等離子體天線研究與發(fā)展概況

等離子體是宇宙空間中普遍存在的一種物質(zhì)形態(tài)，是與物質(zhì)的氣態(tài)、液態(tài)、和固態(tài)三態(tài)并存的第四態(tài)(或稱等離子體態(tài))，其尺寸大于電偶極矩的單位長度。它們對電磁波的傳播有著較大的影響。在一定的條件下，等離子體能反射電磁波；在另一種條件下，它又能吸收電磁波。等離子體天線就是利用等離子體對一定頻率的電磁波呈現(xiàn)良導(dǎo)體特性而制成的。 
等離子體天線通常是在氣體柱兩端加電極使氣體電離產(chǎn)生等離子體；還可用強激光束照射氣體使氣體電離產(chǎn)生等離子體；還有一種是在氣體柱的一端加上射頻等離子體表面波激勵氣體柱產(chǎn)生等離子體[1]。 
要使等離子體對雷達電磁波有足夠的吸收，或者要制作等離子體隱身天線，產(chǎn)生的等離子體必須要有足夠大的密度、體積（或厚度），還要等離子體有足夠的持續(xù)時間和均勻性。目前產(chǎn)生等離子體最有潛力的方法有介質(zhì)阻擋放電和沿面放電；電弧放電；紫外輻射；放射性同位素照射 
 
等離子體天線技術(shù)概述 
等離子體天線是與傳統(tǒng)天線結(jié)構(gòu)有較大差異的低雷達截面天線。它利用等離子體的可開關(guān)特性實現(xiàn)天線的輻射與隱身狀態(tài)的切換；利用等離子體的磁場和激勵電極的可控性來實現(xiàn)天線掃描；根據(jù)實際需要選擇等離子體的完全屏蔽、部分傳輸和完全傳輸?shù)葼顟B(tài)，并利用其旋電、反射、吸收等特性實現(xiàn)天線雷達截面的減縮控制。 
利用等離子體的導(dǎo)電性能以及反射和吸收電磁波的能力，可以通過三種不同方式實現(xiàn)天線的隱身設(shè)計[5]： 
1）利用等離子體的導(dǎo)電性能，以充有稀薄易電離氣體的玻璃管作為天線的振子單元，在氣體被電離時用作天線，不工作時，相當于普通的玻璃管，其雷達反射面積極小； 
2）利用等離子體的反射電磁波特征,部分反射面天線可以設(shè)計成等離子體天線； 
3）利用等離子體的吸收電磁波特征,使用等離子體作為飛機雷達天線的屏障，可對天線進行很好的隱身。 
等離子體天線具有許多不同于金屬天線的優(yōu)點：首先，它具有較低的雷達截面，使天線隱形成為可能。其次不需要改變天線的物理結(jié)構(gòu)，通過改變等離子體的氣體成分和電子濃度等物理參數(shù)就可以對天線的頻率、帶寬和方向性等參數(shù)進行動態(tài)重構(gòu)[3] [4]，根據(jù)需要，還可以設(shè)計出等離子體天線陣，重量和體積都相對較小。 
另外，采用高壓脈沖等離子體天線，可以解決目前微波天線設(shè)計中的大功率問題,避免了高壓燒毀饋線和天線的情況。高壓脈沖等離子體天線的工作原理就是把爆炸產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電磁能量。 
等離子體天線的基本組成是等離子體反射器及固定饋源。其工作機理與常規(guī)的金屬天線類似。發(fā)射時從饋源來的無線電信號照射到等離子體上，并從等離子體薄層上反射出去。接收時無線電信號的傳輸路徑則相反。構(gòu)成等離子體反射器的等離子體薄層由低壓容器中兩個電極間的氣體放電產(chǎn)生。在低壓容器中，陰極與陽極分置于上、下方，陰極發(fā)射的高能電子使低壓容器內(nèi)的氣體電離，并借助磁場對等離子體薄層層厚進行有效控制。設(shè)計時根據(jù)工作頻率算出所需的電子密度。電子密度與頻率的平方成正比，工作頻率愈高，所需的等離子體電子密度也愈高。 
等離子體天線主要包括氣體等離子體天線、固體等離子體天線和液體等離子體天線。典型的氣體等離子體天線如美國Markland技術(shù)公司研制的氣體等離子體天線[6]。固體等離子體天線有光控固體等離子體漏波天線和固體等離子體天線[7] [8]。文[9]介紹了液體等離子體天線極化頻率。等離子體天線又可分為等離子體電介質(zhì)天線、等離子體喇叭天線和等離子體鏡天線。前兩者為有源輻射器，后者為無源反射器[10]。 

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