潘宁气体真空等离子体天线的基本特性研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)核工业西南物理研究院 作者:孙乃峰

  等离子体天线是一种利用等离子体元素来取代金属传导体元素的射频天线,通常由充满低压气体的绝缘管构成。绝缘管中的气体电离后形成的等离子体具有良好的导电性,能和金属导电媒质一样接收和发射电磁波,等离子体就代替传统天线中的金属导体发射或接收电磁波而构成等离子体天线。Moisan 等证实在气体柱一端加上射频形成表面波,表面波能激励并维持等离子体柱体,这就是单极表面波驱动等离子体天线的方法,这种等离子体天线具有较高的效率较低的噪声。研究证实等离子体天线可以用来传输AM 或FM 音频信号和TV 视频信号,具有广阔的应用前景。

  等离子体天线中充入氦氩潘宁气体时,可降低放电起始功率,延长有效长度,增加等离子体密度。因此,研究潘宁效应存在时表面波等离子体天线柱体放电起始功率的大小、等离子体长度与所加射频功率的关系和等离子体密度沿天线柱的分布对于提高等离子体天线的辐射效率和隐身性能至关重要。

  本文根据潘宁效应的理论知识,定性分析了氦氩混合气体在潘宁效应影响下对等离子体天线物理特性的影响,实验测量了不同氦氩配比下等离子体天线的等离子体柱长度、等离子体密度和放电起始功率的差异,研究得出用一定比例的氦氩潘宁气体充入放电管做成的等离子体天线具有许多优良特性,对于等离子体天线的均匀稳定激励与维持和提高天线的辐射效率与隐身性能至关重要。

4、结束语

  本文根据潘宁气体放电规律对单极表面波等离子体天线在氦氩气体潘宁效应影响下的等离子体长度和等离子体密度进行了详尽的实验研究,并对比了潘宁气体存在时等离子体天线与铜天线的接收特性。我们知道,等离子体长度、密度是等离子体天线的重要参量,这些参量对于提高等离子体天线的性能特别是辐射和隐身性能至关重要,因此研究氦氩潘宁气体存在时等离子体天线的等离子体参量意义重大,研究得出用一定比例的氦氩潘宁气体充入放电管做成的等离子体天线具有许多优良特性,对于等离子体天线的均匀稳定激励与维持和提高天线的辐射效率与隐身性能至关重要。

  【作者】 孙乃峰;王世庆;慈佳祥;

  【Author】 SUN Nai-feng1,2,WANG Shi-qing1,2,CI Jia-xiang2 (1.Southwestern Institute of Physics,Chengdu 610041,China; 2.Engineering & Technical College,Chengdu University of Technology,Leshan 614007,China)

  【机构】 核工业西南物理研究院;成都理工大学工程技术学院;

  【摘要】 根据潘宁气体放电的物理特性,定性分析了等离子体天线中氦氩潘宁气体放电的特性,实验测量了充满氦氩潘宁气体的等离子体天线与充满纯氦或纯氩等离子体天线的等离子体长度、等离子体密度,得出等离子体天线中充入氦氩潘宁气体时,在同等条件下能使等离子体天线的有效长度更长,等离子体密度更高。等离子体密度对天线的辐射效率和隐身性能影响很大,因此研究氦氩潘宁效应存在时表面波等离子体柱的等离子体长度与所加射频功率的关系和等离子体密度沿天线的分布对于提高天线的辐射效率和隐身性能至关重要。

  【Abstract】 Based on the physical characteristics of Penning gas discharge,the characteristics of He-Ar Penning gas discharge in plasma antennas were analyzed qualitatively.Plasma length and plasma density were measured in plasma antenna filled with both He-Ar Penning gas and pure He or Ar.The results showed that the plasma antenna filled with He-Ar Penning gas can make the effective length of the antenna longer and the plasma density higher under otherwise equal conditions.The radiation efficiency of the antenna and its invisibility are significantly affected by plasma density.So,it is crucial to the improvements of antenna’s radiation efficiency and invisibility:to investigate the relation between the length of surface wave plasma column and input RF power when the Penning effect is found at that time and the plasma density distribution along the antenna.

  【关键词】 等离子体天线;等离子体密度;潘宁气体;

  【Key words】 plasma antennas; plasma density; Penning gas;

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