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等离子体天线发展概况
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摘要
等离子体天线因为等离子体独特的物理性质，在解决天线隐身和互耦方面有难以估量的发展潜力，是当今天线技术的一大进步。世界上不少大公司都在研究和开发等离子体天线。在跟踪和分析等离子体技术发展动态的基础上，根据搜集到的信息和技术文献，综述了国内外等离子体天线技术的发展概况，并介绍了国外一些有代表性的等离子体天线专利技术。
关键词 等离子体天线 隐身 雷达
1 引 言
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)，其尺寸大小大于电偶极矩的单位长度。实际上，等离子体是由大量的正离子与自由电子组成的集合体，宏观上近似呈电中性，且电离离子密度颇高，其运动主要受电磁力强弱的支配，并呈现出显著的群体行为。在普通的气体中，即使仅有0.1％的气体被电离，这种被电离的气体已具有颇佳的等离子体特性，假若有l％的气体被电离，这样的等离子体便成了电导率很高的理想导电体。
等离子体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。当存在磁场时，等离子体中沿磁场方向传播的电磁波极化方向会产生法拉第旋转效应，从而使雷达接收到的回波极化方向与反射时不一致，造成极化失真。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。
等离子体隐身技术是指利用等离子体干扰敌方雷达探测的一种技术，它是实现雷达隐身的一种新途径，是雷达隐身技术的最新发展。该技术利用等离子体发生器或放射性同位素，以某种方式提供能量，产生出放电、激活及电离气体的介质，形成能吸收雷达电磁波或红外辐射能量的等离子体屏蔽层。经过合理的设计，等离子体的特征参数(例如能量、电离度、振荡频率及碰撞频率等)可满足特定的需求，使照射至等离子体层上的雷达波一部分被吸收，另一部分的传播方向被改变，从而使返回雷达接收机的能量很少，回波大为减弱，以达到隐身的目的。等离子体隐身技术使用简便，隐身效果佳，无需采用吸波材料，更无需改变需隐身装备的结构形状，因而可降低制造成本和维护保养费用。
产生等离子体的方法迄今有多种，如热致电离、气体放电、高能粒子轰击及激光照射等。军事上，核爆炸、放射性同位素的射线、高空超音速飞行器的激波、燃料中掺入铯、钾及钠等易电离成分的火箭及喷气式飞机的射流，皆可形成弱电离的等离子体。等离子体天线中的等离子体通常通过以下方法得到:一种方法是在气体柱两端加电极使气体电离产生等离子体，例如澳大利亚国立大学研制的电压驱动荧光棒式等离子体天线；另一种方法就是强激光束照射气体使气体电离产生等离子体；还有一种方法是通过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。考虑到这些要求，以下几种产生等离子体的方法是最有潜力的：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[2]。
2 等离子体天线技术概述
等离子体天线是一种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
这种等离子体天线，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，这对于需要进行隐身设计的飞机和舰船有重要意义。美国和澳大利亚先后设计出了这种等离子体天线。
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，这是利用了等离子体反射电磁波的能力。为降低功耗和辐射干扰，这种等离子体也须工作在低气压下。降低工作气压，降低等离子体的碰撞频率，提高电离度，可提高电子密度，从而提高适用频率。但是，在这种气体放电模式下，电子密度一般达不到1020／m3，因此这种方式的天线的上限频率约为10GHz，在使用上存在局限性。
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。这主要利用等离子体对电磁波的吸收特性。这种等离子体屏障具有很宽的电磁波吸收带宽。雷达工作时，等离子体屏障必须处于关闭状态。但实际上，机载雷达发射和接收电磁波的时间非常短，工作时间也有限，而等离子体屏障的开关速度可以非常高，因此只要在雷达发射和接收电磁波的时刻将等离子体屏障关闭，其他时间打开，再结合飞机的战术使用，便可以极大地提高飞机的隐身效果。对于侦察预警雷达，等离子体屏障相当于飞机表面的吸波材料，可将机载雷达天线屏蔽起来，隐身效果很好。这种方式不但工作气压可以很低，功率较小，而且还可以通过控制放电强度来灵活地调整隐身适用频率。
传统的天线设计大多使用一定尺寸的金属传导面在所选用的频率上辐射电磁波，而等离子体天线则选用电离气体作为振子辐射电磁波。当气体电离形成等离子体状态后就像导体一样可以导电，从而起到发射和接收无线电信号的天线作用。当除去电离状态以后，它既不对敌方探测雷达产生后向散射波，也不会吸收可降低电子对抗效能的高功率微波辐射，具有良好的隐形特性。
相对于传统的金属天线，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。
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。
另外，随着微波技术的发展，给天线系统的设计带来了很多新问题，为了得到高功率脉冲源和更宽的工作频带(10MHz10GHz)，天线辐射元件的尺寸和重量越来越大。天线辐射出的脉冲信号的功率主要由天线的输入电压决定，有时输入电压需要达到几兆伏，这样很容易直接导致天线和馈线烧毁，而且输出功率达到10MW的电源移动性能也较差。如果采用高压脉冲等离子体天线，其体积和重量都不大，移动性能好，在尺寸和重量上很容易满足要求，而且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。这种发生器产生的电压超过30KV，体积约为0.5m3，重量约300g。
