CN104466406A - 一种基于等离子体的电调相面天线 - Google Patents
一种基于等离子体的电调相面天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104466406A CN104466406A CN201410750724.8A CN201410750724A CN104466406A CN 104466406 A CN104466406 A CN 104466406A CN 201410750724 A CN201410750724 A CN 201410750724A CN 104466406 A CN104466406 A CN 104466406A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plasma
- phase modulation
- parts
- electric phase
- antenna based
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于等离子体的电调相面天线,包括天线本体、等离子部件和调制控制单元,所述的等离子部件安装在天线本体上,并与调谐控制单元连接,通过调制控制单元对等离子部件进行控制实现特定的方向图及波束指向。与现有技术相比,本发明具有相位连续可调,控制精度极高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线,尤其是涉及一种基于等离子体的电调相面天线。
背景技术
等离子态是物质除固态、液态和气态外的第四种状态,当物质温度升高或被电离时,电子和正离子分离,形成由电子和正离子组成的物质状态。这种电离物质在宏观上保持电中性,称为等离子体。
在微波领域,一方面可以将等离子体看作为一种电介质,其介电常数通过等离子体的密度、电离特性加以控制。其导波特性遵循传统意义上波导传播电磁波的理论,可以计算得到相应的截止频率、传播模式、传播中的能量损耗等。另一方面可以将等离子体看作一种特殊的物质,它既保持气体粒子的惯性,而其中的电子、离子又有各种各样的谐振,在不同的磁化条件下,电磁波在等离子中有不同的色散关系,也就能传播不同的波。利用等离子体的上述特性可以在诸如抛物面等传统的天线结构的基础上,以天线罩、反射面或等离子微波透镜的形式构成等离子相位调制天线***。
目前,公知的相控阵天线方向性较好,但其口径大,造价高昂,副瓣电平高,且相位不能连续可调。而公知的抛物面天线具有很强的方向性,但不能电调相,且加工精度要求极高,造价成本高昂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于等离子体的电调相面天线,在充分利用等离子体的电控可调性能的基础上,实现传统天线***的重构和波束高精度赋形与指向。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,包括天线本体、等离子部件和调制控制单元,所述的等离子部件安装在天线本体上,并与调谐控制单元连接,通过调制控制单元对等离子部件进行控制实现特定的方向图及波束指向。
所述的等离子部件通过天线罩、反射面或等离子微波透镜的方式安装在天线本体上。
对于等离子部件为反射面时,其安装形式包括:
等离子部件依抛物面分布,由馈源产生的电磁波经等离子部件反射后,形成对地面观测区域辐照;
或者等离子部件为面阵结构,电磁波经等离子部件面阵反射后,实现对其在辐射空间内的幅度和相位的调制。
所述的面阵结构等离子部件对入射波幅度和相位进行调制后形成反射波,并在空间进行加权。
反射面的重构通过控制等离子阵元的状态来实现,具体为:
将等离子体加工成反射面单元,镶嵌构成反射面,通过激励控制部分反射面单元处于反射状态,而其余部分则处于透射状态,实现反射面的重构。
对于等离子部件为等离子微波透镜时,采用等离子透射式调相阵面,具体为:
由微波源产生的电磁波透过等离子透射式调相阵面,对电磁波幅度和相位在空间进行调制,形成对地面观测区域辐照。
所述的等离子透射式调相阵面采用单激励源或分布式激励方式。
所述的单激励源具体为:仅采用透射式等离子体对入射信号的幅度或相位进行调制。
所述的分布式激励具体为:将有源微波器件仅用于微波功率发射,而调相的任务将交给表面敷设的等离子阵元完成。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)相位连续可调,控制精度极高;(2)低成本、低功耗;(3)发挥传统天线***结构优势。
附图说明
图1为本发明基于等离子体的电调相面天线基本结构示意图;
图2为反射面重构示意图;
图3为透射式等离子天线结构示意图;
图4(a)为反射式等离子天线构型(依抛物面分布)示意图;
图4(b)为反射式等离子天线构型(面阵分布)示意图;
图5为反射式等离子调相阵面示意图;
图6单源激励透射式等离子调相阵面示意图;
图7为全球源激励透射式等离子调相阵面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
在图1中,在采取经典的天线构型的基础上,通过加装等离子控制部件,并根据需求利用调制单元对等离子部件进行控制实现特定的方向图及波束指向。在***实现方面,等离子体的形式将可以考虑采取低温低压气态等离子体或硅基固态等离子体材料,此外在成本和重量方面也可以得到良好的控制。
在图2中,以卡塞格伦天线为例,其主副反射面均可采取等离子反射面构成,通过控制等离子反射面反射部分和透射部分的分布实现天线结构的重构。将等离子体加工成小型反射面,镶嵌构成反射面。通过激励控制部分反射面等离子体处于反射状态,而另外部分则处于透射状态。图2中A表示起反射作用的阵元,B表示透射状态的阵元。通过控制等离子阵元的状态实现反射面的重构。
在图3中,由微波源产生的电磁波透过等离子体,对电磁波幅度和相位在空间进行调制,形成对地面观测区域辐照。
在图4中,反射式等离子幅相调制天线构型如上图所示。在该种构型下又可设计为两种形式,形式如图4(a)所示,等离子体依抛物面分布,由馈源产生的电磁波经等离子体反射后,形成对地面观测区域辐照。形式二如图4(b)所示,等离子体为面阵结构,电磁波经等离子体面阵反射后,实现对其在辐射空间内的幅度和相位的调制。
在图5中,相控阵结构的反射形式以平行平面波偏置入射等离子阵元所构成的面阵。等离子阵面对其幅度和相位进行调制后形成反射波,并在空间进行加权。
