CN103440432A - 一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法，步骤如下：当某一频率的正弦波在自由空间中稳定传播时，向自由空间中加入一个瞬变等离子体板，并且使正弦波垂直入射到等离子体板上；利用时域有限差分方法FDTD进行数值计算，在频域内分析加入瞬变等离子体板前后反射波的频率的变化情况，并分析得出瞬变等离子体板产生的反射波具有频率漂移和新增频率点现象：反射波中幅值较大信号的频率点随着入射正弦波频率的变化，以入射正弦波频率的二分之一关系定量漂移，利用这一规律和方法获得所需频率。可应用于高频电子工程领域新增频率点。

Description

一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法
技术领域
发明属于高频电子工程领域，具体涉及到利用瞬变等离子体板对正弦波产生频率漂移和新增频率点的技术。
背景技术
等离子体是自然界中广泛存在的一种特殊复杂色散介质，具有众多独特的性质和重要的利用价值。关于非时变等离子体的研究已经取得了大量的成果，并且广泛应用于各个领域。最近几年来，国内外开始对时变等离子体的研究产生了极大的兴趣。
本发明基于FDTD方法研究了磁化和非磁化瞬变等离子体板的电磁散射特性，得到了一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法。
本发明要解决的问题是：目前，在一定频带内设计一个频率发生器成本相当高，并且难度比较大。因此，利用该方法制作变频器是一个潜在的应用方向。在实验中，当正弦波信号与瞬变等离子体板作用后，其反射波会发生频率漂移和新增频率点现象，而这种频率变化在高频电子工程领域有着巨大意义。并且当电磁波作用于周期性排列的突变等离子体板时，频率漂移现象将进一步加强。因此工程中我们可以利用这一性质，通过这种方式，能产生常规方法难以得到的频率的电磁波。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法，降低新频率点获取的成本，且易于实现。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，当正弦波在自由空间中稳定传播时，向自由空间中加入一个瞬变等离子体板，并且使正弦波垂直入射到等离子体板上；
步骤二，利用时域有限差分FDTD方法对瞬变等离子体板的电磁散射特性进行数值计算，在频域内分析加入瞬变等离子体板前后反射波的频率变化情况，并分析出正弦波产生频率漂移和新增频率点两种现象的规律；
步骤三，利用所述规律，依据所需频率，计算出入射正弦波的频率，重复步骤一即得反射波的频率为所需步骤。
所述步骤二进一步具体为：利用所述的时域有限差分FDTD方法，计算得到的不同反射波频域图的比较，分析出正弦波产生频率漂移和新增频率点现象的规律：反射波中，幅值较大信号的频率点随着入射正弦波频率的变化，以入射正弦波频率的二分之一关系定量漂移；
当正弦波信号与所述瞬变等离子体板作用后，其反射波产生了更多的新频率点；幅值较大信号的频率点还是以入射正弦波频率的二分之一关系定量漂移，且不受电子旋转频率、等离子体频率变化的影响；电子旋转频率或者等离子体频率的改变，都会不规律的影响幅值较小信号的漂移情况。
所述的瞬变等离子体板为瞬变磁化无损耗等离子体板或瞬变非磁化无损耗等离子体板。
本发明具有有益效果。通过本发明的方法，正弦波信号与瞬变等离子体板作用后，其反射波有频率漂移和新增频率点现象。反射波有关的规律中：幅值较大信号的频率点随着入射正弦波频率的变化，以入射正弦波频率的二分之一关系定量漂移。本发明利用这一规律可较易获得想要频率的电磁波。
附图说明
图1是本发明的电磁波信号整个传播过程的描述图；
图2是【算例1】频率f0＝10GHz，幅度A＝1V/m的入射正弦波与瞬变非磁化无损耗等离子体板作用后的反射波频域图，所给等离子体的回旋频率ωb＝0，等离子体碰撞频率v＝0，等离子体频率ωp＝2π×50GHz；
图3是【算例2】频率f0＝20GHz，幅度A＝1V/m的入射正弦波与瞬变非磁化无损耗等离子体板作用后的反射波频域图，所给等离子体的回旋频率ωb＝0，等离子体碰撞频率v＝0，等离子体频率ωp＝2π×50GHz；
图4是【算例3】频率f0＝10GHz，幅度A＝1V/m的入射正弦波与瞬变磁化无损耗等离子体板作用后的反射波频域图，所给等离子体的回旋频率ωb＝2π×10GHz，等离子体碰撞频率v＝0，等离子体频率ωp＝2π×50GHz.
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明：
图1是本发明的电磁波信号整个传播过程的描述图。当某一频率的正弦波在自由空间中稳定传播时，向自由空间中加入一个瞬变等离子体板，并且使电磁波垂直入射到等离子体板上。
通过【算例1】,利用FDTD算法对【算例1】中的参数进行数值计算，最后得到图2。从图2看出，当正弦波信号与瞬变非磁化无损耗等离子体板作用后，其反射波会发生频率漂移和新增频率点现象。
经过观察图2，可以得出如下反射波有关的规律：反射波中，幅值较大信号的频率点以入射正弦波频率的二分之一关系定量漂移。
通过【算例2】，利用FDTD算法对【算例2】中的参数进行数值计算，最后得到图3。经过观察图2和图3，当正弦波信号与瞬变非磁化无损耗等离子体板作用后，其反射波中幅值较大信号的频率点随着正弦波频率的变化，还是以正弦波频率的二分之一关系定量漂移；幅值较小信号的频率点随着正弦波频率的增加，会缓慢的上漂。
通过【算例3】，利用FDTD算法对【算例3】中的参数进行数值计算，最后得到图4。从图4看出，当正弦波信号与瞬变磁化无损耗等离子体板作用后，其反射波产生了更多的新频率点。
经过观察和比对图2和图4，可以得出如下反射波有关的规律：当真空中瞬间加入磁化无损耗等离子体板后，产生了更多的新频率点。（1）幅值较大信号的频率点还是以入射波频率的二分之一关系定量漂移，且不受电子旋转频率、等离子体频率变化的影响；（2）电子旋转频率或者等离子体频率的改变，都会不规律的影响幅值较小信号的漂移情况。
现通过一个例子说明如何利用该方法得到频率为20GHz的电磁波。具体过程如下：
步骤一，当入射波频率为40GHz的正弦波在自由空间中稳定传播时，向自由空间中加入一个瞬变非磁化无损耗等离子体板，所给等离子体的回旋频率ωb＝0，等离子体碰撞频率v＝0，等离子体频率ωp＝2π×50GHz，并且使正弦波垂直入射到等离子体板上；
步骤二，利用时域有限差分FDTD方法对瞬变等离子体板进行数值计算，在频域内观察加入瞬变等离子体板前后反射波的频率变化情况，即可得到频率为20GHz的电磁波。