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]。有关固体等离子体天线的文章有光控固体等离子体漏波天线和固体等离子体天线[7] [8]。2004年IEEE天线与传播年会论文集中收录了一篇关于液体等离子体天线的极化频率的文章[9]。
从另一角度来看，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]。
3 美国等离子体天线的研制概况
美国在等离子体天线实用方面较早的研究工作出现于1990年。美国海军实验室（NRL）从1990年至今已开展了长达15年的系统研究工作，主要研究对象是X波段的舰载天线、94GHz的机载天线和60GHz的空基天线，其主要思想是用等离子体板代替传统的导体反射面，用磁场和电极控制天线的扫描射束方向[11]。
美国Tennessee大学自二十世纪九十年代中期以来，先后在美国空军科学研究局（AFOSR）和海军研究局（ONR）的资助下，开展了隐身等离子体天线的研究工作，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研究。其机理是将等离子体放电管用作天线元件，当放电管通电时便变成导体，可发射和接收无线电信号；当断电时便成为绝缘体，基本不发射信号。
1998年，美国海军委托Tennessee大学成功的开发出了等离子体研制成一种采用U形放电管的等离子体天线，U形放电管中充满电离的惰性气体，如图1所示。天线工作时，电极通过气体放电将其中气体电离，形成等离子体。由于等离子体中含有大量的自由电子，因此可以发挥普通金属天线类似的作用，也就是说，当无线电信号通过金属电极进入管中后，可以通过促使等离子体中的自由电子振荡而产生电磁波，即可向外发送无线电信号，同样它也可以用来接收无线电信号。而不用或需要隐蔽时，只要将天线基部的金属电极关闭，其中的惰性气体马上恢复到正常状态而成为绝缘体，此时天线即成为普通介质材料，敌方雷达难以发现。最新实验结果表明，该天线在100MHz1GHz内与同一配置的金属天线效果大致相同，两者发射和接收的噪声电平相当。
美国海军最近还透露其正在研究一种可装在潜望镜上、并能快速装拆的小型等离子体天线，可将其用于接收145GHz频率范围的无线电信号。
近几年，美国马克兰德技术公司(Markland)正在研究气体等离子体天线技术，它由美国三军共同提供资金支持，由公司顶级等离子体物理学家小组领导实施。图2和图3为该公司研制的部分等离子体天线。据报道，已取得了一系列重要成果。研究成果已经表明，等离子体天线与传统的金属天线相比，具有独特的优点，主要包括：
1）隐身性：当除去电离状态后，等离子体天线将不会产生后向散射雷达波，也不会吸收可降低电子对抗效能的高功率微波辐射；
2）适应于多种信号：等离子体天线具有可动态重构的特性，如带宽、频率、增益和指向性；
3）便于远程布置：等离子体天线比常规天线设计更轻、体积更小；
4）效率更高：等离子体天线可极大降低冲击激励效应，从而提高短脉冲雷达的性能。
20世纪90年代初，美国休斯实验室进行了一项为期两年、投资65万美元的实验。该实验表明，采用等离子体技术，可使一个长13cm的微波反射器的雷达截面积在4～14GHz频率范围内平均降低20dB，即雷达获取回波的信号强度减弱至原有的1％。美国海军科学家目前还在利用离子化的等离子体研制一种对武器设计及军事战术皆颇具挑战性的雷达系统。美国海军研究所正在实施一项称为“捷变镜”(Agile Mirror)的研究计划，该计划旨在研制一种新型舰载与机载雷达，能以比现有雷达快得多的速度跟踪来袭导弹，并使舰船和飞机更为隐身。
“捷变镜”雷达在连续监视的同时，可跟踪多个目标。因其能在lns(10-9s)内重新定向，而常规雷达通常需1～10s，故该雷达可以做得很小、很轻便，而产生的功率却很大。“捷变镜”可瞬时对目标进行捕获与跟踪，从而极大地改善舰艇和战机的生存能力。
等离子体属于一种气体，可将其视为几乎无重量。等离子体分子结构内又有足够的自由电子，因而它属于一种高温电离化超导气体。“捷变镜”中使用的等离子体的超导特性尤为适用于雷达微波的反射，可像镜子一样反射雷达电磁波。此外还可在1ns内改变其结构，使镜面向一个方向传送雷达波束。这表明理论上能在1s内同时朝10亿个不同的方向发射出l0亿束波束。因而可以说，该新型系统理论上可提供全方位的覆盖。
目前“捷变镜”仍处于基本研制阶段，已利用现有模型完成了样机鉴定。假如“捷变镜”计划的雷达系统装备在战斗机上，就可大大地减轻飞机的重量，使飞机能采用性能更为先进的制导系统、航空电子设备及新型隐身材料等。
4 澳大利亚研制的等离子体天线
澳大利亚国立大学已研制成一种单极表面波驱动的等离子体隐身天线（如图4所示），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。该等离子体天线与常规天线相比，节省了大量的金属材料。其外观有点像长形日光灯管，管内密封装有惰性气体。管状外壳用耐冲击性玻璃等介质制成，它的底部装有一个金属电极。
等离子体表面波的传播类似于波在金属天线振子上的传播，因此等离子体柱像金属棒一样可以用来作为天线振子。澳大利亚国立大学已经拥有一项相应的等离子体天线专利[12]，该专利是用于信息传输的等离子体天线，天线的基本组成就是一个无电极的等离子体管和一个电源。电源产生一个有效电磁场导致管内材料离子化，从而形成一个发射／接收天线。
图4 单极表面波驱动等离子体天线结构示意图
澳大利亚一些单位还进行等离子体天线在通信、雷达系统等方面的应用研究。最近进行的实验表明，用等离子体天线发射HF和VHF信号可获得良好的效果，可预先设定辐射方向图，基带噪声亦不高。