在透射式阵面构型方面可采用单激励源和分布式激励的两种模式。其中单激励源模式如图6所示,仅是采用透射式等离子体对入射信号的幅度或相位进行调制。多源激励如图7所示,主要思路是改造现有相控阵阵元结构,有源微波器件将仅用于微波功率发射,而调相的任务将交给表面敷设的等离子阵元完成。这样***的复杂度将会大幅降低并且精度获得较大提升。
创新之处:
利用等离子体进行微波空间相位高精度定量调制。通过合理的控制等离子体的激发方式、浓度、理化特性、激励电流和保持电压等要素,对入射的微波波前在空间进行幅度和相位的调制。在建立相应的数学模型基础上进行实验验证,实现利用等里子体对微波波前的高精度定量化调制。
Claims (9)
1.一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,包括天线本体、等离子部件和调制控制单元,所述的等离子部件安装在天线本体上,并与调谐控制单元连接,通过调制控制单元对等离子部件进行控制实现特定的方向图及波束指向。
2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,所述的等离子部件通过天线罩、反射面或等离子微波透镜的方式安装在天线本体上。
3.根据权利要求2所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,对于等离子部件为反射面时,其安装形式包括:
等离子部件依抛物面分布,由馈源产生的电磁波经等离子部件反射后,形成对地面观测区域辐照;
或者等离子部件为面阵结构,电磁波经等离子部件面阵反射后,实现对其在辐射空间内的幅度和相位的调制。
4.根据权利要求3所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,所述的面阵结构等离子部件对入射波幅度和相位进行调制后形成反射波,并在空间进行加权。
5.根据权利要求2所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,反射面的重构通过控制等离子阵元的状态来实现,具体为:
将等离子体加工成反射面单元,镶嵌构成反射面,通过激励控制部分反射面单元处于反射状态,而其余部分则处于透射状态,实现反射面的重构。
6.根据权利要求2所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,对于等离子部件为等离子微波透镜时,采用等离子透射式调相阵面,具体为:
由微波源产生的电磁波透过等离子透射式调相阵面,对电磁波幅度和相位在空间进行调制,形成对地面观测区域辐照。
7.根据权利要求6所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,所述的等离子透射式调相阵面采用单激励源或分布式激励方式。
8.根据权利要求7所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,所述的单激励源具体为:仅采用透射式等离子体对入射信号的幅度或相位进行调制。
9.根据权利要求7所述的一种基于等离子体的电调相面天线,其特征在于,所述的分布式激励具体为:将有源微波器件仅用于微波功率发射,而调相的任务将交给表面敷设的等离子阵元完成。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410750724.8A CN104466406A (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 一种基于等离子体的电调相面天线 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410750724.8A CN104466406A (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 一种基于等离子体的电调相面天线 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104466406A true CN104466406A (zh) | 2015-03-25 |
Family
ID=52912056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410750724.8A Pending CN104466406A (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 一种基于等离子体的电调相面天线 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104466406A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110931988A (zh) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种列车传感网络无线能量发射方法、装置 |
CN110148841B (zh) * | 2019-05-08 | 2021-01-19 | 南京邮电大学 | 一种基于固态等离子体的多波束扫描阵列天线 |
CN113314852A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-27 | 上海交通大学 | 一种等离子体调制器和电磁波矢量显微传感器 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1794516A (zh) * | 2005-12-29 | 2006-06-28 | 上海交通大学 | 自重构等离子体天线 |
CN101286587A (zh) * | 2008-05-27 | 2008-10-15 | 南京航空航天大学 | 电控等离子体八木天线 |
CN101971422A (zh) * | 2008-03-12 | 2011-02-09 | 波音公司 | 用于相控阵列天线的扫描角度增强的透镜 |
CN102255140A (zh) * | 2011-04-20 | 2011-11-23 | 东南大学 | 一种波束可控的透镜及维瓦尔第天线 |
CN103367918A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-23 | 电子科技大学 | 一种基于准表面等离子体波导的频率扫描阵列天线 |
CN103594790A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-02-19 | 深圳光启创新技术有限公司 | 超材料板、反射面天线***及电磁波反射调节方法 |
