太赫兹波在等离子鞘套中的传播

文章介绍了平面波斜入射到不均匀非磁化等离子体时的散射矩阵方法,并用这种方法分析了等离子鞘套中太赫兹信号的传播特性;计算了鞘套的反射,透射与群时延。计算结果表明,在低碰撞频率时,鞘套的高通特性显著,随着碰撞频率的增加,鞘套的反射与透射系数随频率的变化趋于缓和;总体上等离子体的入射波频率的增加,有利于电磁波的透射。     

电磁波在非均匀有损耗再入等离子鞘层中的传播

本文从分层模型出发,采用不变量镶嵌原理,给出了分析再入等离子鞘层中电磁波传播特性的理论方法,计算了电磁波的功率透射和功率反射系数。理论结果与飞行实测数据相符。本方法的优点是:物理概念清晰直观,公式简明,通用性强,计算程序适用于鞘层具有任意厚度、电子密度和电子碰撞频率具有任意分布形式以及任意多分层的情形。     

类X-37B升力体再入飞行通信特性中断研究

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先，利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据，初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性；其次，在典型弹道下针对升力体再入飞行器开展等离子体鞘套数值仿真，分别给出S波段、Ka波段与K波段电磁波衰减特性，研究指出结合当前国内中继星体制情况采用高频段电磁波Ka波段或K波段中继通信方式是解决通信黑障的技术途径之一；最后，研究了电磁波数衰减受传播方向角和攻角的影响规律。研究结果可为发展解决我国再入飞行器通信黑障的设计方案提供参考。     

L、S频段电磁波在等离子体中衰减实验研究

利用低气压辉光放电原理在地面产生大面积、长时间稳定持续的可控等离子体,在此基础上进行了L、S频段的电波传播衰减实验,在实验室环境下持续再现了“黑障”现象,并获得了1.57GHz和2.49GHz电磁波衰减量随等离子电子密度变化的规律。将实验数据与经典传播理论以及薄层理论的预期值对比,结果表明：电波的衰减趋势与经典理论预期基本相符,验证了本文所提出的新实验方法的有效性;在等离子厚度约为波长的1倍与1.5倍条件下,未观测到明显的薄层效应。     

电磁信号在时变等离子体中传播的调制效应

近期有研究文献表明,高速飞行器等离子鞘套由于姿态调整、湍流、非均匀烧蚀等因素的影响,其等离子体参数可能存在时变特性。针对电磁波在时变等离子体中的传播问题,在经典色散介质传播理论中引入了时变参数项,得出了调制效应与等离子体参数、载波频率的关系;在此基础上对载波频率为35GHz和12GHz时QPSK信号在时变等离子体中的传播进行仿真,结果表明：时变等离子引起的调制效应会使调相信号的星座图发生旋转;提高载波频率有助于减弱调制效应,减少星座点的交叠,误码率降低。     

水凝物对THz波辐射的衰减研究

文章基于水凝物粒子尺寸与THz波长的大小关系,分别利用Rayleigh近似、Mie理论以及几何光学方法计算了降雨和云雾引起THz波辐射的散射衰减。比较了不同强度的降雨和不同能见度、含水量的云雾对THz波的散射衰减。结果表明,随着频率的增大,THz波段雨衰减先增大后减小;在整个THz波段,含水量较小或能见度较低的云雾的衰减随频率的增大而单调增加,含水量较大或能见度较大的云雾的衰减随频率先增大后减小;在THz波段云雾衰减随能见度的减小和含水量的增加而增大,温度对THz波段的云雾衰减影响不大,在整个THz波段并不存在明显的规律。在THz波频率高端云雾影响较降雨要严重的多。     

不同高度通道内热薄燃料火焰传播特性的研究

为探究通道高度对逆风火焰传播特性的影响,采用实验、数值模拟、理论分析方法对微重力条件下不同高度通道内热薄燃料火焰传播特性进行了研究。通道高度分别为10mm, 14mm和60mm的短时落塔微重力实验结果表明,相同逆风气流速度时,随通道高度增加,火焰传播速度逐渐增大,且10mm, 14mm和16mm高度通道下的火焰长度比约为通道半高度比的二次方关系。数值模拟与理论分析表明,微重力条件下,随通道高度增加,火焰传播速度、火焰长度先增大再减小,呈非单调的变化趋势。燃烧热释放速率随高度变化呈非单调变化趋势,同火焰传播速度变化规律基本一致。     

