Взаимодействие электромагнитной волны с плазмой
Говоря о взаимодействии ЭМ волны с плазмой, то, чтобы найти структуру поля в любой среде, нужно начать с решения уравнений Максвелла. Поступим следующим образом – перейдем к частным уравнениям, а для этого будем считать, что:
среда однородна по электрическим параметрам – несправедливое допущение, т.к. меняется температура (она максимальна в носовой части, точке максимального торможения), степень ионизации и плазменная частота в направлении нормали к корпусу ЛА;
среда линейна – справедливое допущение;
среда изотропна (во внешнем магнитном поле анизотропна).
Однородная
плазма (по электрическим параметрам)
– плазма, для которой электрические
параметры
и
|
постоянны в любой точке.
Изотропная плазма – плазма, в которой параметры не меняются в зависимости от направления рассмотрения. |
Однородность – одинаковость электрических параметров в каждой точке среды. Изотропность – одинаковость характеристик по природе.
Используя эти допущения, переходим к частным уравнениям Максвелла, а затем и волновым. Рассмотрим решение волнового уравнения, при этом будем считать электромагнитное поле, которое излучается антенной, одномерным. Запишем для электрической компоненты:
где |
|
– амплитуда
электромагнитного поля;
– постоянная
распространения (комплексная величина).Подробнее распишем постоянную распространения:
где |
|
– фазовая
постоянная;
– постоянная
затухания;
– волновое
число.Фазовая постоянная и постоянная затухания определяются параметрами среды и частотой поля.
Проанализируем,
как ведет себя поле в плазме для разных
ситуаций. Введем дополнительное упрощение
– будем считать плазму беcстолкновительной
(
).
Она может быть такой на самом деле, когда
мало электронов, мала скорость их
теплового движения, т.е. низкая степень
ионизации, при минимальной температуре
на большой высоте (примерно 120 км). Это
допущение нестрогое. Благодаря этому
допущению можно считать, что постоянная
затухания обращается
в
ноль
.
Вернемся к полю.
|
плазма диэлектрик |
|
Амплитуда не меняется, а меняется только фаза волны в зависимости от расстояния (от координаты «х»). Электромагнитная волна в среде не затухает с расстоянием, следовательно, плазма никак не влияет на распространение электромагнитной волны. |
|
плазма проводник |
|
Напряженность поля уменьшается с увеличением координаты «х». Поле резко затухает в среде и не распространяется. |
|
плазма идеальный проводник |
|
Поля в среде нет, оно полностью отражается. Этот случай маловероятен, так как в условиях полета плазменная частота непрерывно меняется. |
Постоянную затухания и фазовую постоянную можно выразить через параметры диэлектрических сред:
Если раскроем диэлектрические проницаемости, получится более громоздкое выражение.
Поэтому перейдем к нормированным соотношениям: |
Тогда: |
|
|
Линии равных ослаблений (рабочая область – область I). Приращение рабочей частоты в зоне I дает заметное уменьшение затухания. В III зоне выигрыш в затухании при уменьшении рабочей частоты незначительный. В области IV затухание в любой точке постоянное. Эта область малоинтересна для практики.
