重復(fù)頻率高功率微波脈沖大氣擊穿的理論研究.pdf

1、高功率微波(High Power Microwave，簡稱HPM)在人工電離層、大氣臭氧層的修復(fù)和大氣擊穿自組織等離子體等方面具有重要的應(yīng)用價值，另外，高功率微波還應(yīng)用于電子戰(zhàn)中。隨著高功率微波功率的提高，其引起的大氣擊穿已成為高功率微波大氣傳輸研究的主要問題。大氣擊穿引起的脈沖衰減及“尾蝕”效應(yīng)將限制脈沖照射到目標(biāo)上的功率，降低脈沖源的利用率，而大氣擊穿引起的脈沖反射則會損壞自身的發(fā)射系統(tǒng)。相對于單脈沖，重復(fù)頻率高功率微波脈沖更容易導(dǎo)

2、致氣體擊穿。因此，對重復(fù)頻率高功率微波脈沖大氣傳輸引起的擊穿問題展開研究具有重要的意義。
　　文章首先介紹了HPM大氣傳輸?shù)囊恍┗靖拍睿鴥?nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出開展重復(fù)頻率高功率微波脈沖的研究是十分必要的。其次將若干等效電離參數(shù)表達(dá)式引入到電子雪崩密度方程中，對單脈沖形式的高功率微波在不同壓強下的大氣擊穿閾值進(jìn)行了預(yù)測，并將這些結(jié)果與實驗進(jìn)行對比。結(jié)果表明，基于Ali等效電離參數(shù)推導(dǎo)出的擊穿閨值與實驗數(shù)據(jù)一致

3、性較好。在此基礎(chǔ)上，本文對臨界擊穿條件下傳輸能量密度與微波振幅的關(guān)系進(jìn)行了分析，討論了不同壓強下傳輸能量密度隨功率密度的變化。另外，利用電子流體模型，數(shù)值模擬了高功率微波大氣傳輸?shù)臅r域演化過程。
　　對于重復(fù)頻率高功率微波脈沖擊穿的研究，本文提出了描述電子弛豫過程的體平均流體模型，其由電子密度方程和電子能量守恒方程組成。文中首先通過求解波爾茲曼方程得到了一些較為準(zhǔn)確的電離率、碰撞率、能量損失率等參數(shù)，通過將這些參數(shù)引入到體平均流體

4、模型，對高功率微波脈沖在氬氣以及氮氣擊穿中的電子弛豫過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在不同壓強下，基于體平均流體模型得到的氬氣擊穿時間均與粒子模擬蒙特卡羅碰撞(PIC/MCC)的結(jié)果符合得很好。另外，在氬氣擊穿研究中，通過將復(fù)合率和擴(kuò)散率引入體平均流體模型中，對電子弛豫過程中電子密度和電子能量隨時間的變化進(jìn)行了分析，并討論了壓強對電子弛豫過程的影響。結(jié)果表明，氬氣擊穿發(fā)生后，電子密度先經(jīng)歷短暫的增長后逐漸下降，相應(yīng)的電子能量則會在很短的時間內(nèi)