一种S频段具有RCS缩减特性的编码超表面

设计了一种覆盖S频段的电控1-bit编码单元，并对其进行了等效电路分析与参数优化，单元在0/1两种工作状态下相位相差180°；以此为基础完成了9×9超表面阵列设计，通过设置变容二极管两端的偏置电压，使各个超表面单元能够根据设计需求在0/1两种工作状态之间切换，从而实现反射电磁波能量干涉相消。仿真结果表明，编码超表面阵列在2 GHz~4 GHz内相对于同尺寸的金属板能够实现15 dB以上的RCS减缩。     

平面巴伦的理论分析

微带耦合线巴伦的相关结论和公式在很多文章中被引用,并且在巴伦的设计过程中起着必不可少的作用,但几乎没有资料对这些结论、公式和巴伦的工作特性给出具体的分析和充分的说明。文章就微带耦合线Marchand巴伦的工作原理和特性做了具体分析和推导,有利于设计者快速掌握巴伦的特性和设计要点。最后,设计了一个C波段（中心频率为6GHz）的平面巴伦,利用ADS软件仿真巴伦在不同状态下的各个S参数曲线。     

金属/水反应冲压发动机进水管路的工作特性

基于水与金属燃料反应的水冲压发动机是一种新型的水下动力装置。进水管路是金属/水反应冲压发动机的一个重要部件。为了研究进水管路的工作特性,在理论分析和一维设计的基础上,设计出某一工作状态下的进水管路结构参数,并进行了数值模拟。结果表明,管路中出现汽蚀现象;随着出口压强的增大,总压损失减小,流量系数减小;随着来流速度的增大,总压损失增大,流量系数先增大后减小;随着工作深度的增加,总压损失增大,流量系数增大。     

时变等离子鞘套相位抖动对GPS导航的影响

飞行器再入过程中产生的时变等离子鞘套会引起信号的时变衰减和相位抖动,其产生的相位抖动对调相体制的GPS导航系统必然产生影响。探讨了时变等离子鞘套引起信号相位抖动的机理,通过传输矩阵法计算了由时变等离子鞘套引起GPS导航信号的相位抖动的统计特性,结合Hilbert方法建立了受到相位抖动影响的GPS信号模型,研究了黑障发生前等离子鞘套的相位抖动对GPS导航的影响。仿真结果表明GPS导航受到影响的程度和相位抖动方差大小密切相关。在NASA数据下相位抖动方差为0.1142时,定位变化大于10m的最大比例超出了1.5%,大于5m的最大比例超出了14%。     

等离子体电磁信号多维度特征测量系统研究

为进一步研究等离子体鞘套特性及其对电磁波传输的影响,研制等离子体电磁信号多维度特征测量系统。系统可在地面实验环境中对高速目标等离子体下通信信号进行多维度特征测量,分析信号传输衰减、相位畸变等特性。系统完成Ka测控通信频段等离子体透射测量实验,验证多维度特征测量系统宽带测量、大动态微弱信号的检测能力。对采集的数据进行分析,初步验证等离子体对通信信号的衰减和相位特性的影响。     

适合临近空间通信的Ka/V双频口径耦合天线设计

为了减缓飞行器在临近空间高速飞行时产生的等离子体鞘套“黑障”对其通信影响,根据ITU分配的临近空间3区业务频段,设计了一种在Ka/V双频段工作的口径耦合微带天线。该天线在中间缝隙开一圆孔,通过改变圆孔大小实现双频工作,并组成1×4的天线阵列,实现了在Ka和V两个频段的通信。设计结果表明：在Ka频段的-10dB带宽达到11.33%,V频段带宽达到2.52%,满足其在临近空间3区业务的通信频段。该天线易于实现,结构简单,可为临近空间通信飞行器天线设计提供参考。     

