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高功率微波土壤击穿的数值验证研究

唐涛

高功率微波土壤击穿的数值验证研究

唐涛
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  • 高功率微波在土壤中传播时, 会引起土壤击穿电离而导致土壤电阻率的非线性变化, 土壤电阻率的变化又将反作用于传播过程, 加剧高功率微波衰减, 影响其能量传输效率. 通过对土壤动态电离过程的分析, 结合Maxwell方程组构建了高功率微波土壤传播模型, 采用时域有限差分法对该模型进行数值验证. 数值结果显示了高功率微波在土壤中传播、衰减等物理图像, 以及土壤电阻率的非线性变化过程. 理论分析验证了这些数值结果.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61201095)、四川省教育厅科研基金(批准号: 13ZB0076)和成都信息工程学院科研基金(批准号: J201202, CRF201309)资助的课题.
    [1]

    Chen Z G, Wang J G, Wang Y, Qiao H L, Guo W J, Zhang D H 2013 Acta Phys. Sin. 62 168402 (in Chinese) [陈再高, 王建国, 王玥, 乔海亮, 郭伟杰, 张殿辉 2013 物理学报 62 168402]

    [2]

    Bragg J W, Sullivan III W W, Mauch D, Neuber A A, Dickens J C 2013 Rev. Sci. Instrum. 84 054703

    [3]

    Song W, Zhang Z Q, Li J W, Zhang Q Y, Cai L B 2013 Appl. Phys. Lett. 102 013504

    [4]

    Song W, Shao H, Zhang Z Q, Huang H J, Li J W, Wang K Y, Jing H, Liu Y J, Cui X H 2014 Acta Phys. Sin. 63 064101 (in Chinese) [宋玮, 邵浩, 张治强, 黄惠军, 李佳伟, 王康懿, 景洪, 刘英君, 崔新红 2014 物理学报 63 064101]

    [5]

    Liu G Z, Liu J Y, Huang W H, Zhou J S, Song X X, Ning H 2000 Chin. Phys. 9 757

    [6]

    Tang T, Liao C, Yang D 2010 Chin. J. Radio Sci. 25 122 (in Chinese) [唐涛, 廖成, 杨丹 2010 电波科学学报 25 122]

    [7]

    Tang T, Liao C, Lin W B 2010 Progress Electromag. Res. M 14 207

    [8]

    Hao X W, Song B P, Zhang G J, Qiu S, Huang W H, Qin F, Jin X 2012 High Power Laser Particle Beams 24 16 (in Chinese) [郝西伟, 宋佰鹏, 张冠军, 秋实, 黄文华, 秦风, 金晓 2012 强激光与粒子束 24 16]

    [9]

    Dong Y, Dong Z W, Zhou Q H, Yang W Y, Zhou H J 2013 High Power Laser Particle Beams 25 1215 (in Chinese) [董烨, 董志伟, 周前红, 杨温渊, 周海京 2013 强激光与粒子束 25 1215]

    [10]

    Liu K, Xu B, Lin L K, Lu C S, Wang H G 2013 Space Electron. Technol. 10 6 (in Chinese) [刘琨, 徐彬, 林乐科, 卢昌胜, 王红光 2013 空间电子技术 10 6]

    [11]

    Ala G, Buccheri P L, Romano P, Viola F 2008 IET Sci. Meas. Technol. 2 134

    [12]

    Ala G, Silvestre Di M L, Viola F, Francomano E 2009 Prog. Electromag. Res. B 14 1

    [13]

    Asimakopoulou F E, Gonos I F, Stathopulos I A 2011 IET Sci. Meas. Technol. 5 14

    [14]

    Ge D B, Yan Y B 2002 Finite-Difference Time-Domain Method for Electromagnetic Waves (Xi'an: Xi'an Electronic Sience and Technology University Press) pp26-38 (in Chinese) [葛德彪, 闫玉波 2002 电磁波时域有限差分方法(西安: 西安电子科技大学出版社) 第26–38页]

    [15]

    Tang T 2011 Ph. D. Dissertation (Chengdu: Southwest Jiaotong University) (in Chinese) [唐涛 2011 博士学位论文(成都: 西南交通大学)]

  • [1]