此外，澳大利亚Canberra大学在澳洲核科学与工程研究所（AINSE）和澳洲研究委员会（ARC）的资助下也开展了等离子体天线的理论和实验研究工作。研究主要对象是频率在500MHz以下的通信天线。对等离子体天线的激励方法和辐射效率、等离子体的导电特性和噪声及其对天线辐射性能的影响进行了深入细致的理论分析和实验研究。这些研究工作展示了等离子体天线在散射控制方面良好的发展潜力[13]。
5 法国的全隐身等离子体雷达天线
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。该雷达天线用等离子体平面天线替代传统的平板式和抛物线天线。图5示出全隐身的等离子体雷达天线工作机理示意图。在一个高及直径皆为30cm的有机玻璃圆筒内充以氮气，顶部设有一个线性空心阴极，底部装有一个金属阳极，借助电容器放电便可产生出等离子体平面。
圆筒内等离子体平面的性能取决于雷达的频带，可借助线圈的磁场控制等离子体平面的厚度，约170高斯的磁场可得到厚26mm厚的等离子体平面；50高斯的磁场则可获得厚50mm的等离子体平面。此种等离子体平面反射器开辟了提高雷达天线性能并采用新颖工作机理的新途径。雷达启动10μs内便可形成等离子体平面天线，它较常规的二极管移相器式平板天线的开关速度快得多。
目前，等离子体雷达天线的最佳工作范围在815GHz，并还可扩展至更宽的频段，在分米波上可向更长波长扩展，在毫米波上则可扩展至100GHz，此时的电子密度可达到最大。
图5 全隐身等离子体雷达天线工作机理示意图
采用单基地雷达时，等离子体雷达天线的发射和接收距离约为300km。据该研究院测量人员透露，对于较短的脉冲，采用多基地雷达时，亦可采用此种等离子体平面天线，且接收器无需定向，因等离子体平面反射器皆编有电磁波发射方向的编码。
此种等离子体平面天线率先应用于反导弹防御系统的警戒与跟踪雷达。法国海军则将其用于对远程超音速反舰导弹的防御。从目前展示的等离子体隐身天线来看，其结构已相当紧凑，下一步的工作将对等离子体平面发射器在方位角和俯仰角扫描上用电子装置替代现用的磁线圈，届时天线的结构将更为紧凑，不仅可将其用于远程探测及监视飞机上，而且还可用于小型军用飞机上。
6 俄罗斯等离子体技术研究与应用概况
俄罗斯克尔德什研究中心研制成新型飞机等离子体隐身技术，该项新技术在无需改变飞机外形结构情况下，可使飞机被雷达探测到的概率降低99％以上，几乎接近于零，达到全隐身之设计目的。该技术的工作机理完全不同于美国“降低目标识别特征”的隐身技术，能确保受保护目标的隐身，而且成本低廉。新型隐身技术是在飞机周围形成一种特殊的等离子体云层，无需改变飞机等装备的外形设计，不影响飞行性能，甚至还可降低30％以上的飞行阻力。
据报道(编者注：媒体报道的可信度请读者斟酌)，1999年初，俄罗斯的克尔德什研究中心就已开发出第一代和第二代等离子体发生器，并在飞机上进行试验获得了成功。据悉，其第一代产品是等离子体发生片，其厚度为0.50.7mm将该发生片贴于飞机的强散射部位，电离空气即可产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器，在等离子体发生器中加入易电离气体，经过“脉冲电晕”，气体由高温转为低温，即可产生等离子体云层。经飞行试验证明，它不仅能减弱雷达的反射信号，还能通过改变发射信号频率实现隐身。
该研究中心目前正根据新的物理机理，研制第三代更为有效的隐身装置。据透露，第三代隐身装置可利用飞行器周围的静电能量来减少飞行器的雷达截面积。据称，可与美国F—22战斗机相抗衡的俄制“米格1.44”（亦称MF—1）战斗机采用了该新型隐身装置。现有的第一代和第二代隐身装置已被列为获准出口的俄制防御产品项目之中。
另外，俄罗斯最近推出一种采用等离子体武器拦截导弹的新方法。该法主要特点是改变飞行体的飞行状况，即利用相互交叉的强功率电磁能束或光束改变导弹的飞行环境，使飞行中的导弹偏离方向而失去战斗作用。等离子体武器是指利用装在地面的等离子体发生器和天线发射出超高频电磁能束或激光束在大气中聚焦，并形成高电离化空气云层，即等离子体云团，其密度及电离度较大气电离层高出1～10万倍。此种等离子体团可投射至目标的前方及两侧，宛如给目标来一个“电磁绊脚”，使之产生旋转力矩，偏离预定的飞行轨道，并在巨大的超重压差及惯性的影响下自行毁坏，整个拦截过程仅需1／10s的时间。
据报道，俄罗斯已研制成试验型等离子体武器，它由超高频电磁波发生器、定向天线、强功率电源及控制系统组成，采用集装箱式模块结构。该套试验装置曾成功击落了炮弹。据透露，实用化的等离子体武器将由上述各系统模块组成，各模块皆能振荡输出以光速传播的超强功率（数十亿瓦）微波束。探测目标的雷达系统与产生等离子体云团的电磁波束发射系统合二为一，它集搜索、探测及打击目标等功能于一体，无需耗费时间去识别目标的真假或测定目标的方位，仅需探测出目标便可将其击落。等离子体武器将极大地提高俄罗斯现有的莫斯科反导防御系统的作战效能。
7 国内研制概况
我国也开始了等离子体探索性研究工作。2002年，我国把等离子体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[14]，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。采用了强电场电离放电方法，在放电间隙内产生高密度、高能量的电子，它足以电离氮、氧等气体，在飞行器表面形成具有一定梯度的高密度等离子体层，能够吸收、折射电磁波，衰减雷达散射面积达千余倍。该等离子体器件是一个很薄的组合件，仅有百余克重，可贴附在电磁波强散射部位和进气道壁上。此方法具有吸收频带宽、吸收率高等特点，有望成为机载微型等离子体产生器件。
电子科技大学高能电子所在国家自然科学基金资助下，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。适用于非平衡等离子体的复合诊断，未开展微波等离子体的生成机理，微波等离子体与物质相互作用机理的深入研究等提供了极为重要的手段[15]。
