等離子鞭天線仿真分析

1? 引言
等離子體天線是一種將等離子體作為電磁輻射導(dǎo)向媒質(zhì)的射頻天線?。傳統(tǒng)金屬天線，尤其是天線陣列，重量和體積都相對(duì)較大，設(shè)計(jì)制作不靈活，天線的尺寸與其輻射效率密切相關(guān)，自重構(gòu)性和適應(yīng)性較差。等離子密度可調(diào)，等離子體天線長(zhǎng)度可調(diào)，可以對(duì)天線性能進(jìn)行較為靈活的控制。另外，等離子體天線在沒有激發(fā)的狀態(tài)下,雷達(dá)散射截面可以忽略不計(jì)，而天線僅在通信發(fā)送或接收的短時(shí)間內(nèi)激發(fā),提高了天線的隱蔽性；
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利用改變離子密度來改變天線的瞬時(shí)帶寬,且具有大的動(dòng)態(tài)范圍；等離子體諧振、阻抗以及電子密度均可重新調(diào)整，電離氣體天線單元可以構(gòu)造并組合成一個(gè)頻率、波束寬度、功率、增益和方向性動(dòng)態(tài)可調(diào)的序列,這些性質(zhì)可廣泛的應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。因此，等離子體天線有著重要意義。金屬天線與等離子體天線的相似性。本文通過CST仿真研究等離子體天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，等離子體特性參數(shù)與天線電特性的關(guān)系，仿真結(jié)果可為設(shè)計(jì)等離子體天線提供有益的參考。
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2? 等離子天線的基本原理
等離子體是由大量的正離子與自由電子組成的集合體，宏觀上近似呈電中性，且電離離子密度頗高，其運(yùn)動(dòng)主要受電磁力強(qiáng)弱的支配，并呈現(xiàn)出顯著的群體行為。在普通的氣體中，電離度達(dá)到0.1％，就已具有較為明顯的等離子體特性。電離度達(dá)到1％時(shí)，就能達(dá)到與良導(dǎo)體類似的電導(dǎo)率。
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等離子體的產(chǎn)生方式可分為：直流放電，高頻放電和微波放電[6]。實(shí)驗(yàn)表明，只用直流偏壓就可在管內(nèi)快速地實(shí)現(xiàn)等離子體的形成和猝滅,從而實(shí)現(xiàn)天線的開關(guān)。當(dāng)?shù)入x子體猝滅、天線關(guān)閉時(shí),管內(nèi)氣體不具有傳導(dǎo)性,從而對(duì)其它天線的方向圖不會(huì)產(chǎn)生影響；當(dāng)?shù)入x子體形成天線工作時(shí),等離子體是電的良導(dǎo)體，可以用來傳遞無線電信號(hào)。
非磁化等離子體的特性參數(shù)可用如下幾個(gè)式子來表達(dá)：
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式中P—工作氣壓:?P = nkT，,k?—玻耳茲曼常數(shù)。；ω?—傳輸頻率；ωp—等離子特征頻率；ν?—等離子體碰撞頻率；ne—等離子體密度（cm-3）；fpe—等離子體頻率。由上述表達(dá)式中可看出，等離子體電特性主要由等離子體頻率fpe和等離子體碰撞頻率ν決定。
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