磁化非均匀等离子体中模转换机制对电磁波吸收的数值研究

用数值方法研究磁化非均匀等离子体(磁场与密度梯度垂直)中模转换机制对p极化电磁波的吸收效应,重点考虑磁场对吸收率的影响,结果表明:与非磁化等离子体相比,磁场的加入使得吸收率曲线相对入射角的分布发生小的偏移,吸收率为零的位置不是发生在零度入射(即垂直入射)时,而是在一个负的入射角位置,垂直入射时有不为零的吸收率,且正角度范围与负角度范围的峰值吸收率不相等,磁场提高了正入射角范围内的峰值吸收率而降低了负角度范围内的峰值吸收率(或反过来,这取决于磁场方向).

一种基于非均匀磁化等离子体的修正Z-FDTD算法

对已有的Z变换时域有限差分法(Z-transformation Finite Difference Time Domain,Z-FDTD)在电磁波与非均匀磁化等离子体中的传输特性分析的计算误差问题进行了研究,并探讨了一种修正计算误差的Z变换时域有限差分方法(Modified Z-transform Finite Difference Time Domain,MZ-FDTD),以提升Z-FDTD方法对非均匀磁化等离子体的适用性。对MZ-FDTD和Z-FDTD之间的计算误差问题,通过严格的公式推导求得该误差的计算公式,并引入误差分析因子,对比分析了该误差受空间步长和非均匀磁化等离子体的物理特性的影响特征,在充分的误差分析与网格参数对比后,以电磁波在非均匀磁化等离子体中的传输特性为分析目标,举例说明了MZ-FDTD的优越性。研究结果表明,相比于经典Z-FDTD,通过MZ-FDTD方法计算得到的数值结果具有更高的计算准确度,较低的运行时间和较少的运行内存占用。此外,对电磁波在非均匀等离子体中传输特性分析的举例说明也证明了相比于Z-FDTD,优化的Z-FDTD方法无论是在较低频段还是较高频段都保持较好的稳定性。在今后的工作中,使用MZ-FDTD方法研究非均匀磁化等离子体问题将会获得更好的计算结果,这项工作中的误差分析方法也将对某些计算电磁学在等离子体中的应用与优化工作起到一定的帮助作用。

基于ISMM方法的非均匀磁化等离子体湍流中电磁波传播特性研究

由于传统散射矩阵法(scattering matrix method, SMM)在计算过程中会产生奇异矩阵,本文基于改进的SMM (improved SMM, ISMM)结合一维磁化等离子体湍流模型,计算了等离子体湍流介质对电磁波在不同入射角下的反射系数和透射系数,同时分析了电磁波在非均匀磁化等离子体中的传播特性。结果表明,湍流的出现极大地影响了等离子体鞘套中电子的运动规律,使其运动过程中能量衰减增多,因此其在0~35 GHz的透射系数增大;另一方面外部磁场的增大,对左旋圆极化波与右旋圆极化波的传播特性影响相反,这是因为在左旋情况下,左旋圆极化波的旋转方向正好与电子的旋转方向相同,右旋圆极化波相反;随着入射角度的增大,相当于电磁波在等离子体湍流中的传播距离增大,导致更多的电磁波能量被吸收;此外,考虑非均匀磁化情况后,电磁波在0~35 GHz频段内的右旋圆极化的透射系数更大。这些结果为研究电磁波在非均匀磁化等离子体湍流介质的传播特性提供了理论依据。

电磁波在非均匀磁化的等离子体鞘套中传输特性研究

采用流场模拟软件模拟了十一组分RAM-II飞行器表面等离子体鞘套的分布,提取了四个典型飞行高度、飞行状态下的等离子体鞘套的分布信息.然后根据RAM-II飞行器等离子体鞘套数据,利用计算色散介质的Z变换FDTD方法主要计算了电磁波在四个不同高度处等离子体鞘套中的功率反射系数和功率透射系数.此外,根据目前可以做出的磁场强度的大小,对四个不同高度下的非均匀等离子体鞘套层按距飞行器表面的距离进行相应的非均匀磁化.由于左旋极化波和右旋极化波在磁化等离子体中的传输特性不同,最后对比了左旋极化波、右旋极化波在非磁化和磁化情况下的传输特性,对飞行器导航通信磁窗天线的设计给出建议.

