等离子体天线及其阵列辐射特性的研究

摘要

等离子体，又称物质的第四态，被广泛的应用于实践生产生活中。等离子体天线因其自身的隐身特性、抗干扰能力、动态的可重构性、高速的开关特性、精巧的结构，受到了极大的关注。本文采用仿真软件研究了半波等离子体天线及其阵列的辐射特性。主要内容如下： （1）在深入理解等离子体的基本概念和性质基础上，总结了等离子体天线相关工作的国内外研究现状与趋势；介绍了电磁场与电磁波的基本数值分析方法及仿真软件。 （2）接着分析了没有磁场作用时，半波等离子体天线、八元和十六元等离子体天线阵列、半波等离子体天线和十六元等离子体天线阵列组合的天线系统的辐射特性，得到了以下结果：1)在一定条件下，相比于碰撞频率来说，等离子体频率对半波等离子体天线的辐射性能更有影响力；2）八元和十六元两种等离子体天线阵列的辐射方向可以通过改变阵列天线单元自身等离子体参数来实现；3）在半波等离子体天线和十六元等离子体天线阵列组合的天线系统中可以通过控制外围十六元等离子体天线阵列中天线单元的工作状态来实现，可以实现内层的半波等离子体天线辐射特性从全向辐射转换为定向辐射，但这种功能受到外围十六元等离子体天线阵列中天线单元的等离子体频率与内层半波等离子体频率关系的限制。 （3）建立了二维轴对称等离子体天线模型，利用仿真软件，研究磁场和氩气流对等离子体天线辐射特性的影响。仿真结果表明：有外部磁场而无氩气流作用时，外部磁场虽然能够提高等离子体的电子密度和能量，但在磁场和电场双重作用下导致阴极附近的电子密度增加大于阳极附近，等离子体电子密度空间分布曲线更加尖锐，等离子体天线的辐射范围略有增加但方向性变差。在相同的外部磁场强度条件下，加入的氩气流通过对流效应，使得等离子体电子密度的空间分布曲线越来越均衡，优化了等离子体天线的辐射性能。这表明通过控制外部磁场强度及氩气流大小可在一定程度上改善等离子天线的辐射性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 国外研究现状及趋势

1.2.2 国内研究现状及趋势

1.3 论文的主要内容

第2章 等离子体天线的物理参数及分析方法

2.1 等离子体的物理参数

2.1.1 等离子体频率

2.1.2 电子碰撞频率

2.1.3 电子回旋频率

2.1.4 等离子体的电学性质

2.3 等离子体的产生方法的介绍

2.4.1 电磁场与电磁波的主要数值分析方法介绍

2.4.2 电磁场与电磁波的主要仿真软件的介绍

2.5 本章小结

第3章 等离子体天线阵列辐射特性的研究

3.1.1 半波等离子体天线仿真模型及方程

3.1.2 半波等离子体天线仿真结果及分析

3.2.1 圆环天线阵列的理论模型

3.2.2 八元等离子体圆环阵列天线的仿真结果及分析

3.2.3 十六元等离子体圆环阵列天线的仿真结果及分析

3.3 半波等离子体天线和十六元等离子体天线阵列组合的天线系统的辐射特性分析

3.3.1 半波等离子体天线和十六元等离子体天线阵列组合的天线系统的的理论模型

3.3.2 半波等离子体天线和十六元等离子体天线阵列组合的天线系统的仿真结果及分析

3.4 本章小结

第4章 外部磁场与氩气流对等离子体天线辐射性能影响研究

4.1 理论模型的建立

4.1.1 等离子体化学反应模型

4.1.2 磁场、流场、等离子体间相互耦合作用

4.2 外部磁场对等离子体天线内部参数分布及其辐射特性的影响的研究

4.3 在相同外部磁场条件下，氩气流对等离子体天线内部物理参数分布及其辐射特性的影响研究

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