利用开放式谐振腔理论，结合实际应用的需要，对微波等离子体系统中开放式微波反应腔进行了研究[16]，计算和分析了等离子体密度和等离子体碰撞频率对腔中微波场幅值、相位和反射系数的影响。数值计算结果表明，在一定的等离子体密度下，随着等离子体碰撞频率的提高，等离子体对微波场的吸收增大，此种开放式的结构可有效地在腔中形成有利于微波等离子体产生的驻波场。
信息工程大学在国家863计划项目资助下，正在研究等离子体有源透镜天线[17]。所谓等离子体有源天线，是基于大气击穿理论，利用多波束合成技术，控制地面HPM阵列在空间形成特定结构形状的大气电离云，使其具有许多类似天线的特性和功能。
等离子体有源透镜天线的工作原理是利用足够高的HPM 泵波能与大气的非线性作用，在开放大气环境中的特定区域聚焦，使聚焦区域大气受激发产生高强度的电离反应，并形成相对稳定的具有特定结构和形状的等离子体，构成透镜天线。
在大气电离云成形的过程中，高功率微波能是产生和维持稳定电离云的能量来源，而大气中的自由电子在电离云成形过程中扮演着催化剂的功能，在电离云稳定成形后则起着换能器的作用，即将泵波能转换成被聚束微波能，所以称之为有源天线。
研究者提出了一种以HPM为能源的等离子体有源透镜天线，探讨了其工作特性及其应用。它根据需要可以聚束HPM工作波，也可以将外来入侵HPM波聚束后发送回原处。另外，实际上它也可形成空间有源滤波等器件。这种天线与传统的有源天线相比具有的重大差别有：它强烈地依赖于泵波HPM泵源；由于处于空间，且成形装置无须移动，天线的大小和形状一般不受限制；成形快、存在时间短、机动性强；形成大型高增益面天线更为方便。
从现有的公开资料来看，等离子体天线技术已引起国内电子对抗、飞行器隐身、雷达和天线设计等行业专家的广泛关注，重点在等离子体天线的隐身应用方面。以介绍国外等离子体天线技术的理论与实验研究、跟踪国外发展与应用状况和可行性分析方面的较多。
8 国外等离子体天线专利技术
从上述的发展概况可以看出，世界上不少大公司都在研究和开发等离子体天线，有的已进入实用阶段，申请了专利。这里介绍一些具有代表性的等离子体天线专利，括号内为专利拥有者：
•多管等离子体天线[4]（美国海军管理局）。这是一种宽频带、结构紧凑的高频或超高频通信用等离子体天线。利用离子化气体或者等离子体传播高频或超高频电磁信号，向电极加压使气体离子化，等离子体被制约在非金属压力容器内的非金属同轴管内，用电场梯度改变等离子体的形状和密度，从而影响天线的增益和方向性。等离子体内管用作辐射源，外管用于改变内管的辐射并反射辐射的信号，用仪器测量等离子体的密度，提供测量入射信号的方法并调节辐射频率；
•利用反向光子束产生电流的等离子体天线（美国海军管理局）。一种带等离子体柱的等离子体天线，可用于低频和超低频通信。激光器以交替、反向方式发射激光束穿过等离子体。当激光器被启动时，其激光束产生光电碰撞，将动能传递给等离子体中的电子。激光器交替工作在等离子体中产生交替电流，由此辐射电磁场；
•采用等离子体反射器的驻波等离子体天线（美国海军管理局）。该发明适用于水下宽频通信。电离器在一个沿垂直轴伸长的等离子体柱中产生离子化波束，调制信号被施加到一个光电晶体上用于调制离子化波束，变化的结果是形成等离子体梯度，使离子和电子在一个垂直通道内振荡，从而形成含调制频率的振荡电流。这些电流产生一个幅度、相位和频率经过调制的电磁场从等离子体柱中辐射出去；
•可重构的等离子体天线（美国ASI技术公司）[3]。该发明是一种完全可重构的等离子体天线，包含实现等离子体天线和重构等离子体天线辐射方向图的方法。该天线的主要组成是：一个封闭室；封闭室内包含一个可产生等离子体的装置；至少有三个与该装置连接的激发点用于产生电磁波；耦合到三个激发点上的一个能源在封闭室内至少产生一条等离子体传导通路。改进后的机构可用于重构传导路径；
•等离子体控制的天线（美国Raytheon公司）。是一种改进型等离子体控制的毫米波或微波扫描天线。一个电子等离子区和通路被光照到一个光导晶片上。利用等离子体的特殊分布和镜片后的一个反射面就可在低光强度下形成天线，在选择的毫米波/微波上施加了180°相移；
•固体等离子体天线（英国人Harper，R.E.申请的美国专利）。这是一种高频通信用（例如1GHz）的固体电控天线。在一块半导体材料片上产生局部等离子体区域就形成一个固体电控天线。在这一等离子体区域可以射入载波，或者产生载波。该专利还介绍了所用半导体材料片（硅晶片）的制作方法；
•等离子体天线（澳大利亚国立大学）。该发明为一种表面波驱动的等离子体隐身天线。前文已作介绍。
另外，美国Malibu研究所申请了一种等离子体相控阵电子扫描天线。Waveband技术公司申请了采用等离子体栅的天线。
9 结 束 语
等离子体的神奇功能，尤其是它显而易见的军事应用潜力实际上很早就受到了世界军事强国的关注，有权威人士称，军事领域下一个高技术制高点就是等离子体技术。
等离子体天线是对传统天线结构的更新，它拓展了等离子体的科学吸引力和工程应用能力，并且因为等离子体独特的物理性质，在解决天线互耦和隐身方面具有难以估量的发展潜力，是当今天线技术的一大进步，终将体现出其顽强的生命力。
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编者简介 寇艳玲 女，陕西泾阳人，工程师。主要从事天线技术文献检索与情报研究。
刘志勇 男，山西大同人，工程师。主要从事科研项目管理。
等离子体天线因为等离子体独特的物理性质，在解决天线隐身和互耦方面有难以估量的发展潜力，是当今天线技术的一大进步。世界上不少大公司都在研究和开发等离子体天线。在跟踪和分析等离子体技术发展动态的基础上，根据搜集到的信息和技术文献，综述了国内外等离子体天线技术的发展概况，并介绍了国外一些有代表性的等离子体天线专利技术。
关键词 等离子体天线 隐身 雷达
1 引 言
