论文摘要
随着通讯技术的不断发展与等离子体技术的日益成熟,将等离子体天线替代传统金属天线应用于通讯系统已经成为相关领域研究的一大热点。因此本文重点研究了不同等离子体参数条件下HF/VHF频段柱形单极等离子体天线的动态重构特性,包括柱形等离子体天线的基本理论、计算机仿真和技术实现,柱形等离子体天线电参数的数值求解,等离子体天线输入阻抗、噪声、增益等电参数的测量及分析。通过这些研究旨在探明可重构柱形等离子体天线的实现方法,为等离子体天线技术趋于实用化提供必要的理论及技术准备。目前已经初步实现了柱形等离子体天线系统的结构设计,完成了柱形等离子体天线理论模型的矩量法分析,建立了柱形等离子体天线特有的电参数测量系统。作者的主要工作和结果可以概括为:1.基于表面波激励等离子体的基本原理以及表面波在等离子体中的传播特性,给出了柱形等离子体天线耦合腔体的结构设计。应用仿真软件研究了激励频率和信号频率在耦合腔体中的电磁特性,并根据仿真结果实现了柱形等离子体天线系统的结构设计,包括等离子体参数、天线尺寸、天线耦合模式、HF/VHF频段滤波器等。2.基于矩量法计算了当等离子体天线工作频率远小于等离子体频率时,密度均匀分布的柱形等离子体天线表面电流分布、辐射方向图、输入阻抗、天线效率以及增益等天线参数。计算结果表明等离子体天线具有与金属铜天线类似的辐射特性,并且随等离子体参数变化而改变。此外既可以通过等离子体天线的动态重构,也可以在损失部分效率的前提下选取固定的等离子体参数,获得天线的宽带特性。3.采用驻波比推算法测量了不同激励功率条件下等离子体激励通道电离阻抗,设计完成的激励通道匹配电路满足不同激励功率条件下驻波比小于2。4.提出了一种新的通过矢量网络分析仪测量大功率条件下等离子体天线信号通道输入阻抗的测试方法,该方法有助于等离子体天线动态重构特性的研究和实现快速阻抗匹配。实验中测量了不同激励功率条件下柱形等离子体天线系统的输入阻抗随频率的变化关系,结合放电管的等效电路模型与柱形等离子体天线输入电流特性,定性分析了等离子体天线输入阻抗变化与等离子体参数之间的关系。实验结果表明柱形等离子体天线输入阻抗曲线具有明显的谐振特性。通过软件仿真和实际电路调试完成了天线信号通道HF频段的匹配设计,初步验证了天线的宽带特性。5.分析了利用等离子体天线代替金属天线时,系统通讯过程中噪声的来源、大小及其对系统的影响,并采用不同的测量原理通过无线电综合测量仪和频谱仪两种仪器得到结果近似的等离子体天线系统馈端的系统等效噪声温度。实验结果表明等离子体天线可以代替金属天线用于射频通讯。
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