一種基于等離子體的電調相面天線的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于等離子體的電調相面天線，包括天線本體、等離子部件和調制控制單元，所述的等離子部件安裝在天線本體上，并與調諧控制單元連接，通過調制控制單元對等離子部件進行控制實現特定的方向圖及波束指向。與現有技術相比，本發明具有相位連續可調，控制精度極高等優點。
【專利說明】一種基于等離子體的電調相面天線
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種天線，尤其是涉及一種基于等離子體的電調相面天線。
【背景技術】
[0002]等離子態是物質除固態、液態和氣態外的第四種狀態，當物質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狀態。這種電離物質在宏觀上保持電中性，稱為等離子體。
[0003]在微波領域，一方面可以將等離子體看作為一種電介質，其介電常數通過等離子體的密度、電離特性加以控制。其導波特性遵循傳統意義上波導傳播電磁波的理論，可以計算得到相應的截止頻率、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，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的天線結構的基礎上，以天線罩、反射面或等離子微波透鏡的形式構成等離子相位調制天線系統。
[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，且相位不能連續可調。而公知的拋物面天線具有很強的方向性，但不能電調相，且加工精度要求極尚，造價成本尚昂。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于等離子體的電調相面天線，在充分利用等離子體的電控可調性能的基礎上，實現傳統天線系統的重構和波束高精度賦形與指向。
[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]一種基于等離子體的電調相面天線，其特征在于，包括天線本體、等離子部件和調制控制單元，所述的等離子部件安裝在天線本體上，并與調諧控制單元連接，通過調制控制單元對等離子部件進行控制實現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，由饋源產生的電磁波經等離子部件反射后，形成對地面觀測區域輻照；
[0011]或者等離子部件為面陣結構，電磁波經等離子部件面陣反射后，實現對其在輻射空間內的幅度和相位的調制。
[0012]所述的面陣結構等離子部件對入射波幅度和相位進行調制后形成反射波，并在空間進行加權。
[0013]反射面的重構通過控制等離子陣元的狀態來實現，具體為:
[0014]將等離子體加工成反射面單元，鑲嵌構成反射面，通過激勵控制部分反射面單元處于反射狀態，而其余部分則處于透射狀態，實現反射面的重構。
[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相陣面，具體為:
[0016]由微波源產生的電磁波透過等離子透射式調相陣面，對電磁波幅度和相位在空間進行調制，形成對地面觀測區域輻照。
[0017]所述的等離子透射式調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射，而調相的任務將交給表面敷設的等離子陣元完成。
[0020]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0021](I)相位連續可調，控制精度極高；(2)低成本、低功耗；(3)發揮傳統天線系統結構優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明基于等離子體的電調相面天線基本結構示意圖；
[0023]圖2為反射面重構示意圖；
[0024]圖3為透射式等離子天線結構示意圖；
[0025]圖4(a)為反射式等離子天線構型(依拋物面分布)示意圖；
[0026]圖4(b)為反射式等離子天線構型(面陣分布)示意圖；
[0027]圖5為反射式等咼子調相陣面不意圖；
[0028]圖6單源激勵透射式等離子調相陣面示意圖；
[0029]圖7為全球源激勵透射式等離子調相陣面示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0031]實施例
[0032]在圖1中，在采取經典的天線構型的基礎上，通過加裝等離子控制部件，并根據需求利用調制單元對等離子部件進行控制實現特定的方向圖及波束指向。在系統實現方面，等離子體的形式將可以考慮采取低溫低壓氣態等離子體或硅基固態等離子體材料，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天線結構的重構。將等離子體加工成小型反射面，鑲嵌構成反射面。通過激勵控制部分反射面等離子體處于反射狀態，而另外部分則處于透射狀態。圖2中A表示起反射作用的陣元，B表示透射狀態的陣元。通過控制等離子陣元的狀態實現反射面的重構。
[0034]在圖3中，由微波源產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制，形成對地面觀測區域輻照。
[0035]在圖4中，反射式等離子幅相調制天線構型如上圖所示。在該種構型下又可設計為兩種形式，形式如圖4(a)所示，等離子體依拋物面分布，由饋源產生的電磁波經等離子體反射后，形成對地面觀測區域輻照。形式二如圖4(b)所示，等離子體為面陣結構，電磁波經等離子體面陣反射后，實現對其在輻射空間內的幅度和相位的調制。
[0036]在圖5中，相控陣結構的反射形式以平行平面波偏置入射等離子陣元所構成的面陣。等離子陣面對其幅度和相位進行調制后形成反射波，并在空間進行加權。
[0037]在透射式陣面構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制。多源激勵如圖7所示，主要思路是改造現有相控陣陣元結構，有源微波器件將僅用于微波功率發射，而調相的任務將交給表面敷設的等離子陣元完成。這樣系統的復雜度將會大幅降低并且精度獲得較大提升。
[0038]創新之處:
[0039]利用等離子體進行微波空間相位高精度定量調制。通過合理的控制等離子體的激發方式、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制。在建立相應的數學模型基礎上進行實驗驗證，實現利用等里子體對微波波前的高精度定量化調制。
【權利要求】
1.一種基于等離子體的電調相面天線，其特征在于，包括天線本體、等離子部件和調制控制單元，所述的等離子部件安裝在天線本體上，并與調諧控制單元連接，通過調制控制單元對等離子部件進行控制實現特定的方向圖及波束指向。
2.根據權利要求1所述的一種基于等離子體的電調相面天線，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.根據權利要求2所述的一種基于等離子體的電調相面天線，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，由饋源產生的電磁波經等離子部件反射后，形成對地面觀測區域輻照； 或者等離子部件為面陣結構，電磁波經等離子部件面陣反射后，實現對其在輻射空間內的幅度和相位的調制。
4.根據權利要求3所述的一種基于等離子體的電調相面天線，其特征在于，所述的面陣結構等離子部件對入射波幅度和相位進行調制后形成反射波，并在空間進行加權。
5.根據權利要求2所述的一種基于等離子體的電調相面天線，其特征在于，反射面的重構通過控制等離子陣元的狀態來實現，具體為: 將等離子體加工成反射面單元，鑲嵌構成反射面，通過激勵控制部分反射面單元處于反射狀態，而其余部分則處于透射狀態，實現反射面的重構。
6.根據權利要求2所述的一種基于等離子體的電調相面天線，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相陣面，具體為: 由微波源產生的電磁波透過等離子透射式調相陣面，對電磁波幅度和相位在空間進行調制，形成對地面觀測區域輻照。
7.根據權利要求6所述的一種基于等離子體的電調相面天線，其特征在于，所述的等離子透射式調相陣面采用單激勵源或分布式激勵方式。
8.根據權利要求7所述的一種基于等離子體的電調相面天線，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制。
9.根據權利要求7所述的一種基于等離子體的電調相面天線，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射，而調相的任務將交給表面敷設的等離子陣元完成。
【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 優先權日:2014年12月10日
【發明者】袁斌, 郎少波, 李翀 申請人:上海交通大學