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)，其尺寸大小大于电偶极矩的单位长度。实际上，等离子体是由大量的正离子与自由电子组成的集合体，宏观上近似呈电中性，且电离离子密度颇高，其运动主要受电磁力强弱的支配，并呈现出显著的群体行为。在普通的气体中，即使仅有0.1％的气体被电离，这种被电离的气体已具有颇佳的等离子体特性，假若有l％的气体被电离，这样的等离子体便成了电导率很高的理想导电体。
等离子体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。当存在磁场时，等离子体中沿磁场方向传播的电磁波极化方向会产生法拉第旋转效应，从而使雷达接收到的回波极化方向与反射时不一致，造成极化失真。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。
等离子体隐身技术是指利用等离子体干扰敌方雷达探测的一种技术，它是实现雷达隐身的一种新途径，是雷达隐身技术的最新发展。该技术利用等离子体发生器或放射性同位素，以某种方式提供能量，产生出放电、激活及电离气体的介质，形成能吸收雷达电磁波或红外辐射能量的等离子体屏蔽层。经过合理的设计，等离子体的特征参数(例如能量、电离度、振荡频率及碰撞频率等)可满足特定的需求，使照射至等离子体层上的雷达波一部分被吸收，另一部分的传播方向被改变，从而使返回雷达接收机的能量很少，回波大为减弱，以达到隐身的目的。等离子体隐身技术使用简便，隐身效果佳，无需采用吸波材料，更无需改变需隐身装备的结构形状，因而可降低制造成本和维护保养费用。
产生等离子体的方法迄今有多种，如热致电离、气体放电、高能粒子轰击及激光照射等。军事上，核爆炸、放射性同位素的射线、高空超音速飞行器的激波、燃料中掺入铯、钾及钠等易电离成分的火箭及喷气式飞机的射流，皆可形成弱电离的等离子体。等离子体天线中的等离子体通常通过以下方法得到:一种方法是在气体柱两端加电极使气体电离产生等离子体，例如澳大利亚国立大学研制的电压驱动荧光棒式等离子体天线；另一种方法就是强激光束照射气体使气体电离产生等离子体；还有一种方法是通过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。考虑到这些要求，以下几种产生等离子体的方法是最有潜力的：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[2]。
2 等离子体天线技术概述
等离子体天线是一种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
这种等离子体天线，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，这对于需要进行隐身设计的飞机和舰船有重要意义。美国和澳大利亚先后设计出了这种等离子体天线。
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，这是利用了等离子体反射电磁波的能力。为降低功耗和辐射干扰，这种等离子体也须工作在低气压下。降低工作气压，降低等离子体的碰撞频率，提高电离度，可提高电子密度，从而提高适用频率。但是，在这种气体放电模式下，电子密度一般达不到1020／m3，因此这种方式的天线的上限频率约为10GHz，在使用上存在局限性。
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。这主要利用等离子体对电磁波的吸收特性。这种等离子体屏障具有很宽的电磁波吸收带宽。雷达工作时，等离子体屏障必须处于关闭状态。但实际上，机载雷达发射和接收电磁波的时间非常短，工作时间也有限，而等离子体屏障的开关速度可以非常高，因此只要在雷达发射和接收电磁波的时刻将等离子体屏障关闭，其他时间打开，再结合飞机的战术使用，便可以极大地提高飞机的隐身效果。对于侦察预警雷达，等离子体屏障相当于飞机表面的吸波材料，可将机载雷达天线屏蔽起来，隐身效果很好。这种方式不但工作气压可以很低，功率较小，而且还可以通过控制放电强度来灵活地调整隐身适用频率。
传统的天线设计大多使用一定尺寸的金属传导面在所选用的频率上辐射电磁波，而等离子体天线则选用电离气体作为振子辐射电磁波。当气体电离形成等离子体状态后就像导体一样可以导电，从而起到发射和接收无线电信号的天线作用。当除去电离状态以后，它既不对敌方探测雷达产生后向散射波，也不会吸收可降低电子对抗效能的高功率微波辐射，具有良好的隐形特性。
相对于传统的金属天线，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。
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。
另外，随着微波技术的发展，给天线系统的设计带来了很多新问题，为了得到高功率脉冲源和更宽的工作频带(10MHz10GHz)，天线辐射元件的尺寸和重量越来越大。天线辐射出的脉冲信号的功率主要由天线的输入电压决定，有时输入电压需要达到几兆伏，这样很容易直接导致天线和馈线烧毁，而且输出功率达到10MW的电源移动性能也较差。如果采用高压脉冲等离子体天线，其体积和重量都不大，移动性能好，在尺寸和重量上很容易满足要求，而且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。这种发生器产生的电压超过30KV，体积约为0.5m3，重量约300g。
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]。有关固体等离子体天线的文章有光控固体等离子体漏波天线和固体等离子体天线[7] [8]。2004年IEEE天线与传播年会论文集中收录了一篇关于液体等离子体天线的极化频率的文章[9]。
从另一角度来看，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]。
3 美国等离子体天线的研制概况
