电磁波斜入射等离子体介质的fdtd方法

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1、代号10701学号1101120152分类号TP319密级公开题（中、英文）目电磁波斜入射等离子体介质的FDTD方法FDTDMethodforElectromagneticWaveObliqueIncidenceinPlasmaMedium作者姓名张洋指导教师姓名、职务刘彦明教授学科门类工学学科，专业通信与信息系统提交论文日二○一四年二月万方数据西安电子科技大学学位论文独创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包

2、含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保

3、密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：日期导师签名：日期万方数据万方数据摘要摘要当超高声速飞行器在临近空间飞行时，由于飞行器与空气的摩擦，飞行器表面的温度急剧升高。高温致使临近空间飞行器表面烧蚀材料和空气电离形成等离子体，称为“等离子鞘套”。等离子体介质会反射和吸收电磁波，致使通信信号经过等离子体层后急剧衰减，造成飞行器与外界的通信中断，这就是“黑障”现象。研究电磁波在等离子介质中的传播特性具有重大意义。在现实情况中，由于飞行器天线和地面站的相对位置等原因，电磁波总是以一定的角度入射等离子鞘套的。本文利用时域有限差分方法（finite-differ

4、encetime-domainFDTD)研究了电磁波斜入射等离子鞘套层时的传播特性，为上层通信中的信道建模提供参考。在时域有限差分方法中，斜入射问题通常要放在二维模型中解决。本文利用一维时域有限差分方法计算了电磁波斜入射等离子体时的传输特性，避免了二维平面波引入的麻烦，大大提高了计算效率，节省了计算时间。同时FDTD算法中二维平面波的引入会存在漏电现象，影响计算精度，利用一维FDTD迭代解决斜入射问题，大大提高了计算精度。在本文算例中通过和波阻抗方法的对比，验证了本文方法的准确性。对等离子鞘套层加磁场可以改善等离子体的介电特性，降低等离子体对低频和高频电磁波的衰减和反射，从而改善飞行器的通信

5、质量。本文利用移位算子时域有限差分方法（shiftoperatorfinite-differencetimedomainSO-FDTD）研究了电磁波斜入射磁化等离子体时的传播特性。由于磁化等离子是各向异性介质，主要研究了磁化等离子体本征波（左旋圆极化波和右旋圆极化波)的反射系数，透射系数和相位变化。关键词：时域有限差分方法，斜入射，磁化等离子，计算电磁学万方数据电磁波斜入射等离子介质的FDTD方法万方数据AbstractAbstractWhenflyinthenear-space,thehypersonicaircraft’ssurfacetemperaturewillbeveryhighb

6、ecauseofthefrictionbetweenairandtheaircraft.Thehightemperaturewillcausesurfaceairionizationformingaplasmalayeraroundtheaircraftwhichisknownas“plasmasheath”.Theplasmasheathwillattenuatetheelectromagneticwavegreatlyandblockthecommunicationbetweenhypersonicaircraftsandgroundstations.Thisphenomenonisca

7、lled“blackout”.Sotheresearchonthepropagationofelectromagneticwaveintheplasmasheathisofgreatimportant.Inrealterm,becauseoftherelativepositionofvehicle’santennaandgroundstation,theelectromagneticwavealwaysobl