电离层调制加热产生极低频/甚低频波定向辐射的理论分析

郝书吉; 李清亮; 杨巨涛; 吴振森

doi:10.7498/aps.62.229402

摘要

通过低电离层调制加热能够产生极低频/甚低频(ELF/VLF)波. 基于调制加热理论, 并引入相控阵天线思想, 建立了通过双波束幅度调制模式(DAM)和圆形几何调制模式(CGM)产生ELF/VLF波的定向辐射模型, 并通过与实验数据的对比验证了模型的正确性. 据此模型, 采用HARRP加热阵参数, 对比分析了上述两种定向辐射模式与常规幅度调制模式(AM)之间的特性差异, 并研究了调制频率(fELF/VLF)和加热波束与垂直方向倾角(ψ)对各模式的影响. 结果表明: 相对AM模式, 通过合理设置初始相位、fELF/VLF和ψ, DAM 模式和CGM模式在实现ELF/VLF信号定向辐射的同时还可以提高其辐射强度, 相对AM模式, CGM模式信号强度最大提高约11.3 dB.

关键词:

Abstract

ELF/VLF waves are generated via amplitude-modulated heating of the lower ionosphere. Based on the modulated heating theory, the directional radiation models of dual beam amplitude modulation (DAM) and circle geometric modulation (CGM) are established by introducing the phased array ideas, which are validated by comparison with the experimental data. According to the models, differences between the above two directional radiation models and the normal amplitude modulation (AM) are analyzed with parameters of HARRP phased-array HF facility, and the influences of the modulation frequency (fELF/VLF) and elevation of the heating waves on mode are investigated as well. Compared with the AM mode, DAM and CGM can realize the directional radiation, and enhance the radiant intensity by properly setting the initial phase, the modulation frequency (fELF/VLF) and angle of inclination of the heat wave to the vertical direction. The ELF/VLF radiant intensity may be increased by 11.3 dB when replacing AM with CGM.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西安电子科技大学理学院, 西安 711071;

2.
中国电波传播研究所青岛分所, 青岛 266107

Authors and contacts

1.
Department of Physics, Xidian University, Xi’an 710071, China;

2.
China Research Institute of Radiowave Propagation, Qingdao 266107, China

参考文献

[1]	Meltz G, Perkins F W 1974 Radio Sci. 9 885
[2]	Isham B, Birkmayer W, Hagfors T 1987 J. Geophys. Res. 92 4629
[3]	Deng F, Zhao Z Y, Shi R, Zhang Y N 2009 Acta Phys. Sin. 58 7382 (in Chinese) [邓峰, 赵正予, 石润, 张援农 2009 58 7382]
[4]	Hu Y G, Zhao Z Y, Xiang W, Zhang Y N 2011 Acta Phys. Sin. 60 099402 (in Chinese) [胡耀垓, 赵正予, 项薇, 张援农 2011 60 099402]
[5]	Getmantsev G G, Zuikov N A, Kotik D S, Mironenko L F, Mityakov N A, Rapoport V O, Sazonov Y A, Trakhtengerts V Y, Eidman V Y 1974 JETP Lett. 20 101
[6]	Willis S W, Davis J R 1973 Geophys. Res. 78 5710
[7]	Li Q L, Yang J T, Yan Y B, Zhao Y J 2008 Chin. J. Radio Sci. 23 883 (in Chinese) [李清亮, 杨巨涛, 闫玉波, 赵耀军 2008 电波科学学报 23 883]
[8]	Wang F, Zhao Z Y, Chang S S, Ni B B, Gu X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 199401 (in Chinese) [汪枫, 赵正予, 常珊珊, 倪彬彬, 顾旭东 2012 61 199401]
[9]	Gu X D, Zhao Z Y, Ni B B, Wang X, Deng F 2008 Acta Phys. Sin. 57 6673 (in Chinese) [顾旭东, 赵正予, 倪彬彬, 王翔, 邓峰 2008 57 6673]
[10]	Stubbe P, Kopka H, Rietveld M T, Dowden R L 1982 J. Atmos. Terr. Phys. 44 1123
[11]	Ferraro A J, Lee H S, Allshouse R, Carrol K, Lunnen R, Collins T 1984 J. Atmos. Terr. Phys. 46 855
[12]	Barr R, Stubbe P 1991 Res. Lett. 18 1035
[13]	Papadopoulos K, Chang C L, Vitello P, Drobot A 1990 Radio Sci. 25 1311
[14]	Villasenor J, Wong A Y, Song B, Pau J, McCarrick M 1996 Radio Sci. 31 211
[15]	Milikh G M, Papadopoulos K 2007 Geophys. Res. Lett. 34 l20804
[16]	Hao S J, Li Q L, Yang J T, Wu Z S 2013 Chin. J. Radio Sci. 28 231 (in Chinese) [郝书吉, 李清亮, 杨巨涛, 吴振森 2013 电波科学学报 28 231]
[17]	Zhang X Q, Wang J H, Li Z R 2008 Chin. Phys. B 17 608
[18]	Cohen M B, Inan U S, Golkowski M A 2008 J. Geophys. Res. 35 L12101
[19]	Cohen M B 2009 Ph. D. Dissertation (Stanford: Stanford University)
[20]	Barr R, Rietveld M T, Stubbe P, Kopka H 1987 Radio Sci. 22 1076
[21]	Hansen J D, Morales G J 1992 J. Geophys. Res. 97 17019
[22]	Pashin A B, Belova E G, Lyatsky, W B 1995 Atmos. Solar-Terr. Phys. 57 245
[23]	Li K, Pan W Y 2003 Chin. J. Radio Sci. 13 265 (in Chinese) [李凯, 潘威炎 2003 电波科学学报 13 265]
[24]	Moore R C, Inan U S, Bell T F, Kennedy E J 2007 J. Geophys. Res. 112 A05309