多发性硬化的非均匀磁化传递成像研究

目的评价非均匀磁化传递(ihMT)成像诊断多发性硬化(MS)的价值。方法对18例临床诊断为MS的患者及16名健康志愿者行ihMT成像,测量并比较MS患者白质内病灶与健康志愿者白质区磁化传递率(MTR)、量化磁化传递值(qMT)、非均匀磁化传递率(ihMTR)和非均匀量化磁化传递值(qihMT)的差异,并采用 Spearman 相关分析评价MS患者ihMT成像参数与临床扩展致残量表评分(EDSS)的相关性。结果 MS病灶的MTR、qMT、ihMTR、qihMT均低于健康志愿者脑白质(P均<0.001);MTR、qMT与EDSS呈中等负相关(r=-0.440、-0.572,P=0.004、0.002),ihMTR、qihMT与EDSS呈强负相关(r=-0.704、-0.739,P均<0.001)。结论 ihMTR和qihMT值能准确反映白质髓鞘含量的变化,且与MS临床症状相关性好,具有较好的临床应用前景。

非均匀磁化条件下铁磁材料内部的磁场分布

铁磁材料内部磁场分布的计算是漏磁通无损检测的基本问题之一。本文首先分析了磁场分布研究的现状和存在问题,利用偿试函数的方法建立了非均匀磁化条件下磁导率μ-H 关系的数学模型,给出了漏磁通无损检测中常用的 U- 型永磁体磁化的材料内部的磁场分布的近似数学表达式,最后作了讨论并指出待解决的问题。

不均匀非磁化等离子体柱的ZTFDTD分析

推导出了一种归一化的Z变换FDTD算法(ZTFDTD),将这种方法用于仿真电磁波与非磁化等离子体的相互作用的研究中,给出了非磁化等离子体的FDTD迭代公式。通过二维模型分别仿真了在不同等离子体自由电子密度分布下等离子体柱对同一频率电磁波的折射作用、相同自由电子密度分布下等离子体柱对不同频率电磁波的折射作用,以及在不同电磁波频率和等离子体碰撞频率下,非磁化等离子体柱对电磁波的折射和碰撞吸收作用。数值结果表明,等离子体隐身在理论上是有效可行的,合理地设置等离子体参数,可以极大地增强等离子体隐身效果。

非均匀磁化等离子体层的电磁特性分析

基于分层传播原理提出了一种计算电磁波在非均匀磁化等离子体层中反射率和吸收率的模型,并数值分析了等离子体密度与碰撞频率,以及背景磁场强度对电磁波的反射和吸收特性的影响。研究表明:该法所得结果与文献的传播矩阵(SMM)法一致。数值分析发现:低密度高碰撞频率等离子体可减少等离子体层对入射波的功率反射;高密度高碰撞频率等离子体可改善其对入射波的功率反射宽频带吸收特性;背景磁场强度可明显改变等离子共振吸收频段。

任意形状地质体非均匀磁化磁异常B样条函数计算法

在磁测资料解释中,形态复杂地质体非均匀磁化磁异常的正演计算一直是非常重要且有待解决的问题。本文以 B 样条函数的插值、求导、求积的性质为基础,建立了 B 样条函数求解复杂地质体非均匀磁化磁异常的二维、三维问题的计算方法。理论模型计算表明:该方法能够解决磁化率参数不均匀、形态任意地质体磁异常的正演问题,且计算精度较高、令人满意。

煤田烧变岩非均匀磁化的二度半模型反演

针对煤田火烧区烧变岩体的单一磁化模型反演解释难以达到预期效果的缺点,根据烧变岩体热剩磁随温度及深度的变化规律,结合小波多尺度分解二阶逼近,消除区域场,建立了非均匀磁化烧变岩体二度半多边形体反演模型。实例计算,效果良好。

THz波在不同角度磁化的非均匀磁化等离子体中的传输特性分析

为利用太赫兹波解决飞行器再入过程遇到的“黑障”问题,以散射矩阵方法为基础,分别以非均匀磁化等离子体的磁化方向、电子密度、外加磁场强度和碰撞频率为变量,研究了垂直入射情形下它们对太赫兹波传输行为的影响.结果表明:这些参数对太赫兹波传输性能影响明显,例如按某一方向改变磁化角度对左极化和右极化太赫兹波的传输功率有相反的影响;降低磁化强度能一定程度地避开等离子体对右极化波的吸收;而降低碰撞频率能缩小等离子体对右极化波的吸收频带.通过调整这些参数,有望在一定程度上缓解黑障现象.

均质非二次曲面磁体的不均匀磁化问题

在磁法勘探的正、反演问题中,大多假设磁性体介质均匀,在均匀磁场中均匀磁化。这种简化的假设对了解各种磁性形体的磁场规律特征及反演解释起到了事半功倍的作用。对大多数退磁作用可以忽略的非强磁性物体(设x≤0.01 CGSM)只要其成分较均匀,这种假设基本符合实际情况。对强次性物体(设x>0.01 CGSM),则需考虑退磁作用,如形体表面为二次曲面(三轴椭球体及其特例),因退磁场是均匀的,体内仍为均匀磁化、解析计算仍照样进行(只差一常数)。若磁体表面为非二磁曲面(如常采用的有限板体),则由于退磁作用的非均匀性,即使介质成分均匀,体内仍将形成较强的非均匀磁化。它对磁异常的特征规律,必有影响,若仍以均匀磁化来代替,将引起相应误差。

