等离子体天线研究与发展概况

等离子体是宇宙空间中普遍存在的一种物质形态，是与物质的气态、液态、和固态三态并存的第四态(或称等离子体态)，其尺寸大于电偶极矩的单位长度。它们对电磁波的传播有着较大的影响。在一定的条件下，等离子体能反射电磁波；在另一种条件下，它又能吸收电磁波。等离子体天线就是利用等离子体对一定频率的电磁波呈现良导体特性而制成的。
等离子体天线通常是在气体柱两端加电极使气体电离产生等离子体；还可用强激光束照射气体使气体电离产生等离子体；还有一种是在气体柱的一端加上射频等离子体表面波激励气体柱产生等离子体[1]。
要使等离子体对雷达电磁波有足够的吸收，或者要制作等离子体隐身天线，产生的等离子体必须要有足够大的密度、体积（或厚度），还要等离子体有足够的持续时间和均匀性。目前产生等离子体最有潜力的方法有介质阻挡放电和沿面放电；电弧放电；紫外辐射；放射性同位素照射
等离子体天线技术概述
等离子体天线是与传统天线结构有较大差异的低雷达截面天线。它利用等离子体的可开关特性实现天线的辐射与隐身状态的切换；利用等离子体的磁场和激励电极的可控性来实现天线扫描；根据实际需要选择等离子体的完全屏蔽、部分传输和完全传输等状态，并利用其旋电、反射、吸收等特性实现天线雷达截面的减缩控制。
利用等离子体的导电性能以及反射和吸收电磁波的能力，可以通过三种不同方式实现天线的隐身设计[5]：
1）利用等离子体的导电性能，以充有稀薄易电离气体的玻璃管作为天线的振子单元，在气体被电离时用作天线，不工作时，相当于普通的玻璃管，其雷达反射面积极小；
2）利用等离子体的反射电磁波特征,部分反射面天线可以设计成等离子体天线；
3）利用等离子体的吸收电磁波特征,使用等离子体作为飞机雷达天线的屏障，可对天线进行很好的隐身。
等离子体天线具有许多不同于金属天线的优点：首先，它具有较低的雷达截面，使天线隐形成为可能。其次不需要改变天线的物理结构，通过改变等离子体的气体成分和电子浓度等物理参数就可以对天线的频率、带宽和方向性等参数进行动态重构[3] [4]，根据需要，还可以设计出等离子体天线阵，重量和体积都相对较小。
另外，采用高压脉冲等离子体天线，可以解决目前微波天线设计中的大功率问题,避免了高压烧毁馈线和天线的情况。高压脉冲等离子体天线的工作原理就是把爆炸产生的能量转换为电磁能量。
等离子体天线的基本组成是等离子体反射器及固定馈源。其工作机理与常规的金属天线类似。发射时从馈源来的无线电信号照射到等离子体上，并从等离子体薄层上反射出去。接收时无线电信号的传输路径则相反。构成等离子体反射器的等离子体薄层由低压容器中两个电极间的气体放电产生。在低压容器中，阴极与阳极分置于上、下方，阴极发射的高能电子使低压容器内的气体电离，并借助磁场对等离子体薄层层厚进行有效控制。设计时根据工作频率算出所需的电子密度。电子密度与频率的平方成正比，工作频率愈高，所需的等离子体电子密度也愈高。
等离子体天线主要包括气体等离子体天线、固体等离子体天线和液体等离子体天线。典型的气体等离子体天线如美国Markland技术公司研制的气体等离子体天线[6]。固体等离子体天线有光控固体等离子体漏波天线和固体等离子体天线[7] [8]。文[9]介绍了液体等离子体天线极化频率。等离子体天线又可分为等离子体电介质天线、等离子体喇叭天线和等离子体镜天线。前两者为有源辐射器，后者为无源反射器[10]。

 

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