施引文献

[1]	Meltz G, Perkins F W 1974 Radio Sci. 9 885
[2]	Isham B, Birkmayer W, Hagfors T 1987 J. Geophys. Res. 92 4629
[3]	Deng F, Zhao Z Y, Shi R, Zhang Y N 2009 Acta Phys. Sin. 58 7382 (in Chinese) [邓峰, 赵正予, 石润, 张援农 2009 58 7382]
[4]	Hu Y G, Zhao Z Y, Xiang W, Zhang Y N 2011 Acta Phys. Sin. 60 099402 (in Chinese) [胡耀垓, 赵正予, 项薇, 张援农 2011 60 099402]
[5]	Getmantsev G G, Zuikov N A, Kotik D S, Mironenko L F, Mityakov N A, Rapoport V O, Sazonov Y A, Trakhtengerts V Y, Eidman V Y 1974 JETP Lett. 20 101
[6]	Willis S W, Davis J R 1973 Geophys. Res. 78 5710
[7]	Li Q L, Yang J T, Yan Y B, Zhao Y J 2008 Chin. J. Radio Sci. 23 883 (in Chinese) [李清亮, 杨巨涛, 闫玉波, 赵耀军 2008 电波科学学报 23 883]
[8]	Wang F, Zhao Z Y, Chang S S, Ni B B, Gu X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 199401 (in Chinese) [汪枫, 赵正予, 常珊珊, 倪彬彬, 顾旭东 2012 61 199401]
[9]	Gu X D, Zhao Z Y, Ni B B, Wang X, Deng F 2008 Acta Phys. Sin. 57 6673 (in Chinese) [顾旭东, 赵正予, 倪彬彬, 王翔, 邓峰 2008 57 6673]
[10]	Stubbe P, Kopka H, Rietveld M T, Dowden R L 1982 J. Atmos. Terr. Phys. 44 1123
[11]	Ferraro A J, Lee H S, Allshouse R, Carrol K, Lunnen R, Collins T 1984 J. Atmos. Terr. Phys. 46 855
[12]	Barr R, Stubbe P 1991 Res. Lett. 18 1035
[13]	Papadopoulos K, Chang C L, Vitello P, Drobot A 1990 Radio Sci. 25 1311
[14]	Villasenor J, Wong A Y, Song B, Pau J, McCarrick M 1996 Radio Sci. 31 211
[15]	Milikh G M, Papadopoulos K 2007 Geophys. Res. Lett. 34 l20804
[16]	Hao S J, Li Q L, Yang J T, Wu Z S 2013 Chin. J. Radio Sci. 28 231 (in Chinese) [郝书吉, 李清亮, 杨巨涛, 吴振森 2013 电波科学学报 28 231]
[17]	Zhang X Q, Wang J H, Li Z R 2008 Chin. Phys. B 17 608
[18]	Cohen M B, Inan U S, Golkowski M A 2008 J. Geophys. Res. 35 L12101
[19]	Cohen M B 2009 Ph. D. Dissertation (Stanford: Stanford University)
[20]	Barr R, Rietveld M T, Stubbe P, Kopka H 1987 Radio Sci. 22 1076
[21]	Hansen J D, Morales G J 1992 J. Geophys. Res. 97 17019
[22]	Pashin A B, Belova E G, Lyatsky, W B 1995 Atmos. Solar-Terr. Phys. 57 245
[23]	Li K, Pan W Y 2003 Chin. J. Radio Sci. 13 265 (in Chinese) [李凯, 潘威炎 2003 电波科学学报 13 265]
[24]	Moore R C, Inan U S, Bell T F, Kennedy E J 2007 J. Geophys. Res. 112 A05309

