在大气层中,随着飞行器飞行速度的不断提高,飞行器会逐渐面临音障、热障、黑障等重要挑战。临近空间高超声速飞行器在再入大气的过程中,具有很高的飞行马赫数,与背景大气之间产生剧烈的摩擦,进而导致飞行器表面及其周围气体温度急剧上升。高温会导致飞行器表面变形甚至熔化,需要采用新型热防护材料来克服“热障”带来的困扰。在高温的作用下,包覆在飞行器周围的气体会发生热化学电离反应,产生一层“等离子体鞘套”。等离子体鞘套会影响电磁波信号的正常传输,干扰飞行器的通信、测控、导航过程,因此,寻找实用且有效的方法来抑制“黑障”带来的干扰具有非常重要的意义。研究电磁波在等离子体鞘套中的传播特性,是解决高超声速飞行器通信黑障问题的关键。本文计算了电磁波在等离子体鞘套中的传播特性,并利用等离子体模拟装置,测量了实验装置的电子密度分布和天线传输系数。研究了等离子鞘套不同区域对天线性能的影响,最后分析了防护材料的烧蚀效应对天线辐射性能的影响。论文的主要工作如下:1、研究了电磁波在等离子体鞘套中的传播特性。采用等效波阻抗近似方法,计算了电磁波在非均匀等离子体中的透射特性,分析了等离子体电子密度、电子碰撞频率、入射角度以及等离子体不均匀度对透射特性的影响。分别计算了钝锥等离子体鞘套和类HTV-2（Hypersonic Technology Vehicle）等离子体鞘套中的反射率和透射率,讨论了不同飞行高度和飞行速度下的等离子体鞘套对电磁波传播特性的影响。改进了等效波阻抗方法,采用一阶微分高斯脉冲作为入射波,对比了等离子体中的反射回波与入射波的变化,分析了等离子体鞘套对脉冲电磁波回波幅值、中心频率、频谱宽度的影响。最后,计算并分析了电磁波在穿过等离子体鞘套后的相位变化特性。2、测量了等离子体模拟装置的电子密度分布和传播特性。搭建了电感耦合等离子体实验测量系统,采用氩气作为电离气体,使用朗缪尔单探针测量了不同功率下等离子体发生器中的电子密度分布。使用宽带喇叭天线测量了等离子体发生器的透射率,测量的结果与理论计算得到的规律基本一致。测量了不同频段的微带天线在等离子体发生器中的传输系数,分析了实验装置不同位置、不同功率、不同氩气进气量对天线传输系数的影响。3、研究了等离子体鞘套不同区域对天线性能的影响。将钝锥飞行器等离子体鞘套流场分为驻点区、中间区和尾部区,将类HTV-2飞行器等离子体鞘套流场分为背部区和腹部区。提取不同区域的电子密度、中性分子浓度,等离子体温度等参数的分布,计算得到等离子体频率和碰撞频率,然后带入Drude色散模型。通过有限积分方法,仿真了微带天线在经过不同等离子体鞘套后回波损耗、电压驻波比和增益方向图的变化结果,比较了离子体鞘套不同区域、不同飞行高度、不同飞行速度下天线阻抗特性和辐射特性的变化。4、研究了等离子体鞘套的烧蚀效应对天线辐射特性的影响。防护材料经过烧蚀剥落产生的烧蚀颗粒会进入等离子体,生成烧蚀尘埃等离子体。本文使用射线追踪方法,计算了含有烧蚀颗粒的弱电离模型下的等离子体对天线方向图的影响,分析了不同烧蚀颗粒浓度和烧蚀颗粒半径对天线辐射特性的影响。最后分析了涂覆碳基防护材料下产生的等离子体鞘套对天线辐射方向图的影响。综上所述,本文研究的等离子体鞘套对电磁波传播特性的影响可以为高超声速飞行器的通信频段选择提供有效参考。研究等离子体鞘套不同区域对天线性能影响有助于天线的布局优化。研究烧蚀效应对天线性能的影响对飞行器防护材料的设计选择具有一定的指导意义。