磁化等离子体鞘套内太赫兹波传播特性的研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61861031
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:37.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0120.太赫兹理论与技术
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:汤文超; 赵滋阳; 徐杰; 赵海龙; 于东冉; 郭雅静; 李阳;
- 关键词:
项目摘要
Recently China paid great attention to the development of its technologies of ballistic missile, manned space engineering and the hypersonic cruise flight. To find the mitigation scheme for the blackout problem became a significant and urgent concern for the strategy of Chinese national defense and technology. The terahertz (THz) communication is considered as an effective mitigation scheme for the blackout problem. However, due to the significant energy loss of THz waves in both neutral atmosphere and plasma sheaths, the THz waves are not always able to penetrate the plasma sheath effectively. In the present project a new idea to mitigate the blackout is presented: the transmission rates of THz waves at atmospheric window frequencies (<1THz) in plasma sheaths could be enhanced by the implementation of onboard instrument which could generate strong electromagnetic field, since the onboard electromagnetic field reduces the electron density and increase the transmission rate for the THz waves. In such a case the blackout could be mitigated. In the present project, a new magnetized hypersonic fluid model will be developed in order to investigate the time evolution of the magnetized plasma sheath. Based on the new model the propagation properties of THz waves in magnetized plasma sheaths will be studied. Furthermore, the generation and the evolution of turbulence in magnetized plasma sheaths will be investigated based on the new model. Also, the impact of the turbulent flow on the propagation properties of THz waves in magnetized plasma sheaths will be studied. The present research project will establish the theoretical basis for the new idea for blackout mitigation.
近年来我国弹道导弹、载人航天和长航时高超音速飞行器技术迅猛发展,解决等离子体鞘套造成的黑障问题成为国防和科技发展的迫切需求。太赫兹通讯被认为是解决黑障问题的有效途径之一。然而太赫兹波在大气层和等离子体鞘套内传播时存在能量衰减,难以有效穿透等离子体鞘套层。本项目中提出了应对黑障问题的新思路:基于大气窗口频率(<1THz)的太赫兹通讯辅以机载强电磁场,降低等离子体鞘套的局部电子密度,提高太赫兹波在鞘套内的透射率,从而削弱黑障对通讯的影响。本项目拟在前期研究基础上建立新的磁化等离子体鞘套随时间演化的流体动力学模型以及太赫兹波在磁化等离子体鞘套内的传播模型,研究太赫兹波在磁化等离子体鞘套内的传播特性。除此以外,本项目拟深入研究磁化等离子体鞘套内湍流生成和演化的过程及机制,以及湍流对太赫兹波传播特性的影响。本项目的研究将为新的黑障应对方法奠定理论基础。
结项摘要
本项目的研究主要针对再入航天器和高超音速飞行器通信黑障问题开展,提出了太赫兹通信加强电磁场调控再入航天器等离子体鞘套消减通信黑障的新思路,并围绕该思路,从磁化/非磁化太赫兹波传播特性、太赫兹通信信号体制设计、太赫兹天线设计与安装位置等角度开展研究,并基于本项目的研究,为未来高超音速飞行器器载太赫兹通信系统设计提出了建议。本研究的主要内容包括:太赫兹电磁波在非磁化/磁化等离子体鞘套中的传播特性、飞行器外形和飞航条件对太赫兹波传播的影响、太赫兹调制信号在等离子体鞘套中的传输特性及其对通信系统的影响、应用于高超音速飞行器和再入航天器的器载太赫兹天线设计理论。本研究首次发现了等离子体鞘套中“间断面”结构造成的反射衰减,并对其物理机制进行了分析。此外,研究发现,从抑制太赫兹波衰减和提高通信系统稳定性角度出发,器载太赫兹天线应安装在飞行器侧壁靠近尾部区域。太赫兹信号调制方式应采用调频或调相模式,其中调相模式优于调频模式。此外,研究发现了磁化等离子体鞘套中太赫兹波的非线性传播现象。本研究亦对器载太赫兹天线理论开展了研究,发现了天线性能劣化现象,并对其物理机制进行了分析。根据本研究,建议器载太赫兹通信系统采用0.14THz载波,辅以外加强电磁场,信号采用调频或调相模式,天线指向和增益可调,以最大限度消减通信黑障带来的影响。
项目成果
期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
A Novel Method for Sensing Local Electron Density via Measuring the VSWR of Spaceborne Antenna
一种通过测量星载天线驻波比来感知局域电子密度的新方法
- DOI:10.1109/lgrs.2022.3143206
- 发表时间:2022
- 期刊:IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters
- 影响因子:4.8
- 作者:Ziyang Zhao;Kai Yuan;Rongxin Tang;Xiaohua Deng;Ming Yao;Jiawei Xiong
- 通讯作者:Jiawei Xiong
Numerical modeling on the bit error rate of EHF communication in time-varying hypersonic plasma sheath
时变高超声速等离子体鞘层极高频通信误码率数值模拟
- DOI:10.1063/5.0087974
- 发表时间:2022
- 期刊:AIP Advances
- 影响因子:1.6
- 作者:Xiaocui Yang;Kai Yuan;Yuhao Wang;Mingyang Mao
- 通讯作者:Mingyang Mao
Theoretical Study on the Impacts of Plasmas Enveloping Reentry Vehicles on the Radiation Performance of Terahertz Array Antenna
等离子体包裹再入飞行器对太赫兹阵列天线辐射性能影响的理论研究
- DOI:10.1109/tps.2022.3144483
- 发表时间:2022
- 期刊:IEEE Transactions on Plasma Science
- 影响因子:1.5
- 作者:Zhao Ziyang;Kai Yuan;Rongxin Tang;Hai Lin;Xiaohua Deng
- 通讯作者:Xiaohua Deng
Fruchterman–Reingold Hexagon Empowered Node Deployment in Wireless Sensor Network Application
Fruchterman-Reingold Hexagon 赋能无线传感器网络应用中的节点部署
- DOI:10.3390/s22145179
- 发表时间:2022-07-11
- 期刊:Sensors
- 影响因子:3.9
- 作者:Jiahao Li;Yuhao Tao;Kai Yuan;Rongxin Tang;Zhiming Hu;Weichao Yan;Shiyun Liu
- 通讯作者:Shiyun Liu
Propagation Characteristics of Modulated EHF Signal in the Wake Region of Plasma Sheath
等离子体鞘尾流区调制极高频信号的传播特性
- DOI:10.3390/aerospace9040194
- 发表时间:2022
- 期刊:Aerospace
- 影响因子:2.6
- 作者:Xiaocui Yang;Kai Yuan;Yuhao Wang;Yiwen Liu;Jiawei Xiong
- 通讯作者:Jiawei Xiong
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