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提出了一种用于高功率微波武器的等离子体通道天线(PCA),计算了该天线的辐射方向图。推导出了一般性天线的辐射方向函数;建立了PCA的近似电磁模型;给出了圆坐标系下PCA和周围空气中的电磁场,利用边界条件得出了PCA的色散方程,求出PCA的表面波波矢。重点讨论了PCA的辐射场随等离子体密度、天线长度、半径的变化,证实了PCA方向图的可控性。     

单源单极等离子体天线辐射特性实验研究

为了对等离子体天线进行更深入的研究,必须结合实验获得其真实辐射特性,为此搭建了天线辐射特性测量平台,对单源单极等离子体天线的辐射特性进行了详细的实验研究。通过测量辐射远场区接收天线感应电压数据,得出了天线的辐射方向图、主旁瓣宽度和方向系数;通过与金属天线的辐射场最大值对比,得出了天线的辐射效率;通过测量输入功率和反射功率得出了天线的输入阻抗。此项工作弥补了在等离子体天线研究中实验研究不足的问题。     

等离子体天线色散关系和辐射场数值计算

研究了电磁波沿轴向对称柱形等离子体天线传播的特性、色散关系及辐射方向图、增益等天线参数.通过对腔体材料介电系数、内外半径、等离子体密度、碰撞频率等参数的分析，结果表明要减小波沿等离子体天线传播的衰减，应当增加等离子体密度，减小碰撞频率，增加等离子体半径，减小腔体厚度，采用介电系数较小的材料.计算了在不同参数条件下，等离子体天线的辐射方向图、增益的变化，这些结果对于等离子体天线的设计很有参考价值. 关键词： 等离子体天线 色散关系 增益 辐射方向图     

等离子体天线表面电流分布与辐射特性研究

建立了表面波驱动等离子体天线装置,提出了一种等离子体天线表面电流指数分布模型,并利用该表面电流分布模型计算了天线的辐射方向图.研究结果表明,等离子体密度随轴向距离的增大呈指数衰减趋势.正常工作状态下表面波波矢虚部随等离子体密度的增大而下降,遵循与等离子体密度类似的指数衰减规律,但其实部则基本保持不变.等离子体天线的表面电流呈振幅指数衰减行波模式.利用该表面电流分布模型计算得到的辐射方向图呈现典型的8字形分布,与实验测量结果良好符合.当射频功率减小,等离子体天线辐射方向图宽化.     

柱形等离子体辐射场和阻抗的数值计算

由柱形非磁化等离子体色散关系，得到信号沿柱形等离子体传输波矢空间分布，再根据天线方程推导得到柱形等离子体在轴向密度均匀、不均匀情况下辐射方向图、辐射阻抗与增益等参数.理论计算结果与实验都证明了柱形等离子体辐射方向图随等离子体参数变化而改变，同时实验结果表明，重新得到的数值计算结果更加精确，更加符合实际测量结果，这对等离子体作为天线传输具有重要的参考价值. 关键词： 柱形等离子体 辐射阻抗 辐射方向图     

复合振子天线阵列的数值模拟

 用时域有限差分方法模拟了由复合振子天线单元组成的天线阵列的辐射特性;计算了天线从同轴线的馈电效率，给出了天线阵列的辐射场和能量方向图;比较了不同排列方式下阵列的辐射方向图。模拟结果表明：这种天线阵列具有宽带特性和较高的馈电效率，适合于超宽带电磁脉冲的辐射应用。     

带直角反射器的太赫兹等离子体-金属混合天线

为了满足可工作于太赫兹频段以及较好的方向性和高增益的需求,在等离子体天线的基础上提出了新型等离子体-金属混合八木天线,在其中将反射振子替换为夹直角反射板。根据等离子体天线及八木天线设计理论,设计了该天线的结构并初步确定了其结构参数。通过电磁仿真研究了不同天线-顶点间距情况下天线的回波损耗、增益、电压驻波比和辐射方向图,最终实现了结构参数优化。与不带反射板的天线的对比结果表明,该结构具有更高的增益与更优的前后比。     

基于等离子体的定向天线阵理论与实验研究

当前国内学者对等离子体天线的研究主要集中于柱状天线和反射面天线, 而在国外已有学者以等离子体阵列结构设计了功能多样的智能天线系统. 为了较系统地了解这一新的设计思路, 基于等离子体散射理论对中心单元激励的圆形定向天线阵进行了理论和实验研究. 设计了一个16元等离子体无源振子的圆形天线阵, 实现了天线电磁波单波束和多波束的定向辐射. 通过理论计算和分析, 阐述了天线电磁波单波束和多波束辐射的原理. 通过建立实验系统, 测试了圆形天线阵的定向辐射特性. 实验结果和理论值接近, 说明该等离子体圆形天线阵可以实现天线电磁波的定向辐射和多波束辐射. 另外, 该天线阵还具有快速切换辐射方向、参数快速重构、雷达隐身性良好的优点. 关键词： 等离子体 定向天线阵 单波束 多波束     

