再入环境中的电波传播与天线特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wolfzhu
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当载人飞船返回舱、返回式卫星和弹道导弹等高速飞行器再入大气层时在其表面会形成一层一定厚度的高温等离子体层,称为再入等离子体鞘套。等离子体鞘套会对飞行器的通信和遥测遥控信号的传输带来严重影响,使航天器失去与地面的通信联络以及地面对它的控制,这就是再入通信中断。  本课题就是在发生再入通信中断的等离子体环境中,通过计算等离子体对电磁波的影响,研究等离子体中天线特性的变化。从而为消除通信中断影响提供理论依据,为地面模拟试验提供关于等离子体的各类重要数据,也为飞行器的天线设备提供技术参考。  本文对等离子体中电磁波的传播方程进行了推导,通过改变描述等离子体的三个不同参数得到不同的等离子体环境对电磁波的反射和吸收效果,并在均匀等离子体中计算了电磁波从不同角度入射时所产生的反射和吸收效果,结合再入通信中断环境研究了等离子体为非对称正态分布时对电磁波的反射和吸收影响。  本文还对等离子体中的天线特性进行了研究,分析了等离子体对天线产生的附加电场分量,计算了等离子体环境中的天线阻抗公式,并且从天线的输入阻抗入手,阐明了等离子体作为一种色散介质会使天线阻抗失配,从而导致的天线参数恶化,并且以最基本的对称振子天线为例,在等离子体环境中进行了输入阻抗的计算,证明了等离子体所导致的输入阻抗畸变,最后结合再入飞行器常用的工作于不同频段的喇叭天线在CSTMICROWAVESTUDIO电磁仿真工具中进行了仿真,并对仿真结果进行了对比。  通过对等离子体环境中的电磁波传播和天线特性的研究,能够归纳出再入通信中断现象的原因主要来自两个方面:一是等离子体对电磁波的反射和吸收衰减;二是等离子体作为色散媒质,天线的输入阻抗不再与大气匹配,从而导致天线辐射效率的下降。
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