等离子体通道天线的辐射场计算

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     

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。     

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。     

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。     

Theoretical study of two-element array of equilateral triangular patch microstrip antenna on ferrite substrate

The radiation characteristics of a two-element array of equilateral triangular patch microstrip antenna on a ferrite substrate are studied theoretically by considering the presence of bias magnetic field in the direction of propagation of electromagnetic waves. It is found that the natural modes of propagation in the direction of magnetic field are left- and right-circularly polarized waves and these modes have different propagation constants. In loss-less isotropic warm plasma, this array antenna geometry excites both electromagnetic (EM) and electroacoustic plasma (P) waves in addition to a nonradiating surface wave. In the absence of an external magnetic field, the EM- and P-waves can be decoupled into two independent modes, the electroacoustic mode is longitudinal while the electromagnetic mode is transverse. The far-zone EM-mode and P-mode radiation fields are derived using vector wave function techniques and pattern multiplication approaches. The results are obtained in both plasma medium and free space. Some important antenna parameters such as radiation conductance, directivity and quality factor are plotted for different values of plasma-to-source frequency.     

光电导天线太赫兹辐射峰值调控研究

针对微结构光电导天线与飞秒激光之间相互作用效应以及辐射太赫兹波调控问题进行了研究。采用德鲁德-洛伦兹理论模型获得微结构光电导天线辐射光电流密度,通过时域有限差分把光电流密度迭代在激励网格上,结合麦克斯韦方程求解时变电磁场,并通过传输线格林函数获得多层介质近场到远场的辐射太赫兹波,建立了辐射光电流与辐射阻抗、电磁共振模式之间的关系模型,模拟仿真分析了微结构S型光电导天线太赫兹波辐射调控机理。研究结果表明:微结构改变了天线等效模型的辐射阻抗;同时得知耦合系数不为零时存在耦合作用,且随着耦合系数增大共振频率峰值发生辐射增强和位移;并通过设计S型光电导天线获得辐射峰值频率调整范围为0.50~0.80 THz之间,对比工形天线辐射峰值频率由原来的0.40 T移动到0.76 T,频率调整度75%,峰值辐射效率约提高70%。该研究工作为后续高功率光导天线太赫兹波辐射的共振中心频点以及结构设计奠定重要基础。     

外加电磁窗减缓再入飞行器的通信中断

为解决再入过程中的黑障问题,在前期磁窗天线增强等离子体透波特性研究基础上,开展了外加电磁窗影响研究,磁体为钕铁硼,外加电压为100 V。利用不同飞行高度下的流场数据,对不加电磁场、外加磁场和外加正交电场与磁场影响下的流场进行数值模拟,对比不同参数设置下天线窗口处的电子密度和电磁波衰减常数,分析了再入飞行器的飞行高度、天线窗位置、电磁波频率、电子密度和碰撞频率等参数对电磁窗天线性能的影响。从分析结果可以看出,外加正交电场与磁场对于减缓再入过程中黑障的效果优于仅外加磁场,通过合理选择电磁窗的工作状态和参数可以改变等离子体的分布特性和介电参数,能够有效地增强电磁波在等离子体鞘套中的传输,为解决和减缓通信中断问题提供了一种可能的途径。     

有限磁场中激光等离子体通道天线的传播特性

 提出了一种用于辐射高功率微波的各向异性磁化等离子体通道天线（AMPCA），阐述了该天线的具体实现方法，给出了其工作原理，建立了AMPCA的电磁模型。推导了广义柱坐标系下各向异性磁化等离子体中纵向场满足的波动方程，并给出了纵向场与横向场的关系，利用边界条件导出了AMPCA传播模式的特征方程，并在极限条件下，将结果与已有文献进行对比，验证了所推导结果的正确性和有效性。数值计算了AMPCA传播模式的色散曲线。     

Numerical Simulation of Plasma Antenna with FDTD Method

We adopt cylindrical-coordinate FDTD algorithm to simulate and analyse a 0.4-m-long column configuration plasma antenna. FDTD method is useful for solving electromagnetic problems, especially when wave characteristics and plasma properties are self-consistently related to each other. Focus on the frequency from 75 MHz to 400 MHz, the input impedance and radiation efficiency of plasma antennas are computed. Numerical results show that, different from copper antenna, the chaxacteristics of plasma antenna vary simultaneously with plasma frequency and collision frequency. The property can be used to construct dynamically reconfigurable antenna. The investigation is meaningful and instructional for the optimization of plasma antenna design.     

Improved perturbation analysis of dielectric grating antenna

An imptoved pepturbation procedure is used for analyzing the radiation characteristics of the millimeter wave dielectric grating antenna. The electromagnetic fields are described in terms of a transverse transmission line network, which brings considerable physical insight into the overall behavior of the antenna. The analysis is practical and yields as highly results as the rigorous method despite the simplicity of the present procedure.     

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分析了电磁波以任意角度入射到有限磁场中的激光等离子体通道天线(LPCA)时的电磁散射特性。根据LPCA的工作原理建立了其电磁分析模型,推导出广义柱坐标系下各向异性磁化等离子体中纵向分量所满足的波动方程和纵向场与横向场的关系,得到LPCA和周围媒质中的电磁场,利用边界切向电磁场连续,得出了散射系数方程。通过计算实例,将结果与文献结果比较,吻合较好。该研究结果预期可应用于高功率微波武器系统的研究。