Claims (3)

1.一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，当正弦波在自由空间中稳定传播时，向自由空间中加入一个瞬变等离子体板，并且使正弦波垂直入射到等离子体板上；
步骤二，利用时域有限差分FDTD方法对瞬变等离子体板的电磁散射特性进行数值计算，在频域内分析加入瞬变等离子体板前后反射波的频率变化情况，并分析出正弦波产生频率漂移和新增频率点两种现象的规律；
步骤三，利用所述规律，依据所需频率，计算出入射正弦波的频率，重复步骤一即得反射波的频率为所需步骤。
2.如权利要求1所述的一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法，其特征在于所述步骤二进一步具体为：利用所述的时域有限差分FDTD方法，计算得到的不同反射波频域图的比较，分析出正弦波产生频率漂移和新增频率点现象的规律：反射波中，幅值较大信号的频率点随着入射正弦波频率的变化，以入射正弦波频率的二分之一关系定量漂移；
当正弦波信号与所述瞬变等离子体板作用后，其反射波产生了更多的新频率点；幅值较大信号的频率点还是以入射正弦波频率的二分之一关系定量漂移，且不受电子旋转频率、等离子体频率变化的影响；电子旋转频率或者等离子体频率的改变，都会不规律的影响幅值较小信号的漂移情况。
3.如权利要求1或2所述的一种利用瞬变等离子体板新增频率点的方法，其特征在于：所述的瞬变等离子体板为瞬变磁化无损耗等离子体板或瞬变非磁化无损耗等离子体板。
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杨利霞等: "瞬变等离子体中电磁波频率漂移特性研究", 《电波科学学报》 *

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