复合振子天线辐射特性的数值模拟

 讨论了由电单极子和磁振子组合而成的复合振子天线结构和工作原理，用时域有限差分方法模拟了天线的辐射特性，计算了天线从同轴线的馈电效率，对于单极脉冲和双极脉冲馈源，馈电效率分别为65%和81%。给出了天线的电压驻波比、辐射近场和远场、能量方向图等。模拟结果表明：在H面内辐射方向图是轴线对称的，其形状是心型；在E面内，方向图关于轴线不对称，辐射最大值方向向上偏离大约15°。这种天线具有宽带特性和较高的馈电效率，适合于超宽带电磁脉冲辐射的天线阵列的应用。     

Compton散射对激光等离子体通道天线特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和数值计算方法, 研究了激光等离子体通道天线传播和辐射特性,结果表明: 随通道周围介质损耗和传输模式阶数的增大, 传输模式TH n m衰减常数明显增大。这是因散射使通道内外电场和磁场增强, 粒子间碰撞频率增大, 电场使更多分子电离而吸收更多能量的缘故。随模式阶数增大, 电性有耗介质使相移常数明显减小。这是因散射使高阶模式可能存在被耦合电场俘获的缘故。等离子体耦合频率为0.7附近, 衰减常数随频率增大而剧烈增大。这是因散射使介质分子发生二、三阶电离, 更多电子被耦合电场急剧加速的缘故。随天线长度增加, 天线辐射方向图主瓣和副瓣数量、宽度和最大辐射方向发生明显变化, 这是因散射使天线频率增大, 辐射波长变短,粒子电离几率增大, 辐射波能量和频率成分增大的缘故。     

Compton散射对激光等离子体通道天线特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和数值计算方法,研究了激光等离子体通道天线传播和辐射特性,结果表明:随通道周围介质损耗和传输模式阶数的增大,传输模式THnm衰减常数明显增大.这是因散射使通道内外电场和磁场增强,粒子间碰撞频率增大,电场使更多分子电离而吸收更多能量的缘故.随模式阶数增大,电性有耗介质使相移常数明显减小.这是因散射使高阶模式可能存在被耦合电场俘获的缘故.等离子体耦合频率为0.7附近,衰减常数随频率增大而剧烈增大.这是因散射使介质分子发生二、三阶电离,更多电子被耦合电场急剧加速的缘故.随天线长度增加,天线辐射方向图主瓣和副瓣数量、宽度和最大辐射方向发生明显变化.这是因散射使天线频率增大,辐射波长变短,粒子电离几率增大,辐射波能量和频率成分增大的缘故.     

纳秒激光诱导空气等离子体射频辐射特性研究

开展了波长为532 nm、脉宽为8 ns的纳秒激光诱导空气等离子体射频电磁辐射特性实验研究,基于锥形天线探测空气等离子体在30-800 MHz频谱范围有较强的射频电磁辐射,是等离子体内电偶极子振荡变速运动造成的.实验结果表明:随激光能量增加,30-200 MHz范围内射频辐射强度逐渐变强,但360-600 MHz频率范围射频辐射强度逐渐变弱.等离子体射频辐射的空间分布依赖于入射激光的偏振方向,当激光偏振方向与天线放置方向一致时,该方向上空气等离子体的射频辐射强度高,谱线较丰富.射频辐射总功率随激光能量先增加后降低,采用等离子体电子密度变化对等离子体频率及等离子体衰减系数影响(制约)关系,对射频辐射总功率随激光能量的变化规律进行了解释.     

可重构等离子体角反射器天线的设计与仿真北大核心CSCD

本文设计了一款由低成本荧光管构成,工作频率为3GHz的新型可重构等离子体角反射器天线,并采用电流密度卷积时域有限差分(JEC-FDTD)算法对该新型天线的辐射特性进行了计算和分析.计算结果表明,等离子体角反射器天线能够在微秒量级内完成全向、单波束及双波束的天线波形切换,实现天线辐射特性的快速动态重构.此外,与金属天线相比,该天线还具有工作频带宽更宽,天线增益高,能更好的将辐射波束向指定方向发射等优点.因此具有广阔的应用前景.     

