基本信息
- 项目名称：
- 方环等离子体天线系统构成及特性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究组利用矢量网络分析仪、射频信号发生器和频谱分析仪等测试仪器对自行研制的一种等离子体天线的样机——方环等离子体天线进行了阻抗特性和辐射特性的测量，并将其增益与相同规格的方环金属天线的增益进行对比，得到初步的结论。
- 详细介绍：
- 随着对等离子体研究的不断深入，等离子体天线在军事和商业方面的潜在应用价值越来越受研究者的关注，对等离子体天线进行研究的人员机构也越来越多。目前，国内对等离子体天线的研究尚处于初级阶段。绝大多数研究者对等离子体天线进行了较为详细的理论研究和数值模拟计算，但是关于等离子体天线的实验研究和天线特性测量方面的报道较少。因此，本研究组利用矢量网络分析仪、射频信号发生器和频谱分析仪等测试仪器对自行研制的一种等离子体天线的样机——方环等离子体天线进行了阻抗特性和辐射特性的测量，并将其增益与相同规格的方环金属天线的增益进行对比，得到初步的结论。其测量结果可为等离子体天线的进一步研究和工程上的研发提供一定的参考。
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撰写目的和基本思路
- 目前，我国对等离子体天线的研究还处于初级阶段。绝大多数研究者对此进行了较为详细的理论研究和数值模拟计算，但关于等离子体天线的实验研究和天线特性测量方面的报道较少。为弥补国内实验测量数据不足的遗憾，本研究组自行研制了一种方环等离子体天线，并借助相关测量仪器对其进行了阻抗、驻波比、增益及方向图的测量。分析测量结果，得到初步的结论。
科学性、先进性及独特之处
- 在辉光放电模式下的方环等离子体天线的电压驻波比在非常宽的频带下都低于2。测量的输入电阻在160MHz-350MHz都靠近50欧，而电抗在较宽的频带下接近0。而且在试验频率较低的情况下等离子体天线的增益与相同构造的金属天线接近。在200MHz下方环等离子体天线具有一定的方向性。
应用价值和现实意义
- 研究了方环等离子体天线系统的构成及特性，有助于更加深入了解等离子体天线的机制和特性，为国内在方环等离子体天线系统提供了具有参考价值的真实可靠的实验数据，为研究开发具有隐身功能的军用天线和轻便快速的民用通讯天线研究做了有益的试验性工作。
学术论文摘要
- 等离子体天线因其潜在的商业和军事应用价值而受到各国的广泛关注。本研究组自行研制一种简易正方形方环等离子体天线，并借助相关测试仪器，参照传统的金属天线的测量方法，对该方环等离子体天线进行了阻抗、驻波比、增益以及辐射特性的测量。 结果表明，在辉光放电模式下的方环等离子体天线的电压驻波比在非常宽的频带下都低于2，，增益在频率较低（﹤250MHz）时可与相同构造的金属天线相比拟，在200MHz下方环等离子体天线具有一定的方向性。
获奖情况
- 论文“方环等离子体天线的阻抗特性及辐射特性”已于2011年3月3日在中国科技论文在线刊载，对外公开发布。
鉴定结果
- 获得中国科技论文在线的论文刊载证明。
参考文献
- [1] 刘少斌,莫锦军,袁乃昌.快速产生的时变等离子体对目标隐身的研究[J],电波科学学报,2002,17(5):524-528. [2] 李学识，胡斌杰，李瀚宇 等.等离子体天线研究与应用进展[J]，现代电子技术，2010,（5）：67-69. [3] 孙乃峰,王世庆,李健 等.真空等离子体天线的基本特性研究[J],真空,2009,46(2):60-64. [4] 李圣.表面波等离子体天线物理特性的理论分析[J],南华大学学报(自然科学版),2007,21(2):37-40. [5] 梁超,丁亮,程芝峰 等.基于FDTD方法的等离子体天线参数的数值计算[J],中国科学院研究生院学报,2009,26(2):268-272. [6] 刘天胜.非磁化冷等离子体的频选特性理论及应用研究[D].上海:上海交通大学,2008. [7] 梁志伟,孙海龙,王之江 等.等离子体天线输入阻抗测量及分析[J],物理学报,2008,57(7):4292-4297.
同类课题研究水平概述
- 等离子体天线具有许多不同于传统金属天线的特性，如对天线的形状、频率、带宽、方向性及增益等的动态重构，特别是等离子体天线的快速开关特性，可以减少天线雷达散射截面，具有隐身效果，因此其具有广阔的军事应用前景。目前国外对等离子体天线的研究主要是包括天线辐射方向图、效率及噪声等电参数。 美国对等离子体天线的实用性研究工作始于1990年。美国海军实验室（NRL）开展了以X波段舰载天线、94GHz机载天线和60GHz空基天线为对象的系统研究。美国Tennessee大学先后在美国空军科学研究局（AFOSR）和海军研究局（ONR）的资助下，研究了隐身等离子体天线，主要包括等离子体辐射窗天线、低雷达截面的振子天线及其阵列的理论和相关的可行性实验验证。已成功开发出了一种采用U形放电管的等离子体天线。美国马克兰德技术公司(Markland)一直在研究气体等离子体天线技术已取得了一系列重要成果，并证明了等离子体天线与传统的金属天线相比，具有独特的优点。 澳大利亚国立大学研制成一种单级表面波驱动的等离子体隐身天线，在战场等特殊作战环境下，它具有不易被敌方雷达探测到的优点。 法国航空航天研究院研制成全隐身的等离子体雷达天线，它较常规雷达天线在性能及分辨率上有较大的提高。 2002年，我国把等离子隐身技术研究列为国家重大基础研究和国家自然科学基金重大项目的研究内容之一。大连海事大学环境工程研究所开展了用于飞行器的强电离非平衡等离子体隐身方法研究，着重研究了等离子体临界电子密度、电子等离子体频率等参数对电磁波的折射、吸收、反射的影响。电子科技大学高能电子所开展了微波等离子体应用基础研究设备的研究，已研制成多功能、多用途、计算机控制的大型微波等离子体应用与诊断设备。信息工程大学正在研究等离子体有源透镜天线。
