等离子体隐身中天线参数的数值计算

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1、万方数据第24卷第3期2008年6月微波学报JOURNAL0FMICROWAVESV01．24No．3J衄．2008文章编号：l005—6122(2加8)03瑚17硝等离子体隐身中天线参数的数值计算+赵国伟1’2徐跃民1(1．中国科学院空间科学与应用研究中心，北京lo0080；2．中国科学院研究生院，北京100080)摘要：研究了电磁波沿被轴向对称柱形等离子体包围的天线传播特性。通过对传播波矢、辐射方向图等天线参数分析，表明等离子体层在实现隐身同时，天线波矢、辐射方向图等参数也随等离子体密度、厚度等参数变化，一方面等离

2、子体对电磁波的吸收，波矢衰减系数有增大的趋势，另一方砸等离子体密度大于一定密度时，会增加天线的有效半径，使衰减系数减少，这些结果对于设计等离子体隐身具有一定参考价值。关键词：等离子体，天线，色散关系，辐射方向图CalculationofAntenna7sParameterinPlasmaStealthAntennaZHAoGlm-weil”．XuYue-minl(1．＆眦r扣r跏∞5c拓，珊吼d却州耙m幻n鼢e口砌，＆如，掰AcⅡ扬v矿蕊iM，&咖，lg100080，蕊i∞；2．Sc话，黜Ac口de彤旷傩i眦，＆彬ng

3、10008l，c胁舱)Ab!湘粼t：Thi喜pap哪investigatedsomeimpclmmt蛐temapa咖lete璐，guch弱the缸a璐miB8i∞ch峭terigti∞《aIniem·wavepr；opagatingalongt}Iecylin抽cal舳te咖sunDundIedbysymmetricphsma．Bya

4、lalyzingwaVeVector，di备pe瑁ionr；ela-tio∞，砌砒i∞pa钍em，骶showedtllat粕te衄a备p鲫瑚ete瑙a陀cllangedbypl鹊眦deT

5、ls畸，radi岫帅d∞∞．弧eattenua-ti呻ofwavevectorwiⅡbeh]唱ed∞t0ab∞rption0felectroma印eticfieldsintllePl鹊姗．OntIleother}姗d，tIIevalidmdioisbiggerwhentllede璐ity0fpl勰mislarge，鲫tlle∞r翳ult8a弛veryu跎fmformed铭ignofpl船眦stealtll蛐te肌a．Keywords：Pl鹊m，Ante曲a，I)ispersionrelati∞，Radiationpat

6、tem引言等离子体作为物质的第四态，已经广泛应用于各个领域中。等离子体技术可以应用于飞行器隐身、推进器、通信、探测等方面，而在天线中，如果等离子体密度高，信号频率不能穿透等离子体，趋肤深度很小，与金属天线类似，会沿着柱形等离子体传播，即利用等离子体的导电性能做等离子体天线，它具有反射、吸收电磁波特性，同时又有隐身能力。在低气压条件下，利用几十KHz到GHz【l刮的射频信号可以从单极产生高密度、低温等离子体。国内外对电磁波在柱形等离子体中传播的研究也很多[6．16]。内容主要集中于等离子体天线激励原理、特性、实验等综述性

7、方面的讨论，而关于色散关系和辐射方向图等具体参数、问题的求解和分析很少。赵国伟等[1l，143讨论了不同等离子体密度在轴向密·收稿日期：2007—03一02；定稿日期：2007舾驷度均匀和不均匀情况下，等离子体天线辐射方向图、增益、阻抗等参数的变化，但色散模型中没有加入腔体材料，没有考虑介质管对辐射方向图、增益等天线参数的影响。等离子体包围天线，由于对电磁波的吸收隐身、反射隐身、折射隐身等效应，使天线具有一定的隐身性能，但等离子体对天线性能也具有一定的影响，国内外尚无这方面的具体讨论。本文首先推导了包含等离子体的天线色

8、散关系，然后求解了等离子体参数对辐射方向图的影响，并分析了天线中的色散关系、波矢变化趋势与辐射方向图。1等离子体隐身天线的色散关系如图(1)所示，中间放置金属天线，半径为R。，周围等离子体密度均匀，半径为尺。，最外层是自由万方数据18微波学报2008年6月空间。电磁场时间变化为e“，∞为电磁波频率，电磁波沿轴向传播变化为e一，在柱坐标系下，从麦克斯韦方程得到：÷杀(r鲁)+寺簪+等+知E=。(1)其中c为自由空间中光速，最，地为介质相对电导系数和磁导系数。金属中相对介电常数8，=l一堡，矿为电导率，非磁化冷等离子体介电

9、系数为占：=1一南，∞严为等离子体频率，口为碰撞频率，真空中占1=l。等离子体层金属】；天线等离子体层真空图1天线与等离子体层模型因为模型轴向对称性，电磁场和角度咖无关，方程(1)解析求解为：E．i=[Ai，0(7，)+日j％(yir)]e一铲(2)其中，，K是贝塞尔函数，y；=一(y2+知舭i)，A。、E为常系数，’，=d+够为