美国在等离子体天线实用方面较早的研究工作出现于1990年。美国海军实验室（NRL）从1990年至今已开展了长达15年的系统研究工作，主要研究对象是X波段的舰载天线、94GHz的机载天线和60GHz的空基天线，其主要思想是用等离子体板代替传统的导体反射面，用磁场和电极控制天线的扫描射束方向[11]。
美国Tennessee大学自二十世纪九十年代中期以来，先后在美国空军科学研究局（AFOSR）和海军研究局（ONR）的资助下，开展了隐身等离子体天线的研究工作，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研究。其机理是将等离子体放电管用作天线元件，当放电管通电时便变成导体，可发射和接收无线电信号；当断电时便成为绝缘体，基本不发射信号。
1998年，美国海军委托Tennessee大学成功的开发出了等离子体研制成一种采用U形放电管的等离子体天线，U形放电管中充满电离的惰性气体，如图1所示。天线工作时，电极通过气体放电将其中气体电离，形成等离子体。由于等离子体中含有大量的自由电子，因此可以发挥普通金属天线类似的作用，也就是说，当无线电信号通过金属电极进入管中后，可以通过促使等离子体中的自由电子振荡而产生电磁波，即可向外发送无线电信号，同样它也可以用来接收无线电信号。而不用或需要隐蔽时，只要将天线基部的金属电极关闭，其中的惰性气体马上恢复到正常状态而成为绝缘体，此时天线即成为普通介质材料，敌方雷达难以发现。最新实验结果表明，该天线在100MHz1GHz内与同一配置的金属天线效果大致相同，两者发射和接收的噪声电平相当。
美国海军最近还透露其正在研究一种可装在潜望镜上、并能快速装拆的小型等离子体天线，可将其用于接收145GHz频率范围的无线电信号。
近几年，美国马克兰德技术公司(Markland)正在研究气体等离子体天线技术，它由美国三军共同提供资金支持，由公司顶级等离子体物理学家小组领导实施。图2和图3为该公司研制的部分等离子体天线。据报道，已取得了一系列重要成果。研究成果已经表明，等离子体天线与传统的金属天线相比，具有独特的优点，主要包括：
1）隐身性：当除去电离状态后，等离子体天线将不会产生后向散射雷达波，也不会吸收可降低电子对抗效能的高功率微波辐射；
2）适应于多种信号：等离子体天线具有可动态重构的特性，如带宽、频率、增益和指向性；
3）便于远程布置：等离子体天线比常规天线设计更轻、体积更小；
4）效率更高：等离子体天线可极大降低冲击激励效应，从而提高短脉冲雷达的性能。
20世纪90年代初，美国休斯实验室进行了一项为期两年、投资65万美元的实验。该实验表明，采用等离子体技术，可使一个长13cm的微波反射器的雷达截面积在4～14GHz频率范围内平均降低20dB，即雷达获取回波的信号强度减弱至原有的1％。美国海军科学家目前还在利用离子化的等离子体研制一种对武器设计及军事战术皆颇具挑战性的雷达系统。美国海军研究所正在实施一项称为“捷变镜”(Agile Mirror)的研究计划，该计划旨在研制一种新型舰载与机载雷达，能以比现有雷达快得多的速度跟踪来袭导弹，并使舰船和飞机更为隐身。
“捷变镜”雷达在连续监视的同时，可跟踪多个目标。因其能在lns(10-9s)内重新定向，而常规雷达通常需1～10s，故该雷达可以做得很小、很轻便，而产生的功率却很大。“捷变镜”可瞬时对目标进行捕获与跟踪，从而极大地改善舰艇和战机的生存能力。
等离子体属于一种气体，可将其视为几乎无重量。等离子体分子结构内又有足够的自由电子，因而它属于一种高温电离化超导气体。“捷变镜”中使用的等离子体的超导特性尤为适用于雷达微波的反射，可像镜子一样反射雷达电磁波。此外还可在1ns内改变其结构，使镜面向一个方向传送雷达波束。这表明理论上能在1s内同时朝10亿个不同的方向发射出l0亿束波束。因而可以说，该新型系统理论上可提供全方位的覆盖。
目前“捷变镜”仍处于基本研制阶段，已利用现有模型完成了样机鉴定。假如“捷变镜”计划的雷达系统装备在战斗机上，就可大大地减轻飞机的重量，使飞机能采用性能更为先进的制导系统、航空电子设备及新型隐身材料等。
4 澳大利亚研制的等离子体天线
澳大利亚国立大学已研制成一种单极表面波驱动的等离子体隐身天线（如图4所示），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。该等离子体天线与常规天线相比，节省了大量的金属材料。其外观有点像长形日光灯管，管内密封装有惰性气体。管状外壳用耐冲击性玻璃等介质制成，它的底部装有一个金属电极。
等离子体表面波的传播类似于波在金属天线振子上的传播，因此等离子体柱像金属棒一样可以用来作为天线振子。澳大利亚国立大学已经拥有一项相应的等离子体天线专利[12]，该专利是用于信息传输的等离子体天线，天线的基本组成就是一个无电极的等离子体管和一个电源。电源产生一个有效电磁场导致管内材料离子化，从而形成一个发射／接收天线。
图4 单极表面波驱动等离子体天线结构示意图
澳大利亚一些单位还进行等离子体天线在通信、雷达系统等方面的应用研究。最近进行的实验表明，用等离子体天线发射HF和VHF信号可获得良好的效果，可预先设定辐射方向图，基带噪声亦不高。
此外，澳大利亚Canberra大学在澳洲核科学与工程研究所（AINSE）和澳洲研究委员会（ARC）的资助下也开展了等离子体天线的理论和实验研究工作。研究主要对象是频率在500MHz以下的通信天线。对等离子体天线的激励方法和辐射效率、等离子体的导电特性和噪声及其对天线辐射性能的影响进行了深入细致的理论分析和实验研究。这些研究工作展示了等离子体天线在散射控制方面良好的发展潜力[13]。
5 法国的全隐身等离子体雷达天线
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。该雷达天线用等离子体平面天线替代传统的平板式和抛物线天线。图5示出全隐身的等离子体雷达天线工作机理示意图。在一个高及直径皆为30cm的有机玻璃圆筒内充以氮气，顶部设有一个线性空心阴极，底部装有一个金属阳极，借助电容器放电便可产生出等离子体平面。