    Chen Z G, Wang J G, Wang Y, Qiao H L, Guo W J, Zhang D H 2013 Acta Phys. Sin. 62 168402 (in Chinese) [陈再高, 王建国, 王玥, 乔海亮, 郭伟杰, 张殿辉 2013 物理学报 62 168402]

    [2]

    Bragg J W, Sullivan III W W, Mauch D, Neuber A A, Dickens J C 2013 Rev. Sci. Instrum. 84 054703

    [3]

    Song W, Zhang Z Q, Li J W, Zhang Q Y, Cai L B 2013 Appl. Phys. Lett. 102 013504

    [4]

    Song W, Shao H, Zhang Z Q, Huang H J, Li J W, Wang K Y, Jing H, Liu Y J, Cui X H 2014 Acta Phys. Sin. 63 064101 (in Chinese) [宋玮, 邵浩, 张治强, 黄惠军, 李佳伟, 王康懿, 景洪, 刘英君, 崔新红 2014 物理学报 63 064101]

    [5]

    Liu G Z, Liu J Y, Huang W H, Zhou J S, Song X X, Ning H 2000 Chin. Phys. 9 757

    [6]

    Tang T, Liao C, Yang D 2010 Chin. J. Radio Sci. 25 122 (in Chinese) [唐涛, 廖成, 杨丹 2010 电波科学学报 25 122]

    [7]

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    [8]

    Hao X W, Song B P, Zhang G J, Qiu S, Huang W H, Qin F, Jin X 2012 High Power Laser Particle Beams 24 16 (in Chinese) [郝西伟, 宋佰鹏, 张冠军, 秋实, 黄文华, 秦风, 金晓 2012 强激光与粒子束 24 16]

    [9]

    Dong Y, Dong Z W, Zhou Q H, Yang W Y, Zhou H J 2013 High Power Laser Particle Beams 25 1215 (in Chinese) [董烨, 董志伟, 周前红, 杨温渊, 周海京 2013 强激光与粒子束 25 1215]

    [10]

    Liu K, Xu B, Lin L K, Lu C S, Wang H G 2013 Space Electron. Technol. 10 6 (in Chinese) [刘琨, 徐彬, 林乐科, 卢昌胜, 王红光 2013 空间电子技术 10 6]

    [11]

    Ala G, Buccheri P L, Romano P, Viola F 2008 IET Sci. Meas. Technol. 2 134

    [12]

    Ala G, Silvestre Di M L, Viola F, Francomano E 2009 Prog. Electromag. Res. B 14 1

    [13]

    Asimakopoulou F E, Gonos I F, Stathopulos I A 2011 IET Sci. Meas. Technol. 5 14

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    Ge D B, Yan Y B 2002 Finite-Difference Time-Domain Method for Electromagnetic Waves (Xi'an: Xi'an Electronic Sience and Technology University Press) pp26-38 (in Chinese) [葛德彪, 闫玉波 2002 电磁波时域有限差分方法(西安: 西安电子科技大学出版社) 第26–38页]

    [15]

    Tang T 2011 Ph. D. Dissertation (Chengdu: Southwest Jiaotong University) (in Chinese) [唐涛 2011 博士学位论文(成都: 西南交通大学)]

