等离子体天线技术原理分析

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1、万方数据2013年2月第36卷第1期舰船电子对抗SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASUREFeb．2013V01．36No．1等离子体天线技术原理分析黄方意，林志丹，王超(电子工程学院，合肥230037)摘要：介绍了2类常见的等离子体天线——等离子体介质天线和等离子体反射面天线，然后分别分析了其基本工作原理，并与金属天线对比，指出了等离子体天线在雷达隐身、可重构、低互耦性方面的独特优势，最后提出了一种新型的等离子体智能天线，为等离子体天线技术的研究提供了一种新方向。关键词：等

2、离子体介质天线；等离子体反射面天线；等离子体智能天线中图分类号：TN821．1文献标识码：A文章编号：CN32—1413(2013)01—0076—04AnalysisofPlasmaAntennaTechnologyPrincipleHUANGFang—yi，LINZhi—dan，WANGChao(ElectronicEngineeringInstitute，Hefei230037，China)Abstract：Thispaperintroducestwokindsoffamiliarplasma

3、antennas：plasmamediumantennaandplasmareflectorantenna，thenrespectivelyanalyzesthebasicoperatingprincipleoftwotypesofplasmaantenna，andcomparesthemwiththemetalantenna，indicatesthespecialadvantagesofplasmaantenna：radarstealth，reconfigurabilityandlowmutual

4、coupling，proposesanewtypeofplasmaintelligenceantenna，whichprovidesanewdirectionforstudyingtheplasmaantennatech—nology．Keywords：plasmamediumantenna；plasmareflectorantenna；plasmaintelligenceantenna0引言等离子体天线是20世纪90年代中期由美国Tennessee大学物理学家TheodoreR．Anderson教

5、授提出的，当时受美国海军委托研究如何解决潜艇的水下通信问题。近年来，国内外对等离子体天线进行了较多的研究[1’8]。在国外，美国海军实验室(NRL)研究了几种等离子体天线，包括X波段的舰载天线、94GHz的机载天线和60GHz的空基天线，其主要原理是用等离子体平面作为反射面，用磁场和电极控制不同等离子体片的激发，不同等离子体片组成的平面确定了不同的扫描射束方向[9]。澳大利亚国立大学研制成一种单极表面波驱动的等离子体隐身天线。该天线的特点是：需要配置1个激励器，用射频波激发等离子体。不足之处在于射频

6、波会干扰电磁波信号呻3。1等离子体天线类型目前对等离子体天线的研究主要分为3个方向：等离子体介质天线、等离子体反射面天线和等离子体智能天线。1．1等离子体介质天线等离子体介质天线是将等离子体发生器放电管作为天线元件。通电时，管内的惰性气体电离并成为导体，可以发射和接收无线电信号。断电时，成为绝缘体，不会反射电磁波。等离子体介质天线为有源辐射器，主要应用于短波／超短波通信。图1为等离子体介质天线中的U型天线和鞭状天线。收稿日期：2012—11—15基金项目：新世纪优秀人才支持计划和安徽省红外与低温等离

7、子体实验室基金资课题，项目编号：2010A001005D万方数据第1期黄方意等：等离子体天线技术原理分析77(a)U型天线图1等离子体介质天线1．1．1等离子体介质天线的原理等离子体之所以能代替金属导体作为天线元件，是因为其物理特性中的金属性。假设其介电常数为￡，(叫)D1]，则：广，．21Er(∞)一￡o1+_—竺L弋l(1)L叫LJVf——09，Jrjr=式中：∞，=^／型，为等离子体频率；叫为工作频V77I￡O率；K为电子碰撞频率；P为电子电荷量；N为电子密度；m为电子质量；∞。和v。由等离子

8、体的气压、温度和密度等物理参数确定。对径向均匀分布的等离子体柱，沿其表面传播电磁波的波矢可表示为：e，Toll(TP·r)Ko(To·r)+TPKl(To·r)Io(T。·r)一0(2)式中：砟=k2一e囊：，镌一k2--k3；I。(·)、K。(·)分别为第一类修正和第二类修正的第九阶贝塞尔函数；e，为等离子体等效介电常数；k为等离子体中的波矢；忌。一旦为自由空间的波矢；r为等离子体柱C半径。等离子体天线必须在密度较高并且频率高于天线工作频率的条件下，才能传导和发射电