圆筒内等离子体平面的性能取决于雷达的频带，可借助线圈的磁场控制等离子体平面的厚度，约170高斯的磁场可得到厚26mm厚的等离子体平面；50高斯的磁场则可获得厚50mm的等离子体平面。此种等离子体平面反射器开辟了提高雷达天线性能并采用新颖工作机理的新途径。雷达启动10μs内便可形成等离子体平面天线，它较常规的二极管移相器式平板天线的开关速度快得多。
目前，等离子体雷达天线的最佳工作范围在815GHz，并还可扩展至更宽的频段，在分米波上可向更长波长扩展，在毫米波上则可扩展至100GHz，此时的电子密度可达到最大。
图5 全隐身等离子体雷达天线工作机理示意图
采用单基地雷达时，等离子体雷达天线的发射和接收距离约为300km。据该研究院测量人员透露，对于较短的脉冲，采用多基地雷达时，亦可采用此种等离子体平面天线，且接收器无需定向，因等离子体平面反射器皆编有电磁波发射方向的编码。
此种等离子体平面天线率先应用于反导弹防御系统的警戒与跟踪雷达。法国海军则将其用于对远程超音速反舰导弹的防御。从目前展示的等离子体隐身天线来看，其结构已相当紧凑，下一步的工作将对等离子体平面发射器在方位角和俯仰角扫描上用电子装置替代现用的磁线圈，届时天线的结构将更为紧凑，不仅可将其用于远程探测及监视飞机上，而且还可用于小型军用飞机上。
6 俄罗斯等离子体技术研究与应用概况
俄罗斯克尔德什研究中心研制成新型飞机等离子体隐身技术，该项新技术在无需改变飞机外形结构情况下，可使飞机被雷达探测到的概率降低99％以上，几乎接近于零，达到全隐身之设计目的。该技术的工作机理完全不同于美国“降低目标识别特征”的隐身技术，能确保受保护目标的隐身，而且成本低廉。新型隐身技术是在飞机周围形成一种特殊的等离子体云层，无需改变飞机等装备的外形设计，不影响飞行性能，甚至还可降低30％以上的飞行阻力。
据报道(编者注：媒体报道的可信度请读者斟酌)，1999年初，俄罗斯的克尔德什研究中心就已开发出第一代和第二代等离子体发生器，并在飞机上进行试验获得了成功。据悉，其第一代产品是等离子体发生片，其厚度为0.50.7mm将该发生片贴于飞机的强散射部位，电离空气即可产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器，在等离子体发生器中加入易电离气体，经过“脉冲电晕”，气体由高温转为低温，即可产生等离子体云层。经飞行试验证明，它不仅能减弱雷达的反射信号，还能通过改变发射信号频率实现隐身。
该研究中心目前正根据新的物理机理，研制第三代更为有效的隐身装置。据透露，第三代隐身装置可利用飞行器周围的静电能量来减少飞行器的雷达截面积。据称，可与美国F—22战斗机相抗衡的俄制“米格1.44”（亦称MF—1）战斗机采用了该新型隐身装置。现有的第一代和第二代隐身装置已被列为获准出口的俄制防御产品项目之中。
另外，俄罗斯最近推出一种采用等离子体武器拦截导弹的新方法。该法主要特点是改变飞行体的飞行状况，即利用相互交叉的强功率电磁能束或光束改变导弹的飞行环境，使飞行中的导弹偏离方向而失去战斗作用。等离子体武器是指利用装在地面的等离子体发生器和天线发射出超高频电磁能束或激光束在大气中聚焦，并形成高电离化空气云层，即等离子体云团，其密度及电离度较大气电离层高出1～10万倍。此种等离子体团可投射至目标的前方及两侧，宛如给目标来一个“电磁绊脚”，使之产生旋转力矩，偏离预定的飞行轨道，并在巨大的超重压差及惯性的影响下自行毁坏，整个拦截过程仅需1／10s的时间。
据报道，俄罗斯已研制成试验型等离子体武器，它由超高频电磁波发生器、定向天线、强功率电源及控制系统组成，采用集装箱式模块结构。该套试验装置曾成功击落了炮弹。据透露，实用化的等离子体武器将由上述各系统模块组成，各模块皆能振荡输出以光速传播的超强功率（数十亿瓦）微波束。探测目标的雷达系统与产生等离子体云团的电磁波束发射系统合二为一，它集搜索、探测及打击目标等功能于一体，无需耗费时间去识别目标的真假或测定目标的方位，仅需探测出目标便可将其击落。等离子体武器将极大地提高俄罗斯现有的莫斯科反导防御系统的作战效能。
7 国内研制概况
我国也开始了等离子体探索性研究工作。2002年，我国把等离子体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[14]，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。采用了强电场电离放电方法，在放电间隙内产生高密度、高能量的电子，它足以电离氮、氧等气体，在飞行器表面形成具有一定梯度的高密度等离子体层，能够吸收、折射电磁波，衰减雷达散射面积达千余倍。该等离子体器件是一个很薄的组合件，仅有百余克重，可贴附在电磁波强散射部位和进气道壁上。此方法具有吸收频带宽、吸收率高等特点，有望成为机载微型等离子体产生器件。
电子科技大学高能电子所在国家自然科学基金资助下，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。适用于非平衡等离子体的复合诊断，未开展微波等离子体的生成机理，微波等离子体与物质相互作用机理的深入研究等提供了极为重要的手段[15]。
利用开放式谐振腔理论，结合实际应用的需要，对微波等离子体系统中开放式微波反应腔进行了研究[16]，计算和分析了等离子体密度和等离子体碰撞频率对腔中微波场幅值、相位和反射系数的影响。数值计算结果表明，在一定的等离子体密度下，随着等离子体碰撞频率的提高，等离子体对微波场的吸收增大，此种开放式的结构可有效地在腔中形成有利于微波等离子体产生的驻波场。
信息工程大学在国家863计划项目资助下，正在研究等离子体有源透镜天线[17]。所谓等离子体有源天线，是基于大气击穿理论，利用多波束合成技术，控制地面HPM阵列在空间形成特定结构形状的大气电离云，使其具有许多类似天线的特性和功能。
等离子体有源透镜天线的工作原理是利用足够高的HPM 泵波能与大气的非线性作用，在开放大气环境中的特定区域聚焦，使聚焦区域大气受激发产生高强度的电离反应，并形成相对稳定的具有特定结构和形状的等离子体，构成透镜天线。
