不均勻非氯化等離子體密度與目標隱身的關(guān)系

不均勻非氯化等離子體密度與目標隱身的關(guān)系

1等離子體的應(yīng)用近年來，利用離子吸收器廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的電磁干燥，并利用離子隱性技術(shù)[5、6、7、8、9、10、11和12]。因此，研究磁體和陰離子的相互作用再次成為主題之一。文獻中,作者對電磁波在非磁化或磁化等離子體中的透射和反射進行了研究。討論了等離子體電磁波吸收器在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。文獻[5,6,7,8,9,10,11,12]則對等離子體隱身技術(shù)進行了研究。研究發(fā)現(xiàn),等離子體的自由電子密度應(yīng)與電磁波頻率密切相關(guān)。雷達工作在高頻、甚高頻等低頻段時,等離子體隱身的效果不理想。為了提高等離子體隱身效果,研究吸收系數(shù)與等離子體密度的關(guān)系是很重要的。2等效等離子體的基本原理冷的、非磁化碰撞等離子體的介電常數(shù)為:這里γe是電子碰撞頻率。ωpe、ω0分別為等離子體頻率和電磁波頻率。顯然,碰撞等離子體中電磁波的傳播矢量k是復(fù)數(shù),k=這里,k0=ω0/c是真空中的波數(shù);kr、ki分別是k的實部和虛部?？梢?由于碰撞,等離子體的傳播常數(shù)出現(xiàn)了虛部,該虛部描述了電磁波通過時變等離子體時的衰減率。一維情況下非均勻等離子體內(nèi)電磁波的波動方程可寫為:這里,i=x、y分別為x方向和y方向極化方程(3)的WKB解為:WKB解有效的條件為:顯然,該條件要求電磁波的波數(shù)在一個波長范圍內(nèi)變化很小。除非等離子體的密度變化非常大或電磁波的頻率極低,這個條件是很容易實現(xiàn)的。當(dāng)電磁波從z=0處垂直入射到等離子體內(nèi)部并在z=z0處被反射回來,然后再次被等離子體吸收,當(dāng)電磁波再次傳播到z=0處時其能量為這里P0是電磁波入射時z=0處的能量。電磁波的雙程衰減為(dB):3行業(yè)中子隱蔽技術(shù)與雷達頻率的關(guān)系3.1入射能量的頻率為了使等離子體隱身具有較好的效果,研究等離子體密度分布對目標RCS縮減的影響是有意義的。眾所周知,等離子體具有高通濾波器的性質(zhì),即當(dāng)入射電磁波的頻率大于等離子體頻率時,等離子體不強烈反射入射的雷達信號。反之,當(dāng)入射電磁波的頻率小于等離子體頻率時,等離子體將強烈反射入射的雷達信號。因此,隱身等離子體密度的選取將直接與雷達頻率有關(guān)。即,最大等離子體頻率必須小于入射電磁波頻率。本文以等離子體密度線性分布和指數(shù)分布為例,計算了等離子體對垂直入射的不同頻段雷達電磁波的雙程衰減。對線性和指數(shù)分布,假定其分布分別為:ne=ne0+(nmax-ne0)(1-z/d)(8)ne=nmaxexp(-2z/d)(9)ne0=nmaxexp(-2)(10)其中,d為等離子體厚度,nmax為目標表面(z=0)處最大等離子體密度,ne0為最外層等離子體密度(最小值)。3.2等離子體的保護高頻、甚高頻雷達工作頻率范圍為20～300Hz。由于該頻段的雷達頻率較低,隱身等離子體的自由電子密度不應(yīng)該選取太大。因此,等離子體隱身技術(shù)應(yīng)用于工作在該波段的雷達時,隱身效果不理想。圖1為等離子體密度線性分布和指數(shù)分布時等離子體對垂直入射的高頻、甚高頻雷達電磁波的雙程衰減的計算結(jié)果。等離子體厚度為30cm,等離子體自由電子密度最大值為4.98×1012,其對應(yīng)的等離子體頻率為20MHz。圖1(a)中,碰撞頻率的取值范圍為0～100GHz,電磁波頻率分別取20、140、260MHz。