基于等离子体的电扫描智能天线研究

论文摘要

等离子体天线是一种基于新概念的隐身天线,其在军事领域有着广泛的应用背景和巨大的发展潜力,是当前新型隐身天线的研究热点之一。它利用等离子体“高通滤波”特性来实现天线的辐射和隐身功能。本论文的研究内容,主要包括等离子体与电磁波的相互作用、等离子体天线理论及天线测试三个方面。本论文首先讨论了等离子体的基本物理量及等离子体的产生方法。同时研究了等离子体的温采尔—克劳迈斯—勃立鲁英(WKB)方法和两种处理色散介质典型的时域有限差分(FDTD)方法。利用WKB方法计算了有、无外磁场条件下不均匀等离子体对电磁波的衰减及相位变化,利用FDTD方法计算了均匀等离子体平板中的反射和透射系数。其次,运用上述算法开发了等离子体中电磁波传播特性分析软件(简称PWP软件),并利用PWP软件计算了几种不同条件下的电磁波在等离子体中的传播特性。使用该软件能够方便的计算不同条件下,电磁波在等离子体中传播的变化情况,具有简洁、直观、快速的优点。最后,重点对电扫描智能等离子体天线进行研究。分析了等离子体天线的工作原理,通过建模仿真分析了等离子体频率、等离子体碰撞频率及等离子体柱的长度对等离子体柱天线性能的影响。接着研究了电扫描智能等离子体天线,通过控制包层等离子体柱的激励功率,能实现在不改变天线物理尺寸的前提下,实现等离子体天线的快速重构。用CST软件对窗口扫描天线、等离子体八木天线、带引向器反射面天线及对称双窗口天线等四种等离子体智能天线的基本结构进行仿真计算,并分析了这四种天线的辐射特性。同时,我们制作了天线的原理样机,并对等离子体气体电离、等离子体反射面及天线原理样机进行测试,结果表明,这款天线能够提高等离子体窗口方向上的信号强度,而减小窗口反方向上的信号强度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国外研究概况与动态
• 1.3 国内研究概况与动态
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 等离子体基础及分析方法
• 2.1 等离子体的基本性质
• 2.1.1 等离子体物理参数
• 2.1.2 等离子体的产生方法
• 2.2 电磁波在等离子体中传播的WKB 方法
• 2.2.1 非磁化等离子体的WKB 方法
• 2.2.2 磁化等离子体的WKB 方法
• 2.3 时域有限差分算法
• 2.3.1 非磁化等离子体的电流密度卷积（JEC）算法
• 2.3.2 磁化等离子体的电流密度卷积（JEC）算法
• 2.3.3 非磁化等离子体的分段线性电流密度卷积（PLJERC）算法
• 2.3.4 磁化等离子体的分段线性电流密度卷积（PLJERC）算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 等离子体中电磁波传播特性分析软件
• 3.1 软件开发工具
• 3.1.1 Visual Studio2005
• 3.1.2 C#语言
• 3.2 PWP 软件概要及功能简介
• 3.2.1 软件设计目标
• 3.2.2 软件流程
• 3.2.3 软件功能简介
• 3.3 软件有效性验证
• 3.4 PWP 软件举例及验证
• 3.4.1 PWP 软件处理非磁化等离子体中波的传播特性
• 3.4.2 PWP 软件处理磁化等离子体中波的传播特性
• 3.5 本章小结
• 第四章 电扫描智能等离子体天线分析
• 4.1 等离子体天线的基本理论
• 4.1.1 天线长度的可控性
• 4.1.2 天线电导率的可控性
• 4.1.3 等离子体半波振子分析
• 4.1.4 等离子体半波振子天线互耦分析
• 4.2 电扫描智能等离子体天线分析
• 4.2.1 窗口等离子体扫描天线
• 4.2.2 电扫描等离子体八木天线
• 4.2.3 带引向器的等离子体反射面天线
• 4.2.4 对称双窗口等离子体天线
• 4.3 等离子体实验
• 4.3.1 等离子体柱天线气体电离测定
• 4.3.2 等离子体柱天线电子密度测试
• 4.3.3 等离子体反射面测试
• 4.3.4 电扫描智能等离子体天线测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文