在大气电离云成形的过程中，高功率微波能是产生和维持稳定电离云的能量来源，而大气中的自由电子在电离云成形过程中扮演着催化剂的功能，在电离云稳定成形后则起着换能器的作用，即将泵波能转换成被聚束微波能，所以称之为有源天线。
研究者提出了一种以HPM为能源的等离子体有源透镜天线，探讨了其工作特性及其应用。它根据需要可以聚束HPM工作波，也可以将外来入侵HPM波聚束后发送回原处。另外，实际上它也可形成空间有源滤波等器件。这种天线与传统的有源天线相比具有的重大差别有：它强烈地依赖于泵波HPM泵源；由于处于空间，且成形装置无须移动，天线的大小和形状一般不受限制；成形快、存在时间短、机动性强；形成大型高增益面天线更为方便。
从现有的公开资料来看，等离子体天线技术已引起国内电子对抗、飞行器隐身、雷达和天线设计等行业专家的广泛关注，重点在等离子体天线的隐身应用方面。以介绍国外等离子体天线技术的理论与实验研究、跟踪国外发展与应用状况和可行性分析方面的较多。
8 国外等离子体天线专利技术
从上述的发展概况可以看出，世界上不少大公司都在研究和开发等离子体天线，有的已进入实用阶段，申请了专利。这里介绍一些具有代表性的等离子体天线专利，括号内为专利拥有者：
•多管等离子体天线[4]（美国海军管理局）。这是一种宽频带、结构紧凑的高频或超高频通信用等离子体天线。利用离子化气体或者等离子体传播高频或超高频电磁信号，向电极加压使气体离子化，等离子体被制约在非金属压力容器内的非金属同轴管内，用电场梯度改变等离子体的形状和密度，从而影响天线的增益和方向性。等离子体内管用作辐射源，外管用于改变内管的辐射并反射辐射的信号，用仪器测量等离子体的密度，提供测量入射信号的方法并调节辐射频率；
•利用反向光子束产生电流的等离子体天线（美国海军管理局）。一种带等离子体柱的等离子体天线，可用于低频和超低频通信。激光器以交替、反向方式发射激光束穿过等离子体。当激光器被启动时，其激光束产生光电碰撞，将动能传递给等离子体中的电子。激光器交替工作在等离子体中产生交替电流，由此辐射电磁场；
•采用等离子体反射器的驻波等离子体天线（美国海军管理局）。该发明适用于水下宽频通信。电离器在一个沿垂直轴伸长的等离子体柱中产生离子化波束，调制信号被施加到一个光电晶体上用于调制离子化波束，变化的结果是形成等离子体梯度，使离子和电子在一个垂直通道内振荡，从而形成含调制频率的振荡电流。这些电流产生一个幅度、相位和频率经过调制的电磁场从等离子体柱中辐射出去；
•可重构的等离子体天线（美国ASI技术公司）[3]。该发明是一种完全可重构的等离子体天线，包含实现等离子体天线和重构等离子体天线辐射方向图的方法。该天线的主要组成是：一个封闭室；封闭室内包含一个可产生等离子体的装置；至少有三个与该装置连接的激发点用于产生电磁波；耦合到三个激发点上的一个能源在封闭室内至少产生一条等离子体传导通路。改进后的机构可用于重构传导路径；
•等离子体控制的天线（美国Raytheon公司）。是一种改进型等离子体控制的毫米波或微波扫描天线。一个电子等离子区和通路被光照到一个光导晶片上。利用等离子体的特殊分布和镜片后的一个反射面就可在低光强度下形成天线，在选择的毫米波/微波上施加了180°相移；
•固体等离子体天线（英国人Harper，R.E.申请的美国专利）。这是一种高频通信用（例如1GHz）的固体电控天线。在一块半导体材料片上产生局部等离子体区域就形成一个固体电控天线。在这一等离子体区域可以射入载波，或者产生载波。该专利还介绍了所用半导体材料片（硅晶片）的制作方法；
•等离子体天线（澳大利亚国立大学）。该发明为一种表面波驱动的等离子体隐身天线。前文已作介绍。
另外，美国Malibu研究所申请了一种等离子体相控阵电子扫描天线。Waveband技术公司申请了采用等离子体栅的天线。
9 结 束 语
等离子体的神奇功能，尤其是它显而易见的军事应用潜力实际上很早就受到了世界军事强国的关注，有权威人士称，军事领域下一个高技术制高点就是等离子体技术。
等离子体天线是对传统天线结构的更新，它拓展了等离子体的科学吸引力和工程应用能力，并且因为等离子体独特的物理性质，在解决天线互耦和隐身方面具有难以估量的发展潜力，是当今天线技术的一大进步，终将体现出其顽强的生命力。
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14 白希尧等.用于飞行器的强电离放电非平衡等离子体隐身方法研究.航空学报，2004，25(1)，P52～54
15 谢扩军，季天仁，刘盛纲.多功能微波等离子体应用基础研究设备，电子科技大学学报，1996年，04期
16 吴坚强. 开放式等离子体微波反应腔的研究.电子科技大学学报，1997年，05期
17 余道杰，牛忠霞，杨建宏.等离子体有源透镜天线的特性分析 强激光与粒子束，2004，16(7)，923926
编者简介 寇艳玲 女，陕西泾阳人，工程师。主要从事天线技术文献检索与情报研究。
刘志勇 男，山西大同人，工程师。主要从事科研项目管理。
谢谢，Very Informative。
到目前为止，好像等离子体天线在主流国际期刊如AP和MTT上面出现频率不太高，没有达到它应有的曝光量。
谢谢，Very Informative。
到目前为止，好像等离子体天线在主流国际期刊如AP和MTT上面出现频率不太高，没有达到它应有的曝光量。
社會在不停的發展，10年、20年后我們這些做天線的不知道還有沒有飯吃！
10年、20年后，或许天线这个行业还在，其内容也许和现在有很大的不同。
很有用 对我有帮助 谢谢 等离子体天线 有前途
至少现在是有前途的。
现在实验中的等离子体天线的效率似乎都比金属天线的低很多啊，好像还无法应用。
已经2011年了，不知道是个什么情况了？
天线应该还会存在吧。
申明：网友回复良莠不齐，仅供参考。如需专业帮助，请学习业界专家讲授的天线设计视频培训教程。
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