探究等离子体对通讯信号特征的改变机理

【摘要】：以等离子体更改通讯信号特点出发，参考一般通讯信号特性参数，涌现出了运用等离子体更改通讯信号特点的根本思路、计算模型和计算方式。计算与分析可以说明，等离子体更改卫星通讯信号特性的机理是没有错误的的，具有明显的效果。

【关键词】：等离子体通讯信号特征改变

中图分类号：I253 文献标识码：A 文章编号：

【正文】：

由电子、离子和中性粒子构成的一种准中性气体称为等离子体。等离子体技术运用非常广泛，等离子体刻蚀、离子体焊接、等离子体镀膜等等已经应用于民用方面，等离子体天线、等离子体隐身、等离子体减阻、等离子体改变通讯信号特征等等则应用于军用方面。在此参考常用通讯信号特性参数，涌现出了运用等离子体更改通讯信号特性的大体思路、计算模式和计算方式，还对计算结果展开了分析和总结，最后得出了大体研究结论。

1 通讯信号特征概述

运载消息的光、声、电等能量的就是所谓的信号，能用数学表达式进行说明，是时间以及空间的函数。通讯则是把人们想传递信息以信号的形式从一个地方传递到另一个地方，广义的通讯是广播、遥测遥控、电视、雷达、导航、电报、电话以及传真等。现在所了解的现有通讯中，为了达到信号在空间传递过程中拥有很强的抗干扰性能，一般常常调制信号，参考不同的应用需求能采用各种各样的调制方法，比如说信号的振幅、频率和相位调制等。依据不一样的调制方法，对不一样通讯信号阐述如下。

幅度调制信号是指高频载波的振幅随调制信号瞬时值的改变而变化的信号；相位调制信号是指载波信号的相位偏移随调制信号成比例变化的调制信号；频率调制信号是指载波信号的瞬时频率随调制信号成比例变化的调制信号。

2 改变通讯信号特征的基本思路

从通讯信号特性概述中能清楚地发现，通讯信号的根本特性参数为信号的幅度、相位和频率，等离子体更改通讯信号特性的根本思路是：在通讯信号空间传输链路上出现某一特定区域的等离子体，运用等离子体与空间传输信号交互影响的基本特性，等离子体可以把经其传输的通讯信号达到全屏蔽、信号幅度衰减、信号相位更改或信号频率更改等。

3 对通讯信号特征改变的基本计算模型

从通讯信号特性能够看出，不同调制模式的通讯信号根本特征参数都是信号的幅度、频率和相位，所以，等离子体对通讯信号特性改变的根本计算模式从对这3个特征参数的改变依次来研究。

3.1 入射信号的全屏蔽

入射信号不能通过等离子体透射出去就是所谓的等离子体对入射信号的全屏蔽，是在等离子体的边界面上被完全反射。在参考到等离子体碰撞效应条件下，在一定条件下，等离子体会达到对入射信号的全屏蔽，离子体电子密度从根本上影响着等离子体角频率的大小。

3.2 入射信号幅度的衰减

一般情况下，用信号幅度代替信号能量，等离子体对入射信号幅度衰减就是说在等离子体中传播过程中的信号，因为等离子体中粒子的碰撞而吸收能量，从而出现衰减信号幅度的现象。

3.3 入射信号相位的改变

信号在等离子体中传播换句话说是等离子体对入射信号相位的改变，因为等离子体对信号的折射使传播路径发生变化，从而使入射信号相位随时间变化的变化规律发生变化。

3.4 入射信号频率的改变

在相关资料中，以不均匀等离子体波传播耦合根本理论开始，阐述了电磁波在非均匀等离子体中传递与等离子体波耦合的基本物理状况：在非均匀等离子体中，因为具有电子密度分布的不均匀性，在电磁波入射后的传递期间，一定会有电磁波与等离子体波间的不断耦合转换过程的现象，与此同时还可以激发出某种程度频率的电子声波，在一定程度上引起在其中传播电磁波频率的改变。但因为这种原理的物理过程一点也不简单，相关应用原理还需要进行深层次地研究，在此不展开深入分析。

4等离子体碰撞频率对通讯电磁波衰减的干扰

电推力器喷流中等离子体碰撞频率也是通讯电磁波衰减效应的一个重要干扰因素。等离子体的碰撞频率主要体现为电子与中性粒子的碰撞,其中电热式推力器喷流中由于中性粒子数密度较大,其等离子体碰撞频率也较大,而静电式和电磁式电推力器的喷流等离子体碰撞频率则较小。,随着等离子体碰撞频率的增大,通讯电磁波的衰减系数呈先增大后减小的趋势,当等离子体碰撞频率接近通讯电磁波频率时,衰减系数最大。产生这种现象的原因是:当等离子体碰撞频率接近电磁波频率时,碰撞发生时,等离子体中的电子动能在电磁波的激励电场作用下达到最大值,等离子体通过碰撞吸收电磁波的能量最大。衰减系数由等离子体碰撞频率呈先增大后减小的趋势,其衰减系数最大值对应的等离子体碰撞频率范围为10~20 GHz;至于C波段通讯电磁波,等离子体碰撞频率的增大则衰减系数也同样增大。

5等离子体对信号特征改变的计算和分析

5.1 一维计算模型

为简化计算，得到多状态等离子体对信号特征改变的计算结果，在此挑选了一维等离子体计算模式。均匀或非均匀等离子体都能够改变在其中传播信号的特性，但不同特性的等离子体对信号特征改变的变化规律不同，归纳如下：a）当电子密度大于信号在其中传播的临界电子密度时，入射信号将无法透过等离子体，而是被等离子体全屏蔽。如表 1 所示状态 1 和状态 4 的等离子体参数分布，工作频率小于 1.3 GHz（1.3 GHz 对应信号屏蔽电子密度为 2.1×1010cm-3）的入射信号被全屏蔽。b）当电子密度小于信号在其中传播的临界电子密度时，信号能够在等离子体中传播，入射信号经等离子体透射后信号特征改变与等离子体电子密度及其分布、尺度的变化规律如下：

1）对同一电子密度分布，等离子体尺度越大对信号特征的改变越明显：如表 1 所示状态 2（等离子体尺度分别为 10 m 和 100 m）计算结果中，透射信号幅度、相位及时域信号的改变程度不同。2）对同一尺度的等离子体，电子密度越大对信号特征的改变越明显：如表 1 所示状态 1 和状态 4，等离子体尺度均为 1 m，透射信号幅度、相位及时域信号的改变程度不同，3）最大电子密度和尺度一样时，非均匀等离子体对信号相位的改变比均匀等离子体明显：

【结语】：

对于等离子体更改通讯信号特征来建模、理论计算以及结果分析，事实说明：a）一定特性参数分布的等离子体可以达到宽频带卫星通讯信号的全部屏蔽；b）对于可以从等离子体云团出来的通讯信号，一些特性参数的等离子体可以达到宽频带卫星通讯信号特征的变化以及时域信号周期性变化等。

所以，在现实运用时，可参考信号特征参数的跳动范围和等离子体更改通讯信号特征的科技指标需求，明确运用所需等离子体的特性参数。这里需要说明的是，在此重点分析了等离子体更改信号特征变化的规律，没有牵涉到信号特征被更改后对信号接收系统的干扰原理，进一步研究此理论，将为深层次研究等离子体对通讯信号特征更改，从而为研究卫星通讯受人工等离子体干扰程度奠定了理论基础。

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