Electromagnetic wave scattering by nonuniform plasma sphere

Abstract

A computational technique for obtaining the complete set of scattering coefficients for a stratified plasma sphere is presented. This technique is referred to as the scattering matrix model (SMM). The plasma model chosen for the study is cold, steady-state, nonuniform, and collisional. The nonuniform sphere is represented by number of concentric spherical shells, and each has a fixed electron density. The overall density profile follows any prescribed distribution function. The field in each layer is written in terms of appropriate potential functions weighted by unknown scattering coefficients. These coefficients are obtained using successive applications of the boundary conditions. Another method for solving the problem is used in this paper, this is the impedance boundary condition (IBC).The IBC replaces the interior sphere with an impedance surface. The results show that the SMM and the IBC give identical results as long as the application criteria of the IBC are satisfied. The IBC has been found to be faster and requires relatively simpler formulation. The effect of varying the plasma parameters on the back-scattering cross section is investigated. Resume : Nous proposons une methode de calcul pour obtenir les coefficients de diffusion d'une sphere stratifiee de plasma. Nous lui avons donne le nom de methode matricielle de diffusion, ou SMM. Dans ce modele, le plasma est froid, stationnaire, non-uniforme et collisionnel. La sphere non-uniforme y est decrite par une serie de couches concentriques, chacune avec sa densite electronique. La distribution de ces densites peut etre choisie arbitrairement. Dans chaque couche, le champ s'exprime comme un potentiel, fonction de parametres a priori inconnus. La valeur de ces parametres est determinee par l'application successive des conditions limites. Nous presentons une autre methode basee sur des conditions limites sur l'impedance ou IBC. IBC remplace une couche spherique interne par une impedance de surface. Nos resultats montrent que les deux methodes donnent des resultats identiques, a condition que les criteres s'appliquant a la methode IBC soient satisfaits. Ces resultats indiquent que la methode IBC est plus rapide et exige une formulation plus simple. Nous analysons aussi les effets de la variation des coefficients du plasma sur la section efficace de retrodiffusion. (Traduit par la redaction)