可重构等离子体角反射器天线的设计与仿真

本文设计了一款由低成本荧光管构成,工作频率为3GHz的新型可重构等离子体角反射器天线,并采用电流密度卷积时域有限差分(JEC-FDTD)算法对该新型天线的辐射特性进行了计算和分析.计算结果表明,等离子体角反射器天线能够在微秒量级内完成全向、单波束及双波束的天线波形切换,实现天线辐射特性的快速动态重构.此外,与金属天线相比,该天线还具有工作频带宽更宽,天线增益高,能更好的将辐射波束向指定方向发射等优点.因此具有广阔的应用前景.     

外部磁场与氩气流对等离子体天线辐射性能影响研究

本文建立了等离子体天线的二维轴对称模型,利用有限元法分析研究了低气压条件下氩气流和外部磁场对等离子体天线辐射性能的影响.本文通过改变外部磁场强度和氩气流速等条件,引起等离子体天线内部电子密度等物理参量的空间分布变化,并分析讨论空间分布变化产生的原因及其对天线辐射性能的影响.研究结果表明通过控制外部磁场强度、氩气流的大小可在一定程度上改善等离子天线的辐射性能.     

高功率超宽带脉冲辐射实验装置研制

 研制了高功率超宽带脉冲辐射实验装置。该装置主要由脉冲充电电源、超宽带脉冲产生装置、超宽带脉冲发射天线三部分组成。达到的主要指标为：脉冲电源输出电压600 kV、重复频率100 Hz；脉冲压缩输出峰值功率约10 GW、脉宽1.2 ns；在辐射天线轴上220 m处，辐射峰值电场16.1 kV/m、等效辐射功率0.42×10¹² W；辐射场E面方向图半功率宽度为8°，H面方向图半功率宽度为9°。     

2.4/4.8/7.2 GHz三频段谐波雷达天线的研究与设计

研究设计了一种应用于手持式谐波雷达的三频段单极子天线。天线采用共面波导馈电,通过在单极子天线主辐射体加载L型辐射枝节、在接近主辐射体的接地平面开三角形切口的方法,使其谐振于2.4 GHz,4.8 GHz和7.2 GHz三个频段。同时,在距离天线10 mm处加载金属挡板,使天线辐射方向性增强,并能接收多个方向反射的电磁波。所实现的天线尺寸为54 mm×53 mm×1.6 mm,在三个工作频段上的带宽分别为0.51 GHz(2.35～2.86),1.39 GHz(4.17～5.56),1.46 GHz(6.17～7.63),能够有效覆盖谐波雷达全部的工作频段;由天线的峰值增益和辐射方向图可知,天线在工作频段内增益性能和整体辐射性能良好。     

各向同性等离子体覆盖金属天线辐射增强现象

以飞行器再入大气层时面临的通信“黑障”问题为研究背景,考虑粒子动力学效应,采用温等离子体介电常数模型,理论分析了各向同性等离子体覆盖圆柱金属天线构型中角向对称电磁模式的色散特性、传播特性及辐射特性.研究结果表明:在低气压、电磁波频率w/(2π)=1 GHz参量条件下,界于金属天线表面和主等离子体层之间的鞘层厚度约为几个德拜长度;角向对称模在天线表面的传播属于快波(波的相速大于光速)辐射,且存在一个临界等离子体密度,超过此临界值电磁波变为消逝波;存在一个临界归一化鞘层厚度(ι/λ_De)_pha(或(ι/λ_De)_att),超过此临界值时,相位常数(或衰减常数)幅值开始陡升(或陡降),即波的传播特性发生显著改变;当金属天线半径为3倍等离子体趋肤深度、鞘层厚度为整个等离子体层厚度的0.1倍时,电场和功率出现“椭圆形轮廓”辐射增强现象,其可能是由等离子体频率共振和等离子体-鞘层-天线系统阻抗共振引起,这些结论为相控阵天线的高分辨率成像等问题提供了理论思路.     

Wu-King 加载偶极天线的FDTD分析

 用时域有限差分法分析了高斯脉冲激励的Wu-King加载偶极天线的特性。给出了天线周围空间瞬态场的变化情况及天线上的电流波形，这种形象化的结果为加载脉冲辐射天线的设计和改进提供了直观的物理依据。通过时域远近场变换，得到了天线脉冲辐射远场。计算并给出了描述脉冲辐射器性能的时域参数：保真度和能量方向图。     

超宽带TEM天线的数值模拟

 用数值方法研究了超宽带电磁脉冲源经同轴型传输线输出到TEM天线上的发射问题。TEM喇叭天线的前端是平行板传输线。用时域有限差分方法模拟了超宽带电磁脉冲在平行板传输线和TEM波喇叭中的传输,给出了天线的输入阻抗和电压驻波比随频率的变化关系、天线的辐射场分布以及天线辐射的能量方向图等。