【摘 要】
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颗粒物质在输运过程中很容易带上一定程度的电荷,如沙尘暴过程中的沙尘颗粒带电、火山喷发时的火山灰颗粒带电、雷暴发生时的云滴带电以及工业生产线上的粉尘颗粒带电等。随
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颗粒物质在输运过程中很容易带上一定程度的电荷,如沙尘暴过程中的沙尘颗粒带电、火山喷发时的火山灰颗粒带电、雷暴发生时的云滴带电以及工业生产线上的粉尘颗粒带电等。随着电磁波技术的快速发展,其在监测颗粒系统输运过程和探测大气颗粒属性等领域被广泛应用。不仅如此,在无线通信过程中,电磁波往往需要在雾霾、沙尘等极端恶劣的环境中传播。电磁波对颗粒系统的探测结果以及在恶劣环境中电磁波信号的传输质量,均取决于颗粒物质对电磁波的散射和吸收作用。因此本论文围绕带电颗粒对电磁波的散射、吸收以及电磁波在极端环境中传播时的衰减展开研究,主要研究内容和研究结果如下:首先,基于带电颗粒与电磁波相互作用的动力学方程,导出了局部带电颗粒在电磁波照射下的等效介电常数模型,给出的带电颗粒的等效介电常数,是电磁波频率、颗粒粒径、颗粒表面电荷密度和颗粒表面带电区域的函数。在给定电磁波频率和颗粒粒径时,发现等效介电常数虚部随着带电区域和面电荷密度增加单调增大而等效介电常数的实部基本上不受颗粒表面带电的影响。在此基础上,在瑞利散射近似范围内,利用衰减系数与等效介电常数的关系,研究了局部带电颗粒系统对电磁波的衰减规律,发现随着颗粒表面带电区域和面电荷密度的增加电磁波的衰减明显增强。特别地,针对雷达系统探测带电大气颗粒时,颗粒带电对雷达回波功率的影响以及探测颗粒浓度的误差进行了研究,结果发现大气颗粒带电会使雷达系统的回波功率增强,增强的程度与雷达波的频率、颗粒表面电荷密密度、颗粒粒径有关。此外,我们也发现当大气颗粒带电的这一现象被忽略时,基于雷达回波功率反演的颗粒系统的浓度可能会被过量估计。
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