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《高频电磁波调制电离层产生elf／vlf辐射的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、高频电磁波调制电离层产生ELF／VLF辐射的研究进展第30卷第3期2009年5月宇航JournalofAstronauticsVo1.3ONo.3May2009高频电磁波调制电离层产生ELF/VLF辐射的研究进展乔晓林,(哈尔滨工业大学,曹丙霞哈尔滨150001)摘要:回顾了利用大功率的高频电磁波调制电离层自然电流产生ELF/VLF电磁辐射的发展情况.介绍了典型加热设备的系统参数配置情况以及地面和卫星上检测ELF/VLF信号的实验结果.总结了提高ELF/VLF产生效率等问题的进展情况,尤其是"波束扫描"技术的理论研究和应用发
2、展.提出了该技术下一步需要研究及解决的问题.关键词:电离层加热;电离层非线性;自然电流;极低频/甚低频中图分类号:TN011.2文献标识码:A文章编号:1000—1328(2009)03—0837—06DOI:10.3873/i.issn.1000—1328.2o09.00.0030引言极低频/甚低频(ELF/VLF)电磁波的波长最长可达上千公里,直接辐射需要体积庞大的天线.上个世纪七十年代,研究人员发现用大功率的高频电磁波加热调制电离层电流可以产生ELF/VLF波,这为深航潜艇通信提供了一种可能的天线产生方式.该技术立刻引
3、起了当时美,俄军方的注意,先后投入巨资研究该方法用于潜艇通信的可能性.有科学家指出,大功率的高频电磁波照射电离层,可以解决弹道导弹战略防御问题和战略通信对抗问题J,甚至会对天气产生影响,发展成为大型的"气象战"武器.本文第2部分概述了电离层的非线性效应.在第3部分总结了大功率高频电磁波调制电离层自然电流的实验研究情况,介绍了不同纬度实验站的发射机功率,频率,地理位置等系统参数配置情况以及地面和卫星检测ELF/VLF信号的结果.第4部分总结了多种提高ELF/VLF产生效率的独创性技术的研究情况,包括"波束扫描"技术,功率,频率
4、,信号模式等对ELF/VLF信号产生效率影响的研究等.1电离层的非线性效应电离层中无线电波的非线性相互作用是Te1.1egen于1933年首先发现的.当时在荷兰接收来自瑞士电台的信号时,常受到卢森堡电台的干扰,最收稿日期:2008—06—03;修回日期:2008.07.Ol后发现是卢森堡大功率无线电发射机的调制信号转移到了在电离层某区域与其"相遇"的瑞士弱高频信号上,这就是后来众所周知的"卢森堡效应".该现象的理论由Bailey和Martin提出,之后,他们与Fe—ier和Ginzburg等人分别进行了大量的理论探讨和实验研
5、究."卢森堡效应"的发现证实了大功率高频电磁波可以改变电离层电波传播的参数:由于低电离层电子的平均自由程很大,电子在碰撞过程中能够从入射电场获得可观的能量,引起电子温度的升高,使得电离层的介电常数和电导率与外场强有关,即产生了电离层电波传播的非线性.当加热电离层的高频电磁波由某一低频n调制时,电离层电导率会被n调制;如果电离层中存在自然电流,加热区域中的自然电流也会被n调制,在空中形成了ELF/VLF"虚拟天线",向外辐射ELF/VLF电磁波.高频电磁波调制电离层电流类似于卢森堡实验中的弱信号由一个载频接近DC的小功率发射机
6、产生.这种ELF/VLF电磁辐射产生的机理如图1所示.也有专家提出了其他加热电离层产生ELF/VLF辐射的建议方案,例如利用两个大功率的高频电磁波在电离层相互作用,产生低频辐射],但由于这种方法对发射机的功率要求过高,现在已鲜有研究.目前为止,在电离层产生ELF/VLF辐射,最有效的还是调制电离层中自然电流的方法.该方法中最好838宇航第30卷图1ELF/VLF电磁波的产生机理Fig.1MechanismofELF/VLFEMradiationgeneration的实验结果是利用幅度调制的高频发射机加热电离层得到的.2实验研
7、究1974年,Getmantsev第一次实验证明了大功率高频电磁波加热电离层能够产生ELF/VLF电磁辐射.当时,加热系统的发射机载频是5.75MHz,输出功率150kW,天线增益约22dB.Getmantsev在发射机北向180km处检测到了频率为1.2～7kHz,幅度约100pV/m(约0.33tT,liT=10T)的弱信号.在2.5kHz左右得到信号的峰值,幅度是0.8fT;信号强度具有明显的日周期变化,在中午时间得到最大值,而晚上基本没有信号….Kotik和Trakhtengerts对这次实验作出了理论解释,认为地面
8、接收到的信号是发射信号调制了电离层中流动的自然电流得到的.这次信号检测成功地开启了高频电磁波调制电离层自然电流实验的开端,之后,美国,俄罗斯等国家先后建设了多个大型的加热站进行实验研究J,如表1所示表1电离层加热实验站Table1Experimentsitesforionospherehe
