一種基于等離子體的電調(diào)相面天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，包括天線本體、等離子部件和調(diào)制控制單元，所述的等離子部件安裝在天線本體上，并與調(diào)諧控制單元連接，通過調(diào)制控制單元對等離子部件進行控制實現(xiàn)特定的方向圖及波束指向。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有相位連續(xù)可調(diào)，控制精度極高等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于等離子體的電調(diào)相面天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線，尤其是涉及一種基于等離子體的電調(diào)相面天線。

【背景技術(shù)】
[0002]等離子態(tài)是物質(zhì)除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外的第四種狀態(tài)，當物質(zhì)溫度升高或被電離時，電子和正離子分離，形成由電子和正離子組成的物質(zhì)狀態(tài)。這種電離物質(zhì)在宏觀上保持電中性，稱為等離子體。
[0003]在微波領(lǐng)域，一方面可以將等離子體看作為一種電介質(zhì)，其介電常數(shù)通過等離子體的密度、電離特性加以控制。其導(dǎo)波特性遵循傳統(tǒng)意義上波導(dǎo)傳播電磁波的理論，可以計算得到相應(yīng)的截止頻率、傳播模式、傳播中的能量損耗等。另一方面可以將等離子體看作一種特殊的物質(zhì)，它既保持氣體粒子的慣性，而其中的電子、離子又有各種各樣的諧振，在不同的磁化條件下，電磁波在等離子中有不同的色散關(guān)系，也就能傳播不同的波。利用等離子體的上述特性可以在諸如拋物面等傳統(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以天線罩、反射面或等離子微波透鏡的形式構(gòu)成等離子相位調(diào)制天線系統(tǒng)。
[0004]目前，公知的相控陣天線方向性較好，但其口徑大，造價高昂，副瓣電平高，且相位不能連續(xù)可調(diào)。而公知的拋物面天線具有很強的方向性，但不能電調(diào)相，且加工精度要求極尚，造價成本尚昂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，在充分利用等離子體的電控可調(diào)性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)傳統(tǒng)天線系統(tǒng)的重構(gòu)和波束高精度賦形與指向。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，包括天線本體、等離子部件和調(diào)制控制單元，所述的等離子部件安裝在天線本體上，并與調(diào)諧控制單元連接，通過調(diào)制控制單元對等離子部件進行控制實現(xiàn)特定的方向圖及波束指向。
[0008]所述的等離子部件通過天線罩、反射面或等離子微波透鏡的方式安裝在天線本體上。
[0009]對于等離子部件為反射面時，其安裝形式包括:
[0010]等離子部件依拋物面分布，由饋源產(chǎn)生的電磁波經(jīng)等離子部件反射后，形成對地面觀測區(qū)域輻照；
[0011]或者等離子部件為面陣結(jié)構(gòu)，電磁波經(jīng)等離子部件面陣反射后，實現(xiàn)對其在輻射空間內(nèi)的幅度和相位的調(diào)制。
[0012]所述的面陣結(jié)構(gòu)等離子部件對入射波幅度和相位進行調(diào)制后形成反射波，并在空間進行加權(quán)。
[0013]反射面的重構(gòu)通過控制等離子陣元的狀態(tài)來實現(xiàn)，具體為:
[0014]將等離子體加工成反射面單元，鑲嵌構(gòu)成反射面，通過激勵控制部分反射面單元處于反射狀態(tài)，而其余部分則處于透射狀態(tài)，實現(xiàn)反射面的重構(gòu)。
[0015]對于等離子部件為等離子微波透鏡時，采用等離子透射式調(diào)相陣面，具體為:
[0016]由微波源產(chǎn)生的電磁波透過等離子透射式調(diào)相陣面，對電磁波幅度和相位在空間進行調(diào)制，形成對地面觀測區(qū)域輻照。
[0017]所述的等離子透射式調(diào)相陣面采用單激勵源或分布式激勵方式。
[0018]所述的單激勵源具體為:僅采用透射式等離子體對入射信號的幅度或相位進行調(diào)制。
[0019]所述的分布式激勵具體為:將有源微波器件僅用于微波功率發(fā)射，而調(diào)相的任務(wù)將交給表面敷設(shè)的等離子陣元完成。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021](I)相位連續(xù)可調(diào)，控制精度極高；(2)低成本、低功耗；(3)發(fā)揮傳統(tǒng)天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明基于等離子體的電調(diào)相面天線基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為反射面重構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為透射式等離子天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4(a)為反射式等離子天線構(gòu)型(依拋物面分布)示意圖；
[0026]圖4(b)為反射式等離子天線構(gòu)型(面陣分布)示意圖；
[0027]圖5為反射式等咼子調(diào)相陣面不意圖；
[0028]圖6單源激勵透射式等離子調(diào)相陣面示意圖；
[0029]圖7為全球源激勵透射式等離子調(diào)相陣面示意圖。

【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031]實施例
