[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

说明书

本发明公开了一种天线‑激波管‑天线等离子体电磁特性的仿真方法及仿真系统，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；确定仿真的区域大小、结构；确定材料电磁参数，在程序中建立仿真区域的三维电磁仿真模型；根据实验条件仿真得到激波管实验段中的流场分布；将流场仿真数据耦合到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；实现流场网格参数与电磁网格参数的耦合；将耦合后的流场电磁参数填充到三维电磁仿真模型中，运行仿真程序，得到仿真结果。本发明采用程序仿真真实实验过程，将流场仿真与电磁仿真相结合，更加真实地模拟电磁波与激波管中等离子体相互作用。

技术领域

本发明属于电磁技术领域，涉及一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法及仿真系统，用于研究电磁波与等离子体相互作用，可用于仿真电磁波与等离子体的相互作用，非均匀等离子体对电磁波传输特性的影响，模拟电磁波与激波管中等离子体相互作用的实验过程等。

背景技术

激波管是许多现代科学技术领域中的重要的试验研究工具。它广泛应用于气体物理、化学动力学、高超声速气体动力学、电磁流体力学等领域。是实验研究电磁波与等离子体相互作用的一种重要实验装置。

激波管本质上是一根普通的管子；它的一端可以是开口的或闭口的，另一端一定要是闭口的才行。用一个膜片把管子分为两段，在其中最初分别充满不同压力的气体，形成高压端和低压端；膜片在压力差下破碎后形成激波，可用于研究等离子体。其具有获得高温气流的方法简单、状态稳定并且有相当洁净的炽热气流；只要根据初始条件和准确地测量激波速度这一个参量就能可靠地求出其余流动参数；其缺点主要是试验持续时间很短。

目前对电磁波在等离子体中的传输特性研究中激波管是主流设备之一，对该过程的仿真一般采用一维传输模型，该模型具有简单、快速的优点，但是在实际的激波管试验中，等离子体流场具有非均匀性，而且电磁波在激波管壁上会有反射，在等离子体中会有折射、散射等现象，一维模型无法对这些因素进行模拟，迫切需要一种更加接近真实情况的仿真系统。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法，采用程序仿真真实实验过程，将流场仿真与电磁仿真相结合，更加真实地模拟电磁波与激波管中等离子体相互作用，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真系统。

本发明所采用的技术方案是，一种天线-激波管-天线等离子体电磁特性的仿真方法，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。