动势和功率损耗,对比分析磁场有限元法和场路耦合法计算结果的差异,并研究轮毂电机功率损耗密度的分布规律。分别采用磁场有限元法和场路耦合法计算在不同工况运行时电机的效率特性,通过样机实验对比分析,结果表明:场路耦合法计算结果更准确,证明所用分析方法的正确性。     

喷流式感应体熔沟内金属熔体流动数值仿真

基于电磁流体力学和电磁感应现象,对喷流式感应体熔沟内金属熔体的电磁场和流场进行数值模拟,并进行试验验证.结果表明,在熔沟旋转磁场作用下,金属熔体存在沿熔沟轴线的流动及熔沟进出口处二次环流;金属熔体表面磁感应强度与电流频率成反比,与输入电压成正比;金属熔体所受到电磁力最大值与磁感应强度的平方成正比,与频率成反比;金属熔体沿熔沟轴线流动的平均流速与磁感应强度成正比,与金属熔体密度平方根成反比.     

施加与铸型振动同步的电磁场消除连铸坯表面缺陷

用数值解析方法,计算了铸型在周期振动过程中,润滑剂流路内动压的分布和弯月面的形状;研究了当铸型外部施加高频交流磁场时,电磁压力对动压分布和弯月面形状的影响,分别用数值计算和连续铸模拟实验两种方法,探讨了施加与连铸铸振动同步的电磁场消除铸坯表面缺陷的可能性。