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1、------------------------------------------------------------------------------------------------光致大气等离子体通道天线的传播特性分析第10卷第2期2009年4月空??军??工??程??大??学??学??报(自然科学版)JOURNALOFAIRFORCEENGINEERINGUNIVERSITY(NATURALSCIENCEEDITION)Vo.l10No.2Apr.2009夏新仁,??尹成友,??王光明112(1??解放军
2、电子工程学院,安徽??合肥??230037;2??空军工程大学??导弹学院,陕西??三原??713800)摘??要: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
3、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。关键词:光致大气等离子体;等离子体通道天线;特征方程;传播特性——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------中图分类号:TN136????文献标识码:A????文章编号:1009-3516(2009)02-0066-05随着高
4、功率微波源的理论与技术取得突破性进展,高功率微波武器逐步从实验室阶段转向实用化阶段,各军事强国都积极地投入到高功率微波武器的研制中,但高功率电磁脉冲在传输过程中因击穿产生的[3-4]??尾蚀效应和大气层引起的??吸收峰作用,严重限制了高功率微波武器的作用范围。目前,电磁脉冲天线主要有加载天线[5][1-2](加载振子或加载片状辐射器)和TEM喇叭天线。TEM喇叭天线虽然结构简单,但[6]方向性不强、口面利用不充分、容易产生击穿,且机动性差。众所周知,与高功率微波武器对应的高能激光武器的杀伤效能会随着距离的增加迅速降低,
5、另外,大气湍流和热晕效应也限制了高能激光武器的作战能[7-8]力。因此,充分考虑到两类武器的优势互补性,尝试对其优点进行融合,提出了将激光产生的大气等离子体通道用作高功率微波武器系统天线!!!光致大气等离子体通道天线(PlasmaChannelAntenna,PCA)[9]。1??天线特征方程的理论推导该天线的实质就是用高功率激光产生的大气等离子体通道来导行、辐射电磁脉冲,在对其进行理论分析前可以考虑到两点:一是等离子体通道可以近似为无限长的等离子体柱;二是等离子体通道可近似为沿激光传输方向(取为z轴方向)密度均匀、半
6、径a——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------不变的等离子体圆柱。另外,可认为通道中的等离子体在激光等离子体通道中是运动的。综合考虑,将PCA近似为以v=ezv运动的无限长等离子体圆柱。由于光致大气等离子体通道天线的实现是用激光在空间大气中形成等离子体通道,故通道周围的媒质是空气,近似为真空来处理
7、,见图1。电磁参数????,与此对应的空气在运动系和静止系中均表现为各向同0、0为洛仑兹不变量性。基于此情况,根据相对性原理,可以考虑它的等价模型,将无限长等离子体柱看成处于静止系中,而周围的无限大空气处于以速度v=-ezv运动的运动系中,具体情况见图2。[10]图1??等离子体通道天线的原始模型Fig??1??TheoriginalmodelofPCA*收稿日期:图2??等离子体通道天线的等价模型Fig.2??TheequivalentmodelofPCA2008-05-15??基金项目:国家自然科学基金资助项目(6
8、0671057)??作者简介:夏新仁(1976-),男,安徽当涂人,博士生,主要从事电磁场与微波技术研究;E-mai:lxxr_1016@163.com尹成友(1964-),男,安徽巢湖人,教授,博士生导师,主要从事电磁场数值计算方面研究;(),男,,教授,,??671.1??基本物理方程—————————————————————
