重复频率高功率微波脉冲大气击穿的理论研究

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1、国内图书分类号：0461．1国际图书分类号：621．38西南交通大学研究生学位论文年级：2Q!!级姓名：塞适葱申请学位级剐：亟±专业：电磁扬皇邀这堇盔指导教师：拯墨副麴援二。一四年五月十九日密级：公开ClassifiedIndex：0441．4U．D．C：621．38SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHEOIUCALSTUDIESOFAIRBREAKDOWNBYREPETITION．RATEHIGHPO、扼RMICROⅥ给VEPULSEGrade：2011Candidate：ZhuLi

2、anyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpeciality：ElectromagneticFieldsandMicrowaveTechnologySupervisor：Prof．YanDanMay．19，2014西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本

3、学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密西使用本授权书。(请在以上方框内打“4”)学位论文作者签名：壕盘褫指导老师签名：开镧一日期：卯fp．r．L么日期：加／甲．S．76西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：文章首先给出若干种等效电离参数表达式，分别将其引入到电子雪崩密度方程中，对单脉冲形式的高功率微波大气击穿阈值及临界击穿条件下传输能量密度进行了研究。并利用电子流体模型，给出了高功率微波大气传输的时域演化过程的数值模拟结果。然后提出了反应弛豫过程的体平均流体模型。通过求解波尔

4、兹曼方程得到了一些较为准确的电离率、碰撞率、能量损失率等参数，将其引。入到电子密度方程和电子能量守恒方程，对高功率微波脉冲在氩气以及氮气击穿中的电子弛豫过程进行了研究，并将数值模拟结果与实验进行了比较，验证了算法及程序的正确性。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：珠垄觑日期：7勺f毕．r．

5、圳西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要高功率微波(HighPowerMicrowave，简称HPM)在人工电离层、大气臭氧层的修复和大气击穿自组织等离子体等方面具有重要的应用价值，另外，高功率微波还应用于电子战中。随着高功率微波功率的提高，其引起的大气击穿已成为高功率微波大气传输研究的主要问题。大气击穿引起的脉冲衰减及“尾蚀”效应将限制脉冲照射到目标上的功率，降低脉冲源的利用率，而大气击穿引起的脉冲反射则会损坏自身的发射系统。相对于单脉冲，重复频率高功率微波脉冲更容易导致气体击穿。因此，对重复频率高功率微波脉冲大气传输引起的击穿问题展开研

6、究具有重要的意义。文章首先介绍了HPM大气传输的一些基本概念，并对国内外相关领域的研究现状进行了分析，指出开展重复频率高功率微波脉冲的研究是十分必要的。其次将若干等效电离参数表达式引入到电子雪崩密度方程中，对单脉冲形式的高功率微波在不同压强下的大气击穿阈值进行了预测，并将这些结果与实验进行对比。结果表明，基于Ali等效电离参数推导出的击穿闺值与实验数据一致性较好。在此基础上，本文对临界击穿条件下传输能量密度与微波振幅的关系进行了分析，讨论了不同压强下传输能量密度随功率密度的变化。另外，利用电子流体模型，数值模拟了高功率微波大气传输的时域演化过

7、程。对于重复频率高功率微波脉冲击穿的研究，本文提出了描述电子弛豫过程的体平均流体模型，其由电子密度方程和电子能量守恒方程组成。文中首先通过求解波尔兹曼方程得到了一些较为准确的电离率、碰撞率、能量损失率等参数，通过将这些参数引入到体平均流体模型，对高功率微波脉冲在氩气以及氮气击穿中的电子弛豫过程进行了研究。结果表明，在不同压强下，基于体平均流体模型得到的氩气击穿时间均与粒子模拟蒙特卡罗碰撞(PIC／MCC)的结果符合得很好。另外，在氩气击穿研究中，通过将复合率和扩散率引入体平均流体模型中，对电子弛豫过程中电子密度和电子能量随时间的变化进行了分析

8、，并讨论了压强对电子弛豫过程的影响。结果表明，氩气击穿发生后，电子密度先经历短暂的增长后逐渐下降，相应的电子能量则会在很短的时间内下降到背景温度。随着压强的增加，电