电场与磁场作用下降低再入段电波损耗的机理与方法

This project mainly uses the method of applying electric field and magnetic field to mitigate the electromagnetic attenuation which increase rapidly in reentry stage, and do the research on the decreasing mechanism of electromagnetic attenuation. The reentry plasma is a main cause of electromagnetic attenuation rapid augment so much as the communication blackout occurrence. The calculation model of electromagnetic wave propagation and antenna characteristic in reentry plasma is proposed，the absorption and reflection characteristic of electromagnetic wave on different incidence mode is researched, and the impedance characteristic、near field and radiation characteristic of antennae in plasma are simulated and analyzed. The electromagnetic wave propagation simulation model applying electrode and magnetic coil is proposed，and the electric field intensity and magnetic induction intensity is analyzed. The electric field and magnetic field distribution is proposed for reentry. This project is important not only for the research of electromagnetic wave propagation and antenna characteristic in plasma, but also for the communication protection of high speed spacecraft.

本项目主要应用外加电场与磁场的方法降低再入段急剧增加的电波损耗，并对电波损耗的降低机理进行研究。再入过程中产生的等离子体是引起电波损耗剧增，甚至导致通信中断的主要原因。首先建立外加电场与磁场条件下再入等离子体中电磁波传播与天线特性的计算模型，研究不同方式入射的电磁波反射与吸收特性，分析等离子体中天线的阻抗、近场与远场特性。然后建立外加电极与磁场线圈时的电波传播仿真环境，对降低电波损耗所需的最小电场强度与磁感应强度进行分析，提出适合于实际应用的电场与磁场分布。该项目的研究不仅对等离子体中的电磁波传播与天线特性研究具有重要的科学意义，而且对于保障高速飞行器的测控通信具有重要的理论与实际应用价值。

再入等离子体是一种具有高电子密度与高碰撞频率的导电流体，具有色散介质的性质。在分析等离子体对电磁波与天线的作用时，为描述等离子体的宏观性质，采用 Drude 散射模型来模拟。利用电场和磁场，等离子体的性质转为各向异性，采用Gyrotropic模型来模拟。为研究等离子体对电磁波的衰减作用，对电磁波垂直入射均匀等离子体以及非均匀等离子体进行了理论分析。再入等离子体覆盖在飞行器天线上，会改变原已调谐好的天线参数，为研究覆盖等离子体的天线性能，对等离子体中微带天线和喇叭天线的辐射特性进行了分析，对反射损耗与方向图进行了仿真研究。建立外加电场和磁场的模型，对E×B减小电波损耗进行了仿真研究。本项目对再入段的电磁波传播与天线特性进行了研究，通过理论分析、数值仿真等方法分析了等离子体产生的电波损耗，提出了利用电场和磁场来降低电波损耗的方法，为试验提供了理论参考与借鉴。