[发明专利]天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法及仿真系统

权利要求书

1.一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤1，确定激波管实验装置的外形尺寸、所用材料电磁参数、结构和实验条件；

步骤2，根据步骤1得到的信息确定所要仿真的区域大小、结构；

步骤3，根据步骤1确定的材料电磁参数，在程序中建立步骤2中仿真区域的三维电磁仿真模型；

步骤4，按照激波管实验初始条件仿真激波管中的流场分布；

步骤5，对步骤4中的流场进行提取，得到激波管实验段的流场仿真数据；

步骤6，将流场仿真数据耦合到步骤3建立的三维电磁仿真模型的网格中，得到全空间电磁网格上的流场数据；

步骤7，利用步骤6得到的耦合后的电磁网格上的流场数据计算电磁仿真所需要的等离子体频率ω_p及碰撞频率ν_c，实现流场网格参数与电磁网格参数的耦合；

步骤8，将耦合后的流场电磁参数填充到步骤3得到的三维电磁仿真模型中，运行仿真程序，仿真结束后对发射天线发射和接收天线接收到的电磁信号进行处理，得到仿真结果。

2.根据权利要求1所述的一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法，其特征在于，所述步骤6中，将流场仿真数据耦合到步骤3建立的三维电磁仿真模型的网格中，具体为：对流场仿真数据分别在三个维度上进行插值处理，x方向电子密度的计算：流场仿真数据中沿x方向节点数为n_x个，流场节点对应的电子密度用n_e(i)表示，其中i表示流场节点编号；步骤3中建立的三维电磁仿真模型的激波管中的等离子体区域x方向网格数为N_x，电磁网格对应的电子密度用N_e(j)，j表示电磁网格编号；采用公式(1)(2)(3)确定x方向所有电磁网格对应的电子密度，实现流场电子密度与电磁仿真网格在x方向上的耦合：

其中，int表示去余取整，M代表流场两个节点之间对应的电磁网格数量；在进行其中某一维度的操作时，其余维度流场数据保持不变；对y方向和z方向上做相同处理，将流场电子密度映射到全空间电磁网格的相应位置，得到全空间电磁网格上的电子密度N_e；采用相同的耦合方法得到全空间电磁网格上的中性粒子数密度n_m、流场温度、电子温度T_e、气体压强、气体密度。

3.根据权利要求2所述的一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法，其特征在于，所述步骤7中，等离子体频率ω_p及碰撞频率ν_c根据公式(4)(5)计算得到：

其中，e为电子电量，m_e为电子质量，ε₀为真空介电常数，σ_e,n为组分n与电子的动量交换截面，k为玻耳兹曼常量。

4.根据权利要求1所述的一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法，其特征在于，所述步骤3中，在程序中建立步骤2中仿真区域的三维电磁仿真模型，具体为：通过建模导入或者直接在程序中建立一个包含整个仿真区域的计算空间，根据需要仿真的电磁波频率和材料电磁参数进行离散，得到三维电磁材料的数组，并根据仿真区域的材料位置确定相应位置的网格材料和电磁参数，得到步骤2中仿真区域的三维电磁仿真模型。