Исследование электромагнитных полей, излучаемых электронными пучками и дипольными антеннами в магнитоактивной плазме

• Автор: Стародубцев, Михаил Викторович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГ JIAB ЛЕНИЕ

1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И
МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ
1.1. Экспериментальная установка "Ионосфера"
1.2. Экспериментальная установка ССМ
1.3. Инжекция электронного пучка в магнитоактивную плазму
1.4. Экспериментальная установка "Тонне"
1.5. Методы диагностики параметров плазмы и электромагнитных полей
1.5.1. Диагностика параметров плазмы
1.5.2. Детектирование высокочастотных полей
2. ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕКТОВ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ РАМОЧНОЙ АНТЕННЫ НА ИЗЛУЧЕНИЕ ВОЛН
СВИСТОВОГО ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА
2.1. Изменение пространственной структуры излучения под влиянием тепловой нелинейности
2.2. Влияние стрикционной нелинейности на импедансные характеристики антенны
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОДУЛИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА С МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМОЙ
3.1. Механизмы возбуждения вистлеров
3.1.1. Резонансные механизмы возбуждения вистлеров
3.1.2. Переходное излучение
3.2. Переходное излучение модулированного электронного пучка
3.2.1. Продольная инжекция пучка
3.2.1.1. Режим работы электронной пушки
3.2.1.2. Возбуждение волн свистового диапазона частот
в распадающейся плазме
3.2.1.3. Интерферометрические измерения
3.2.1.4. Частотный спектр
3.2.2. Наклонная инжекция пучка. Переходное излучение
3.2.2.1. Характеристики возбуждаемых волн
3.2.2.2. Диаграмма направленности источника
3.2.2.3. Интерферометрические измерения
3.2.2.4. Возбуждение резонансных конусов
3.3. Резонансные механизмы возбуждения вистлеров
3.3.1. Продольная инжекция пучка. Черенковское излучение
3.3.1.1. Режим работы электронной пушки
3.3.1.2. Резонансное возбуждение вистлеров
3.3.1.3. Частотный спектр
3.3.1.4. Интерферометрические измерения
3.3.2. Доплеровское излучение вистлеров спиральным модулировванным электронным пучком
3.3.2.1. Характеристики возбуждаемых волн
3.3.2.2. Фазовые скорости вистлеров
3.3.2.3. Интерферометрические измерения
3.3.2.4. Распространение волн
3.4. Релаксация модулированного электронного пучка при взаимодействии с магнитоактивной плазмой
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
С МАГНИТО АКТИВНОЙ ПЛАЗМОЙ
4.1. Механизмы возбуждения волн свистового диапазона частот
4.2. Переходное излучение
4.2.1. Характеристики переходного излучения
4.3. Кильватерная волна короткого токового импульса
4.4. Черенковское излучение
4.4.1. Частотный спектр
4.4.2. Распространение черенковского отклика в плазме
Приложение. ВЛИЯНИЕ ЗАМАГНИЧЕННОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ОБОЛОЧКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ИЗЛУЧЕНИЯ КОРОТКОЙ АНТЕННЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

В последние годы экспериментальные исследования различных излучающих систем в плазме заметно активизировались, что связано, в частности, с возросшим интересом к вопросам телекоммуникации и многочисленными космическими приложениями. К числу подобных приложений относятся, например, радиолокация верхней атмосферы, космическая радиосвязь и т.п. Так, весьма перспективные радиофизические методы активной диагностики параметров околоземной плазмы [1-4] требуют возбуждения в околоземной плазме интенсивных низкочастотных волновых полей. Высокая информативность подобных методов исследования земной ионосферы и магнитосферы приводит к поиску эффективных источников низкочастотного излучения спутникового базирования [5, 6].
Настоящая работа посвящена лабораторному исследованию электродинамических характеристик излучающих систем в магнитоактивной плазме. Лабораторное моделирование обладает рядом очевидных преимуществ по сравнению с космическими экспериментами, позволяя, в частности, подробно изучить электромагнитные поля источников в широком диапазоне параметров плазмы [7, 8]. В диссертации приведены результаты исследования волновых полей свистового диапазона частот, создаваемых элементарными дипольными антеннами и пучками заряженных частиц. В связи с техническими трудностями при разворачивании со спутников протяженных проводящих структур, подобные излучающие системы довольно широко используются в магнитосферной и ионосферной плазме [9-14].
Вследствие больших длин волн низкочастотного излучения в ионосферной и магнитосферной плазме, эффективность компактных антенных систем обычно оказывается недостаточной и задача возбуждения интенсивных волновых полей в плазме сводится к увеличению подводимой к антенне мощности; это, однако, приводит к развитию различных нелинейных эффектов, возмущающих параметры окружающей плазмы [15, 16] и, вследствие этого, существенно изменяющих электродинамические характеристики излучателя. В диссертации приведены результаты экспериментального изучения параметров антенных систем в условиях нелинейной модификации параметров среды.
Увеличение эффективности возбуждения низкочастотных волн электрически малыми антенными устройствами требует согласования излучателя с подводящим трактом, т.е. компенсации его значительного входного реактанса, что может быть осуществлено путем создания искусственных плазменных образований вокруг излучающей антенны. В диссертации представлены результаты исследования влияния плазменной оболочки с внешним магнитным полем на эффективность излучения короткой электрической антенны.
Рис.3.5 Интерферограмма переходного излучения от точки абсорбции пучка.
г(сга) г(сш)
Рис.3.6 Линии постоянной фазы (максимумы и минимумы интерферомет-рических трасс) переходного излучения вистлеров: (а) - на частоте модуляции/,„ и (Ь) - на ее второй гармонике 2/т.