等离子体隐身机理研究ξ

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1、2002年5月现代雷达第3期X等离子体隐身机理研究莫锦军　刘少斌　袁乃昌(国防科技大学　长沙410073)【摘要】　等离子体隐身技术作为一种全新的隐身概念,日益受到人们的关注。本文首先简要介绍等离子体隐身的发展现状;然后分别从折射效应和吸收衰减两方面详细论述等离子体隐身的基本原理,说明等离子体隐身是一种很有前途的隐身方法。【关键词】　等离子体隐身,折射效应,吸收衰减,雷达散射截面(RCS)StudyonBasicTheoryforPlasmaStealthMOJin-junLIUShao-binYUANNai-chan

2、g(NationalUniversityofDefenceTechnologyChangsha410073)【Abstract】　Asanewnovelstealthconcept,theplasmastealthtechnologyisnowattractingmanyinterestingroundtheworld.Inthispaper,twodifferentbasictheoriesforplasmastealthareshowed,oneisrefraction,theotheriscollisionala

3、bsorption.【Keywords】　plasmastealth,refraction,collisionalabsorption,radarcrosssection(RCS)的自由电子和正离子,因此当电磁波与等离子体相1　引　言互作用时,体现出不同于一般导体或介质的特〔7,8〕等离子体隐身技术作为一种全新的隐身概念,性。就目标电磁隐身而言,主要从以下几方面理〔5〕具有吸波频带宽、效率高、使用简便、价格便宜等优解:点,特别是应用于飞行器隐身时无须改变飞行器的1)等离子体作为色散媒质对电磁波的折射;外形,解决了隐身措

4、施与气动性能的矛盾,日益受到2)电子与中性粒子碰撞造成对电磁波吸收;国内外国防决策机构和军事专家的关注。3)磁化等离子体的法拉第旋转等效应对电磁波冷战时期,当美苏等国观测到航天器再入大气的调制。层造成的通信阻断,以及高空核爆形成的宽达数百图1是前两种机理的简明表示,本文将对这两公里的雷达黑障时,已意识到等离子体对电磁波有种隐身机理进行详细的讨论。明显的遮挡和吸收作用,1992年美国一份解密国防2　等离子体折射隐身机理报告显示,休斯实验室曾进行等离子体隐身的实验研究,结果证明,利用等离子体可使一个半径13cm等离子体频率

5、(又称朗缪尔频率)是等离子体的的微波平面反射器的雷达散射截面(RCS)在4～重要参数之一,定义为〔1〕14GHz范围内平均降低20dB;1997年美海军又2nee委托田纳西大学等单位成功开发等离子体隐身天XP=(1)E0me〔2〕线;1999年,俄罗斯已成功地将等离子体隐身技式中:ne为等离子体的自由电子密度,e和me分别术应用到新型战斗机1.44上,相应的成品也已形成〔3〕是电子的电量和质量,E0为真空中的介电常数。从式出口生产能力;此外,澳大利亚国立大学也已研制(1)可以看出,等离子体频率XP取决于等离子体中〔4〕

6、出了等离子体隐身天线。这一切都表明,等离子体的自由电子密度ne。在军事上的应用(特别是隐身应用)前景极其广阔,等离子体作为一种色散媒质,当忽略带电粒子〔1-6〕正受到世界各国的极大关注。间碰撞时,它的介电常数可表示为众所周知,等离子体是气体电离形成的第四态2物质,除未电离的中性粒子外,还含有密度近似相等EXP(2)P=E01-2X0X收稿日期:2001—05—08修订日期:2002—01—21©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.1

7、0现代雷达24卷图1　等离子体隐身机理示意图_式中:X0表示入射电磁波的角频率。等离子体对电式中:s为电磁波轨迹弧长,r为轨迹点相对于坐标磁波的折射率原点的矢径。当等离子体为球面分层不均匀时,nP22仅为r的函数,即nP=nP(r)。将nP代入式(4)可得XPneenP=1-2=1-2(3)广义斯涅尔定律X0E0meX0__据式(3)讨论如下:当X0

8、体分界面处被完全反射,电磁波无法进入_等离子体。因此,XP又称等离子体的截止频率。等离其中:U为波轨迹上任意点P的切线与矢径r的夹子体的这种特性是短波超视距通信的基础,它利用角,K为常数。从(6)式可知,电磁波的轨迹应为与了大气电离层对短波的全反射。但这种情况是隐身原点共面的平面曲线。应用必须避开的,因为全反射意味着高的后向取等离