[1]	张杰, 陈爱喜, 彭泽安. 基于双原子超-亚辐射态选择性驱动的空间定向关联辐射. , 2024, 73(14): 144202. doi: 10.7498/aps.73.20240521
[2]	刘昀鹏, 李义丰, 蓝君. 基于圆柱形非均匀迷宫结构的动态可调定向声辐射. , 2023, 72(6): 064301. doi: 10.7498/aps.72.20222186
[3]	苏宇航, 张炼, 陶灿, 王宁, 马平准, 钟莹, 刘海涛. 金属镜面上纳米光学天线阵列自发辐射增强与定向辐射. , 2023, 72(7): 078101. doi: 10.7498/aps.72.20222007
[4]	王瑜浩, 武保剑, 郭飚, 文峰, 邱昆. 基于非线性光纤环形镜的少模脉冲幅度调制再生器. , 2020, 69(7): 074202. doi: 10.7498/aps.69.20191858
[5]	张顺浓, 朱伟骅, 李炬赓, 金钻明, 戴晔, 张宗芝, 马国宏, 姚建铨. 铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射. , 2018, 67(19): 197202. doi: 10.7498/aps.67.20181178
[6]	刘雪璐, 吴江滨, 罗向东, 谭平恒. 半绝缘GaAs的双调制反射光谱研究. , 2017, 66(14): 147801. doi: 10.7498/aps.66.147801
[7]	杨巨涛, 李清亮, 王建国, 郝书吉, 潘威炎. 双频双波束加热电离层激发甚低频/极低频辐射理论分析. , 2017, 66(1): 019401. doi: 10.7498/aps.66.019401
[8]	刘俊岩, 宋鹏, 秦雷, 王飞, 王扬. 调制激光致硅晶圆载流子辐射扫描成像试验研究. , 2015, 64(8): 087804. doi: 10.7498/aps.64.087804
[9]	田伟, 文岐业, 陈智, 杨青慧, 荆玉兰, 张怀武. 硅基全光宽带太赫兹幅度调制器的研究. , 2015, 64(2): 028401. doi: 10.7498/aps.64.028401
[10]	刘俊岩, 秦雷, 宋鹏, 龚金龙, 王扬, A. Mandelis. 硅太阳能电池的调制载流子红外辐射动态响应与参数分析. , 2014, 63(22): 227801. doi: 10.7498/aps.63.227801
[11]	李长胜. 晶体的双参量调制及其应用. , 2014, 63(7): 074207. doi: 10.7498/aps.63.074207
[12]	王平, 王焕玉, 马宇蒨, 李新乔, 卢红, 孟祥承, 张吉龙, 王辉, 石峰, 徐岩冰, 于晓霞, 赵小芸, 吴峰. 地基人工VLF 电波对辐射带电子的调制. , 2011, 60(3): 039401. doi: 10.7498/aps.60.039401
[13]	魏琦, 程营, 刘晓峻. 点缺陷阵列对声子晶体波导定向辐射性能的影响. , 2011, 60(12): 124301. doi: 10.7498/aps.60.124301
[14]	陈霞, 王发强, 路轶群, 赵峰, 李明明, 米景隆, 梁瑞生, 刘颂豪. 运行双协议相位调制的量子密钥分发系统. , 2007, 56(11): 6434-6440. doi: 10.7498/aps.56.6434
[15]	王冠芳, 傅立斌, 赵鸿, 刘杰. 双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体系的自俘获现象及其周期调制效应. , 2005, 54(11): 5003-5013. doi: 10.7498/aps.54.5003
[16]	刘玉怀, 王胜远, 高闽光, 路轶群. 声光双稳系统中的混沌调制效应. , 1999, 48(5): 795-801. doi: 10.7498/aps.48.795
[17]	张钧, 裴文兵, 古培俊, 隋成之, 常铁强. 辐射烧蚀的自调制准定态模型. , 1996, 45(10): 1677-1687. doi: 10.7498/aps.45.1677
[18]	李芳昱, 唐孟希. 空间阵列的狭窄波束型引力辐射. , 1987, 36(12): 1570-1582. doi: 10.7498/aps.36.1570
[19]	张洪钧, 戴建华, 杨君慧, 高存秀. 双稳液晶电光调制器. , 1981, 30(6): 810-819. doi: 10.7498/aps.30.810
[20]	吕景发. 关于具有定向自旋粒子的契连科夫辐射. , 1964, 20(2): 97-103. doi: 10.7498/aps.20.97

计量

文章访问数: 7040
PDF下载量: 464
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板