等离子体技术在天线隐身中的应用

利用洛沦兹模型来研究等离子体的电磁响应特性。讨论了电磁波频率、等离子体密度和电子碰撞频率对电磁波衰减特性的影响,描述了等离子体的导电性能、反射和吸收电磁波的能力。提出了三种方式实现天线的隐身设计。分别阐述了几种方式实现隐身的原理,并分析了各自的适用范围和优缺点。     

大气层外等离子体对电磁波的碰撞吸收

主要研究了大气层外等离子体隐身机理之一——等离子体对电磁波的碰撞吸收,建立了等离子体碰撞频率及其对电磁波碰撞吸收的计算模型,完成了不同电子密度和中性粒子密度下碰撞频率的计算与分析,等离子体对电磁波能量碰撞吸收效果的计算与分析,获取了等离子体对电磁波能量碰撞吸收效果随等离子体参数变化规律,给出了几点研究结论。     

高速运动等离子体包覆目标的电磁散射特性研究

高超声速飞行器在临近空间执行高空任务时会与大气剧烈摩擦促使周围空气发生电离,从而在飞行器表面激发等离子体流场,其会严重干扰飞行器与雷达之间的无线通信,同时还会给运动雷达目标的电磁散射特性造成强烈影响。本文采用Lorentz-FDTD方法研究了等离子体鞘套包覆下的高速运动目标与电磁波之间的相互作用。根据相对论原理对运动等离子体的电磁特征参数进行数值建模,基于运动等离子体的物理模型,利用Lorentz-FDTD数值方法研究运动等离子体的电磁特征参数变化对雷达目标远场散射特性的影响,计算等离子体目标在不同物体速度下对电磁波的反射系数。研究结果显示：物体的运动速度会改变等离子体的介电常数,进而影响等离子体对电磁波的吸收和散射机制;在相对论效应和等离子体色散的共同影响下,高速运动等离子鞘套包覆目标物的电磁散射特性在不同的电磁波工作频段将呈现出复杂的变化规律。     

等离子体中电磁波色散关系的PIC粒子模拟

等离子体参数的变化对在其中传播的电磁波有重要影响,文章采用周期性边界条件的二维PIC粒子模拟程序对电磁波在等离子中的传播过程进行了数值模拟,给出了电磁波在不同密度等离子体中传播的色散关系,得到了电磁波在等离子体中的传播特性。其结果,将作为进一步实现电磁波与等离子体中空间电荷波产生波-波相互作用过程模拟的基础。     

瞬变等离子体中电磁波频率漂移特性研究

推导一维瞬变磁化等离子体的时域有限差分(FDTD)递推式,并以一维金属谐振腔作为计算模型,分析了瞬变等离子体中电磁波频率漂移特性。从理论分析出发,得到了一维瞬变等离子体对电磁波作用的解析解。通过选取相同的模型和参数,将FDTD数值解与解析解进行对比,验证了所用FDTD方法的准确性,在此基础上研究了瞬变等离子体中电磁波的频率漂移规律。     

等离子体隐身的极化损耗机理

通过等离子体对电磁波的折射效应和吸收衰减实现隐身是等离子体隐身技术的基本机理，但同时，磁化等离子体还可以通过改变电磁波的极化方式造成雷达波的极化损耗。文中研究了极化雷达波在磁化等离子体中传播时的法拉第旋转、双折射等现象，分析了这些效应使雷达波产生极化损耗的机理。结果表明磁化等离子体对雷达波的极化损耗在理论上是完全成立的，其效果也相当显著。     

等离子体隐身技术分析

等离子体雷达隐身理论和技术在军事领域具有十分重要的意义,受到国内外的广泛关注和高度重视。文章介绍了等离子体及其特点,讨论了等离子体的隐身原理和对电磁波的吸收原理,分析了等离子体隐身技术的特点、发展现状,以及等离子体技术在军事等领域的发展前景。     