[0032]在圖1中，在采取經(jīng)典的天線構(gòu)型的基礎(chǔ)上，通過加裝等離子控制部件，并根據(jù)需求利用調(diào)制單元對等離子部件進行控制實現(xiàn)特定的方向圖及波束指向。在系統(tǒng)實現(xiàn)方面，等離子體的形式將可以考慮采取低溫低壓氣態(tài)等離子體或硅基固態(tài)等離子體材料，此外在成本和重量方面也可以得到良好的控制。
[0033]在圖2中，以卡塞格倫天線為例，其主副反射面均可采取等離子反射面構(gòu)成，通過控制等離子反射面反射部分和透射部分的分布實現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。將等離子體加工成小型反射面，鑲嵌構(gòu)成反射面。通過激勵控制部分反射面等離子體處于反射狀態(tài)，而另外部分則處于透射狀態(tài)。圖2中A表示起反射作用的陣元，B表示透射狀態(tài)的陣元。通過控制等離子陣元的狀態(tài)實現(xiàn)反射面的重構(gòu)。
[0034]在圖3中，由微波源產(chǎn)生的電磁波透過等離子體，對電磁波幅度和相位在空間進行調(diào)制，形成對地面觀測區(qū)域輻照。
[0035]在圖4中，反射式等離子幅相調(diào)制天線構(gòu)型如上圖所示。在該種構(gòu)型下又可設(shè)計為兩種形式，形式如圖4(a)所示，等離子體依拋物面分布，由饋源產(chǎn)生的電磁波經(jīng)等離子體反射后，形成對地面觀測區(qū)域輻照。形式二如圖4(b)所示，等離子體為面陣結(jié)構(gòu)，電磁波經(jīng)等離子體面陣反射后，實現(xiàn)對其在輻射空間內(nèi)的幅度和相位的調(diào)制。
[0036]在圖5中，相控陣結(jié)構(gòu)的反射形式以平行平面波偏置入射等離子陣元所構(gòu)成的面陣。等離子陣面對其幅度和相位進行調(diào)制后形成反射波，并在空間進行加權(quán)。
[0037]在透射式陣面構(gòu)型方面可采用單激勵源和分布式激勵的兩種模式。其中單激勵源模式如圖6所示，僅是采用透射式等離子體對入射信號的幅度或相位進行調(diào)制。多源激勵如圖7所示，主要思路是改造現(xiàn)有相控陣陣元結(jié)構(gòu)，有源微波器件將僅用于微波功率發(fā)射，而調(diào)相的任務(wù)將交給表面敷設(shè)的等離子陣元完成。這樣系統(tǒng)的復(fù)雜度將會大幅降低并且精度獲得較大提升。
[0038]創(chuàng)新之處:
[0039]利用等離子體進行微波空間相位高精度定量調(diào)制。通過合理的控制等離子體的激發(fā)方式、濃度、理化特性、激勵電流和保持電壓等要素，對入射的微波波前在空間進行幅度和相位的調(diào)制。在建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進行實驗驗證，實現(xiàn)利用等里子體對微波波前的高精度定量化調(diào)制。
【權(quán)利要求】
1.一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，包括天線本體、等離子部件和調(diào)制控制單元，所述的等離子部件安裝在天線本體上，并與調(diào)諧控制單元連接，通過調(diào)制控制單元對等離子部件進行控制實現(xiàn)特定的方向圖及波束指向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，所述的等離子部件通過天線罩、反射面或等離子微波透鏡的方式安裝在天線本體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，對于等離子部件為反射面時，其安裝形式包括: 等離子部件依拋物面分布，由饋源產(chǎn)生的電磁波經(jīng)等離子部件反射后，形成對地面觀測區(qū)域輻照； 或者等離子部件為面陣結(jié)構(gòu)，電磁波經(jīng)等離子部件面陣反射后，實現(xiàn)對其在輻射空間內(nèi)的幅度和相位的調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，所述的面陣結(jié)構(gòu)等離子部件對入射波幅度和相位進行調(diào)制后形成反射波，并在空間進行加權(quán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，反射面的重構(gòu)通過控制等離子陣元的狀態(tài)來實現(xiàn)，具體為: 將等離子體加工成反射面單元，鑲嵌構(gòu)成反射面，通過激勵控制部分反射面單元處于反射狀態(tài)，而其余部分則處于透射狀態(tài)，實現(xiàn)反射面的重構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，對于等離子部件為等離子微波透鏡時，采用等離子透射式調(diào)相陣面，具體為: 由微波源產(chǎn)生的電磁波透過等離子透射式調(diào)相陣面，對電磁波幅度和相位在空間進行調(diào)制，形成對地面觀測區(qū)域輻照。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，所述的等離子透射式調(diào)相陣面采用單激勵源或分布式激勵方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，所述的單激勵源具體為:僅采用透射式等離子體對入射信號的幅度或相位進行調(diào)制。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于等離子體的電調(diào)相面天線，其特征在于，所述的分布式激勵具體為:將有源微波器件僅用于微波功率發(fā)射，而調(diào)相的任務(wù)將交給表面敷設(shè)的等離子陣元完成。
【文檔編號】H01Q3/46GK104466406SQ201410750724
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】袁斌, 郎少波, 李翀 申請人:上海交通大學(xué)