封闭空间等离子体电磁传输特性及隐身应用研究

Electromagnetic shielding using plasma generally requires relative large thickness compare to wavelength. How to reduce the plasma skin depth and lower the plasma thickness while remaking good shielding effect has become one of the key factors restricting the application of plasma stealth technique. To this end, different from the traditional large-scale assumptions while analysis the interaction between plasma and electromagnetic wave, this proposal plan to study the bounded plasma's electromagnetic transmission characteristics when the spatial size, wavelength and skin depth are in a comparable scale and to find out how these factors affect the total all transmission characteristics. Treating the enclosed cave and plasma slab as one system, the effect of electric non-uniformity and wall matching on the transmission characteristics will be modeled. Moreover, as using plasma grid to shield electromagnetic wave is another promotion method. We will also systematic study the electromagnetic transmission characteristics of plasma periodic structures with finite conductivity and spatial size. This proposal can offer theoretic and model support for bounded plasma stealth techniques，as well as plasma reflection antenna and EMC shielding.

一般认为实现等离子体电磁屏蔽需要较大的空间尺度，如何减小等离子体的趋肤深度，以较小的尺度实现屏蔽已成为制约等离子体隐身技术发展的关键因素之一。本项目以等离子体隐身天线罩应用为背景，区别于传统等离子体与电磁波相互作用研究的大尺度假设，以等离子体趋肤深度分析为核心，研究空间尺度、入射波长与趋肤深度可比拟时的有限尺度封闭空间等离子体电磁传输特性调控机理；研究封闭腔体与等离子体一体化分析方法，研究腔壁引起的电子密度非均匀性影响和界面间传输匹配问题，建立夹层等离子体隐身结构电磁传输特性参数影响模型；针对等离子体隐身应用提高电子密度和减小功耗的客观需求，系统研究以细长等离子体放电管组成的网栅结构电磁传输特性，利用有限导电周期结构加载理论建立其参数影响模型，探讨利用该结构实现遮蔽隐身的可行性。本项目旨在夯实封闭式等离子体隐身技术的理论基础，对等离子体反射面天线和电磁兼容屏蔽等方面研究也有重要参考价值。

以封闭空间等离子体隐身应用为背景，研究了有限尺度等离子体的电磁传输特性及其调控机理。对等离子体的等效电磁特性进行了分析，分别采用解析近似和全波仿真方法对有关隐身模型进行了研究，对不同分析方法的结果进行了交叉验证。研究了不同频率、入射角、极化角等电磁波照射下不同参数等离子体的反射/透射特性，总结了其变化规律。对封闭空间等离子体的主要形式放电管与电磁波的相互作用进行了深入研究，分析了由放电管周期排列组成的多种等离子体调控结构的阻带和通带特性，实验验证了利用此类结构实现遮蔽隐身的可能性。研究封闭薄层等离子体的电磁特性及其与频率选择表面（FSS）、吸波膜等组成的多层结构的反射和吸收机理，提出了基于等离子体-FSS复合结构的带通、吸波以及吸波/透波天线罩模型。对底部线圈激励和全罩双层电极激励两种感应耦合等离子体隐身天线罩模型进行了样机实验，最高实现了超过10dB的雷达散射截面减缩。对由封闭空间气态等离子体组成的二维光子晶体进行了研究，通过理论仿真和实验测量证实了其禁带和缺陷态的存在，分析了参数影响规律。本项目研究成果夯实了封闭式等离子体隐身技术的理论基础，对等离子体天线、再入目标探测以及电磁波调控等方面的研究也有重要参考价值。