基于激光等离子体的反导技术研究

描述了等离子体的基本概念及激光等离子体的产生,阐述了等离子体对电磁波的反射、吸收和折射原理。提出了利用机载激光武器产生的等离子体对雷达制导武器进行干扰的设想,并对反导机理进行了分析。     

非磁化等离子体密度与目标雷达隐身的关系

对不均匀非磁化等离子体密度与目标隐身的关系进行了研究，给出了等离子体电子密度线性分布和指数分布时，雷达电磁波的频率、电子碰撞频率、等离子体密度对电磁波衰减的影响。研究发现，等离子体的自由电子密度越高，电磁波的能量衰减越快。     

空间磁化等离子体非线性受激电磁辐射进展

电磁波和磁化等离子体的非线性相互作用复杂,高功率电磁波调控电离层实验提供了研究非线性基本问题的主动方式.为构建空间磁化等离子体受激电磁辐射(stimulated electromagnetic emissions,SEEs)体系,本文首先总结了磁化等离子体中可能发生的参量不稳定性;其次,回顾了近十年国际电离层加热激发S...     

等离子体天线的原理与设计

介绍了几种等离子体天线的工作原理，详细论述了单极表面波驱动等离子体天线的阻抗、效率及噪声情况，以及高压脉冲等离子体天线中等离子的产生及激励产生电磁波的过程。     

接收天线的表面电流计算

天线是发射或接收系统中经设计用于辐射或接收电磁波的部分,用于接收状态时天线接收来波,并将其引向连接着传输线的公共馈点.表面电流分布是天线的重要参数.通过以RWG(Rao-Wilton-Glisson)边元为基础的矩量法,使用Matlab软件工具,对给定结构和入射电磁信号的接收天线进行分析计算,创建RWG边元,求解阻抗矩阵和矩量方程,得到了天线的表面电流分布,并将表面电流分布可视化.     

扫频仪测圆环天线输入阻抗值的可行性研究

用扫频仪测量天线的输入阻抗时，在同轴传输线与天线间应按平衡—不平衡变换器。针对圆环天线的输入阻抗为复阻抗，提出了一种新的四分之一波长平衡一不平衡变换器，得到了实验结果，并进行了讨论。     

无线无源声表面波传感器的天线匹配方法

针对无源无线声表面波传感器无线信号的有效传输,提出了一种无线无源声表面波传感器的天线阻抗匹配方法。该方法根据声表面波传感器的阻抗特性,可直接进行天线设计,并使天线的输入阻抗与声表面波传感器的输出阻抗共轭匹配。实践中,利用声表面波传感器的梅森(Mason)等效电路模型,及由微带传输线和分布式电容构成的匹配网络,在传感器谐振点附近频率段内,对传感器和天线进行共轭匹配及性能优化。对比共轭匹配前、后的仿真结果可知,声表面波传感器得到了最大的功率传输。     

m=0角向模表面波等离子体柱天线辐射特性

根据表面波在非磁化等离子体柱中的色散关系,理论计算得到存在电子-中性原子碰撞、径向与轴向等离子体密度非均匀分布条件下m=0角向模表面波波矢实部与虚部随信号频率、等离子体密度的变化关系.然后利用波矢的实部与虚部、等离子体柱天线表面指数分布电流模型、等离子体阻抗,推导得到等离子体柱天线的辐射方向图随信号频率、等离子体密度的变化关系;最大增益、天线辐射阻抗随信号频率的变化关系;天线径向能量辐射随等离子体密度的变化关系.理论计算结果表明等离子体柱天线辐射方向图随信号频率、等离子体密度的改变而变化非常明显,信号频率对最大增益、天线辐射阻抗的影响显著;同时,这些理论计算结果与他人实验实测结果吻合,这对于设计高精度要求的等离子体天线提供了重要的理论参考价值.     