二次电子发射对稳态等离子体推进器加速通道鞘层的影响

稳态等离子体推进器(Stationary Plasma Thruster,SPT)工作时产生的高密度等离子体遇到其加速通道陶瓷器壁时,在陶瓷器壁与等离子体之间形成鞘层。离子会在鞘层电场作用下到达SPT加速通道器壁表面进而复合,而等离子体中的电子由于具有高能可跃过鞘层电场轰击器壁表面,从而产生二次电子发射效应。从器壁表面发射出的二次电子由于受到鞘层电场的排斥,导致其向等离子体源区移动,进而影响等离子体鞘层的特性。建立了考虑二次电子发射效应的无碰撞等离子体鞘层的一维流体模型,研究了二次电子发射对SPT加速通道鞘层特性的影响。计算结果显示,随二次电子发射系数增加,鞘层电势、离子密度、电子密度和二次电子密度增加,而离子速度降低,鞘层中离子密度始终大于电子密度。鞘层中二次电子绝大多数集中在器壁附近,随二次电子穿越鞘层厚度的增加,二次电子密度快速下降。     

一种新型MEMS移相器设计

建立Ka波段分布式MEMS移相器的等效电路,设计基于此模型的分布式MEMS移相器,并对其反射损耗与插入损耗进行优化。仿真结果表明,该模型在4GHz工作带宽内反射损耗小于-15dB,在10GHz带宽内插入损耗大于-2dB,单桥相移达到35°。     

Q/V频段电磁波在等离子体鞘套下的传输特性

高超声速飞行器再入地面时，由于飞行器表面等离子体电子密度分布不均匀，因此从背风面向天基中继卫星传输，可避开迎风面的高电子密度，并以Q/V频段为测控频段，经中继卫星转发至地面测控站。本文以波阻抗方法为基础，分析了Q/V频段在不同等离子体参数下的传输特性，并仿真了等离子体对Q/V频段天线波束指向的影响。结果表明：Q/V频段在等离子体中穿透性更好，可在更高的等离子体电子密度和碰撞频率下保持较低的衰减值。但Q/V频段下的天线波束指向偏差较大，随着频段的提高和入射角度的减小，偏差值逐渐减小。因此，应用Q/V频段，通过中继卫星转发实现实时通信，有利于缓解再入飞行器“黑障”现象。     

深空通信中Ka频段自适应纠删编码研究

未来深空通信将采用Ka频段进行深空探测任务,但余量有限的Ka频段链路受地面站区域天气的影响较大,容易产生中断。将Ka频段链路的噪声温度建模为两状态马尔科夫链的Gilbert Elliot信道,结合异步CFDP传输模式,设计了低误差的天气状态预测模型,同时针对给定噪声阈值下天气状态转换对下行链路丢包率的影响,提出一种基于天气状态转换的RS码与弱鲁棒孤波分布LT码级联的分组纠删编码技术,通过预测模型实现自适应码率调整以保持Ka频段的数据链路连续性以及有效吞吐量。仿真表明算法可实现对数据分组的纠删保护,提高接收端的译码性能,增大系统吞吐量,提高文件传输效率。     

基于椭圆孔阵列的频率选择表面研究

针对准光学馈电网络系统对频道分离性能的要求,研究了一种工作于毫米波、亚毫米波的无介质支持的双层金属椭圆孔阵列频率选择表面。其在反射通道中反射54GHz和89GHz 2个信号的电磁波。在透射通道中,对165GHz和183GHz 2个通道的信号是透明的。使用模式匹配法仿真分析并设计频率选择表面,结果表明:当入射角度为18°时,2个反射通道中双极化的插入损耗小于0.1dB,2个透射通道的双极化插入损耗不大于0.6dB,各项指标能满足频率选择表面在通道引入的插入损耗不大于0.8dB的要求。此外,通过蒙特卡罗法分析加工误差对频率选择表面性能的影响,根据指标要求给出加工精度的下限,为实际加工提供数据支持。     

Turbulence in the Plasma Sheet during Substorms: A Case Study for Three Events Observed by the INTERBALL Tail Probe

Variations of turbulence properties of the plasma sheet during geomagnetic substorms are investigated using observations of the INTERBALL Tail Probe satellite. The periods are chosen when the satellite was inside the plasma sheet. Fluctuations of the plasma bulk velocity across the plasma sheet are studied for the growth, expansion, and recovery phases of geomagnetic substorms on October 14, 1997; October 30, 1997; and December 16, 1998. It was demonstrated that the level of turbulence increases considerably after the onset of the substorm expansion phase and slowly decreases nearly to the presubstorm level later. The correlation times of plasma fluctuations in the Z-direction are estimated, and diffusion coefficients in the Z-direction are calculated.