  • [1] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(5): 3268-3273. doi: 10.7498/aps.58.3268
    [2] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025217. doi: 10.7498/aps.60.025217
    [3] 周东方, 余道杰, 杨建宏, 侯德亭, 夏蔚, 胡涛, 林竞羽, 饶育萍, 魏进进, 张德伟, 王利萍. 基于混合大气传输模型的单脉冲高功率微波大气击穿理论与实验研究. 物理学报, 2013, 62(1): 014207. doi: 10.7498/aps.62.014207
    [4] 王超, 刘骋远, 胡元萍, 刘志宏, 马建峰. 社交网络中信息传播的稳定性研究. 物理学报, 2014, 63(18): 180501. doi: 10.7498/aps.63.180501
    [5] 黄丽亚, 汤平川, 霍宥良, 郑义, 成谢锋. 基于加权K-阶传播数的节点重要性. 物理学报, 2019, 68(12): 128901. doi: 10.7498/aps.68.20190087
    [6] 李正红, 孟凡宝, 常安碧, 黄 华, 马乔生. 两腔高功率微波振荡器研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3578-3583. doi: 10.7498/aps.54.3578
    [7] 王淦平, 向飞, 谭杰, 曹绍云, 罗敏, 康强, 常安碧. 长脉冲高功率微波驱动源放电过程研究. 物理学报, 2011, 60(7): 072901. doi: 10.7498/aps.60.072901
    [8] 黄华, 吴洋, 刘振帮, 袁欢, 何琥, 李乐乐, 李正红, 金晓, 马弘舸. 锁频锁相的高功率微波器件技术研究. 物理学报, 2018, 67(8): 088402. doi: 10.7498/aps.67.20172684
    [9] 吴洋, 许州, 徐勇, 金晓, 常安碧, 李正红, 黄华, 刘忠, 罗雄, 马乔生, 唐传祥. 低功率驱动的高功率微波放大器实验研究. 物理学报, 2011, 60(4): 044102. doi: 10.7498/aps.60.044102
    [10] 李国林, 舒挺, 袁成卫, 张军, 靳振兴, 杨建华, 钟辉煌, 杨杰, 武大鹏. 一种高功率微波空间滤波器的设计与初步实验研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8591-8596. doi: 10.7498/aps.59.8591
    [11] 方进勇, 黄惠军, 张治强, 黄文华, 江伟华. 基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统. 物理学报, 2011, 60(4): 048404. doi: 10.7498/aps.60.048404
    [12] 马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾. 不同样式的高功率微波对双极晶体管的损伤效应和机理. 物理学报, 2013, 62(12): 128501. doi: 10.7498/aps.62.128501
    [13] 魏进进, 周东方, 余道杰, 胡涛, 侯德亭, 张德伟, 雷雪, 胡俊杰. 高功率微波作用下O-离子解吸附产生种子电子过程. 物理学报, 2016, 65(5): 055202. doi: 10.7498/aps.65.055202
    [14] 冉茂怡, 胡耀垓, 赵正予, 张援农. 高功率微波注入对流层对氟利昂的影响. 物理学报, 2017, 66(4): 045101. doi: 10.7498/aps.66.045101
    [15] 李志刚, 程立, 袁忠才, 汪家春, 时家明. 高功率微波作用下等离子体中的雪崩效应研究. 物理学报, 2017, 66(19): 195202. doi: 10.7498/aps.66.195202
    [16] 左春彦, 高飞, 戴忠玲, 王友年. 高功率微波输出窗内侧击穿动力学的PIC/MCC模拟研究. 物理学报, 2018, 67(22): 225201. doi: 10.7498/aps.67.20181260
    [17] 李志鹏, 李晶, 孙静, 刘阳, 方进勇. 高功率微波作用下高电子迁移率晶体管的损伤机理. 物理学报, 2016, 65(16): 168501. doi: 10.7498/aps.65.168501
    [18] 游海龙, 蓝建春, 范菊平, 贾新章, 查薇. 高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究. 物理学报, 2012, 61(10): 108501. doi: 10.7498/aps.61.108501
    [19] 傅文杰, 鄢 扬. 高功率微波在等离子体填充波导中的谐波产生. 物理学报, 2007, 56(12): 7100-7105. doi: 10.7498/aps.56.7100
    [20] 方进勇, 黄惠军, 张治强, 张晓微, 张黎军, 张庆元, 郝文析, 黄文华, 江伟华. X波段百兆瓦级高功率微波合成器设计及实验研究. 物理学报, 2011, 60(8): 088402. doi: 10.7498/aps.60.088402
  • 引用本文:
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-23
  • 修回日期:  2014-08-26
  • 刊出日期:  2015-02-05

高功率微波土壤击穿的数值验证研究

  • 1. 成都信息工程学院电子工程学院, 成都 610225
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61201095)、四川省教育厅科研基金(批准号: 13ZB0076)和成都信息工程学院科研基金(批准号: J201202, CRF201309)资助的课题.

摘要: 高功率微波在土壤中传播时, 会引起土壤击穿电离而导致土壤电阻率的非线性变化, 土壤电阻率的变化又将反作用于传播过程, 加剧高功率微波衰减, 影响其能量传输效率. 通过对土壤动态电离过程的分析, 结合Maxwell方程组构建了高功率微波土壤传播模型, 采用时域有限差分法对该模型进行数值验证. 数值结果显示了高功率微波在土壤中传播、衰减等物理图像, 以及土壤电阻率的非线性变化过程. 理论分析验证了这些数值结果.

English Abstract

参考文献 (15)

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