电子密度对太赫兹波在均匀非磁化等离子体中的传输影响

针对地面与飞行器之间通信“黑障”问题,采用垂直极化的太赫兹波实现了地面与飞行器的通信。利用放电装置产生等离子体来模拟飞行器表面的等离子体鞘套,使用全光纤耦合式太赫兹时域光谱仪产生0~1 THz的太赫兹波,从实验的角度研究了垂直极化太赫兹波在不同电子密度的均匀非磁化等离子体中的传输特性。实验结果表明:电子密度越大,垂直极化太赫兹在等离子体中的传播速度越快;随着电子密度的增大,衰减会越小。所进行的研究为实现地面与飞行器之间的通信互联提供了重要的实验参考。

非均匀磁化的海山磁性的反演

本文提出一种反演非均匀磁化的海山磁性的新方法——虚源法。海山的磁化强度由均匀和不均匀两部分组成。将均匀磁化强度J_0看作位于无穷远处的虚磁源在海山中产生的场,非均匀磁化强度J′看作位于海山外部的一组虚磁源在海山中产生的场的和。用最优化的方法使剩余异常取极小来反演J_0和J′。模型研究表明,虚源法反演得到的均匀磁化强度J_0与海山的主磁化方向很接近。

等离子体中平面电磁波吸收衰减的数值模拟

推导了电磁波在等离子体中吸收衰减的理论公式,建立了非均匀等离子体分层离散的物理模型,利用数值模拟的方法研究了平面电磁波斜入射覆有磁化非均匀等离子体层的金属衬底时的吸收衰减特性,讨论了等离子体层密度为线性分布且磁场强度一定时,电子碰撞频率对电磁波吸收衰减的影响,得出在一定等离子体密度和磁场强度条件下,等离子体对平面电磁波的吸收衰减特性.

漏磁法无损检测中铁磁材料内部磁场分布的研究

铁磁材料内部磁场分布的计算是漏磁法无损检测的基本问题之一。首先利用磁荷理论计算漏磁通无损检测中常用的 U形永磁体的磁场分布 ,利用尝试函数的方法建立了非均匀磁化条件下磁导率μ- H关系的数学模型 ,并与实验结果进行了比较 ,理论与实验结果符合得非常好 ,最后给出了材料内部的磁场分布的数学表达式。

等离子体随机分布对THz波传输特性的影响

高超声速飞行器再入过程中在其周围会产生非均匀的等离子体鞘套流场,同时在飞行器飞行姿态调整,流场分界层湍流、层流相互转换以及再入过程中由于强烈摩擦产生的高温等因素的影响下,使得产生的鞘套具备了一定的随机特性.文中通过改变磁化角度和外加磁场强度、等离子体电子密度、电子密度相对变化幅度以及碰撞频率等参数,提出了基于等离子体随机分布的散射矩阵法来研究THz波传播的相关特性的方法.结果表明,THz波的极化方向不同,其透射率的变化趋势也不同;左极化波在随机分布等离子体中的透射率要优于右极化波;通过调控合适的物理量,可改变THz波在具有随机特性等离子体中的透射特性.该研究结果对于缓解高超声速飞行器与地面之间的通信“黑障”问题具有一定的参考价值.

电控X波段快速开关环行器的研制

电控快速开关环行器属非均匀磁化场激励器件,如采用设计常规环行器的均匀磁化场方法误差很大,该文介绍了基于软件Maxwell 3D和HFSS的混合有限元方法来设计X波段电控快速开关环行器的过程。研制的器件性能经测试为:以10 GHz为中心约1.3 GHz频带内,插损不大于0.3 dB,隔离不小于22 dB,驻波不大于1.2,开关时间约为3μs。

用超定方程求磁异常线性反演

对于二维和三维的磁异常反演问题,已有许多比较令人满意的方法,但有的也受一些条件的限制,例如初值的选择、计算繁杂等。文献[1]对国外的一些利用电算解重、磁反演问题的方法给了概括地评述。 通常,我们都是先对磁性体产生异常场这一过程做某些假设,同时估计一下磁性体的形状或根据异常求出磁性体的形状参数,并用简便的方法(例如特征点法等)很容易求得异常的反演。然而当异常复杂时(比如迭加异常以及非均匀磁化等),便不能直接使用这些方法。随着高速计算机的发展。

一体三个磁极现象的思考

1一体三个磁极的现象 笔者在初二年级"磁体和磁极"的课堂教学中,用长磁针演示指向性时,发现该磁针(以下简称样品)不指南以为是样品失磁,取下样品放在演示台上(台上有散铁屑),当再次启用样品准备重新磁化时,发现样品两端吸引着许多铁屑,把样品放在针座上用条形磁铁去靠近样品的两端都同时发生排斥,样品的两端均为N极!难道这是一个单磁极磁体?