一种人工表面等离激元的小型化毫米波天线

设计了一款基于人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasma Polariton,SSPP)的小型化高效率定向辐射天线。在介质基板表面印刷了共面波导(CPW)、波矢匹配结构和SSPP 传输线三种结构,其中波矢匹配结构与共面波导部分相结合,更好地完成阻抗匹配。此外,因人工表面等离子体激元可以将电场约束在天线表面的凹槽中,所以能使天线达到高效的定向辐射。测试结果表明:该天线工作带宽为26~32 GHz,最大增益达到10.44 dB,平均效率为94.3%,可应用于5G高频领域。     

EXOS-D (AKEBONO) very low frequency plasma wave instruments (VLF)

The Akebono (EXOS-D) satellite has been successfully observing the Earth's magnetosphere since it was launched on February 21, 1989. The objectives of VLF instruments on board the satellite were to investigate the behavior of plasma waves associated with accelerated auroral particles, wave-particle interaction mechanisms, and propagation characteristics of whistler-mode waves in the magnetosphere. The instruments measured not only the dynamic spectra of VLF waves up to 15 kHz by a wideband receiver, but also their absolute field intensities, wave normal vectors, and Poynting vectors. Two electric and three magnetic components with a bandwidth of about 50 Hz up to 12.5 kHz are sent to measure the wave normal vectors and Poynting vectors. The antenna impedance is measured to determine the correct absolute electric field intensities. The instruments have successfully measured the wave spectra, the wave normal vectors. Poynting vectors, the precise wave intensities, the antenna impedance, etc. The present paper describes the unique features of the instruments, especially the Poynting flux analyzers in more detail. Obtained scientific results are also reviewed     

Matching Condition of Direct THz-Signal Detection from On-Chip Resonating Antennas with CMOS Transistors in Non-resonant Plasma Wave Mode

This paper presents matching condition for detector at THz frequencies, which directly read signals from an integrated antenna. We use direct THz-signal detections with CMOS transistors in non-resonant plasma wave mode, which are embedded in on-chip resonating antennas. The detector detects THz envelope signals directly from the side edges of the on-chip patch antennas. The signal detection mechanism is studied in the view of the impedance conditions of the antenna and the detector. The detectors are implemented with stacked transistors structures to achieve high responsivity. The measured responsivities of the detectors with antenna impedances that were simulated to be 599.7, 912.3, 1565, and 3190.6 Ω agree well with the calculated values. Moreover, the responsivity dependence on the detector impedance is shown with two different input impedances of the detectors. Since CMOS circuit models from foundry are not accurate at frequencies higher than f _t , the matching guideline between the antenna and the detector is very useful in designing high responsivity detectors. This study found that a detector has to have a large input impedance conjugately matched to the antenna’s impedance to have high responsivity.     

基于集总电阻加载吸波器的紧耦合超宽带天线

基于集总型电阻频率选择表面吸波器,设计一款超宽带紧耦合天线阵列。在天线阵列与地板之间加入两层结构集总型电阻频率选择表面吸波器,改变天线与地板之间的传输特性,有效抑制天线短路零点出现,扩展天线带宽;同时利用天线间强耦合效应,减小天线单元结构尺寸。使用集总电阻和金属环构成的吸波器代替常规阻抗型频率选择表面结构,降低天线阵列设计与加工难度,同时可有效改善天线阻抗匹配。仿真实验表明,通过调节集总频率选择表面吸波器物理结构、加载电阻阻值和天线间耦合电容值等参数,当天线单元驻波比小于3 时,可实现带宽范围达12.6:1 (1.5～19 GHz)的超宽带性能;并在2.2～18.3 GHz 范围内具有驻波比小于2 的良好匹配性能。     

匹配网络两种设计方法的对比研究

电小天线的阻抗特性非常恶劣,与传输线匹配相当困难,如果是宽带匹配更是难上加难,同时其效率非常低。因此,找到合适的匹配网络的设计方法就很重要了。为了找到较好的设计匹配网络的方法,以某电台的单极子鞭状天线匹配网络的设计为例,通过对匹配网络的两种常见得出方法--理论计算和软件仿真进行了研究,对比分析了误差出现的原因,为匹配网络的研究方法提供了思路。