圖1(b)中,電磁波頻率取值范圍為20～300MHz,碰撞頻率分別取50、250、450MHz。由圖1可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)雷達工作在高頻、甚高頻波段時,等離子體隱身效果不理想。值得指出的是,在圖1(a)中,如果雷達電磁波的頻率為20MHz,等離子體對雷達波的碰撞吸收比其他頻率高出許多。這是因為雷達電磁波的頻率與等離子體的增大頻率相等,于是在等離子體密度增大處產(chǎn)生共振吸收。該點也是該頻率雷達波的反轉(zhuǎn)點。3.3等離子體密度圖2為自由電子密度線性分布和指數(shù)分布時等離子體對垂直入射的超高頻雷達電磁波的雙程衰減的計算結(jié)果。等離子體厚30cm,等離子體自由電子密度最大值為1.12×1015,其對應(yīng)的等離子體頻率為300MHz。圖2(a)中,碰撞頻率的取值范圍為0.1～100GHz,電磁波頻率分別取0.3、0.6、0.9GHz。圖2(b)中,電磁波頻率取值范圍為300～1000MHz,碰撞頻率分別取0.3、4.3、8.3GHz。3.4等離子體密度的確定圖3為自由電子密度線性分布和指數(shù)分布時等離子體對垂直入射的L頻段雷達電磁波的雙程衰減的計算結(jié)果。等離子體厚30cm,等離子體密度最大值為1.24×1016,其對應(yīng)的等離子體頻率為1GHz。圖3(a)中,碰撞頻率的取值范圍為0.1～100GHz,電磁波頻率分別取1、1.5、2GHz。圖3(b)中,電磁波頻率取值范圍為1～2GHz,碰撞頻率分別取0.5、5.5、10.5GHz。3.5等離子體密度的確定圖4為等離子體密度線性分布和指數(shù)分布時等離子體對垂直入射的S頻段雷達電磁波的雙程衰減的計算結(jié)果。等離子體厚度為30cm,等離子體自由電子密度最大值為4.98×1016,其對應(yīng)的等離子體頻率為2GHz。圖4(a)中,碰撞頻率的取值范圍為0.1～500GHz,電磁波頻率分別取2、3、4GHz。圖4(b)中,電磁波頻率取值范圍為2～4GHz,碰撞頻率分別取1、8、15GHz。3.6等離子體密度的確定圖5為等離子體密度線性分布和指數(shù)分布時等離子體對垂直入射的C頻段雷達電磁波的雙程衰減的計算結(jié)果。等離子體厚度為30cm,等離子體自由電子密度最大值為1.99×1017,其對應(yīng)的等離子體頻率為4GHz。圖5(a)中,碰撞頻率的取值范圍為0.1～500GHz,電磁波頻率分別取4、6、8GHz。圖5(b)中,電磁波頻率取值范圍為4～8GHz,碰撞頻率分別取1、8、15GHz。3.7波的工作頻率和最大并發(fā)癥圖6為等離子體密度線性分布和指數(shù)分布時等離子體對垂直入射的X頻段雷達電磁波的雙程衰減的計算結(jié)果。X頻段雷達波的工作頻率范圍為8GHz～13GHz。最大的等離子體頻率取為8GHz。其對應(yīng)的等離子體自由電子密度最大值為7.96×1011cm-3。圖6(a)中,碰撞頻率的取值范圍為0.3～1000GHz,電磁波頻率分別取8、10、12GHz。圖6(b)中,電磁波頻率取值范圍為8～13GHz,碰撞頻率分別取5、25、45GHz。4等離子體密度和種類的影響以上,研究了不同頻段的雷達電磁波在不均勻非磁化等離子體中的碰撞吸收。分析發(fā)現(xiàn),非均勻等離子體對雷達電磁波的吸收能使目標的RCS減小。但是,雷達工作頻段不同時,等離子體對電磁波的吸收能力相差非常大。這是因為等離子體的高通濾波器的性質(zhì)決定了最大等離子體頻率必須小于入射的雷達波的頻率,從而限制了等離子體中最大密度的提高,影響了等離子體對電磁波的吸收能力。此外,等離子體的密度分布對等離子體吸收雷達電磁波的能力產(chǎn)生較大的影響。等離子體碰撞頻率也對等離子體吸收雷達電磁波的能力產(chǎn)生較大的影響。圖1～圖6顯示,等離子體