-
2014
- 2014-12-10 CN CN201410750724.8A patent/CN104466406A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1794516A (zh) * | 2005-12-29 | 2006-06-28 | 上海交通大学 | 自重构等离子体天线 |
CN101971422A (zh) * | 2008-03-12 | 2011-02-09 | 波音公司 | 用于相控阵列天线的扫描角度增强的透镜 |
CN101286587A (zh) * | 2008-05-27 | 2008-10-15 | 南京航空航天大学 | 电控等离子体八木天线 |
CN102255140A (zh) * | 2011-04-20 | 2011-11-23 | 东南大学 | 一种波束可控的透镜及维瓦尔第天线 |
CN103367918A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-23 | 电子科技大学 | 一种基于准表面等离子体波导的频率扫描阵列天线 |
CN103594790A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-02-19 | 深圳光启创新技术有限公司 | 超材料板、反射面天线***及电磁波反射调节方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
汪秀: "可重构广角天线及等离子体天线关键部件研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
王亮: "薄层等离子体与表面等离子体激元的实验研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 * |
黄方意等: "等离子体天线技术原理分析", 《舰船电子对抗》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110931988A (zh) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种列车传感网络无线能量发射方法、装置 |
CN110148841B (zh) * | 2019-05-08 | 2021-01-19 | 南京邮电大学 | 一种基于固态等离子体的多波束扫描阵列天线 |
CN113314852A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-27 | 上海交通大学 | 一种等离子体调制器和电磁波矢量显微传感器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108598715B (zh) | 一种多功能集成的反射透射一体化电磁编码超材料 | |
Xu et al. | Flexible control of highly‐directive emissions based on bifunctional metasurfaces with low polarization cross‐talking | |
Fan et al. | Frequency scanning radiation by decoupling spoof surface plasmon polaritons via phase gradient metasurface | |
Li et al. | A novel metasurface for dual-mode and dual-band flat high-gain antenna application | |
Pfeiffer et al. | Controlling vector Bessel beams with metasurfaces | |
Liao et al. | Independent manipulation of reflection amplitude and phase by a single‐layer reconfigurable metasurface | |
US10411343B2 (en) | Electromagnetic beam steering antenna | |
CN103441335B (zh) | 一种用于平面波导cts天线馈电装置的宽频带线源 | |
EP3531508B1 (en) | Reflective array antenna and communication device | |
Li et al. | Wideband multifunctional metasurface for polarization conversion and gain enhancement | |
Li et al. | Angular‐adaptive spin‐locked retroreflector based on reconfigurable magnetic metagrating | |
Chen et al. | Wideband leaky-wave antennas loaded with gradient metasurface for fixed-beam radiations with customized tilting angles | |
CN104466406A (zh) | 一种基于等离子体的电调相面天线 | |
Ataloglou et al. | Static and reconfigurable Huygens’ metasurfaces: Use in antenna beamforming and beam steering | |
Amini et al. | Wide-band polarization control of leaky waves on anisotropic holograms | |
Wang et al. | Shaping the radiation pattern with mu and epsilon-near-zero metamaterials | |
Zhang et al. | Frequency‐multiplexed holographic‐reflective coding metasurface for independent controls of surface wave and spatially propagating wave | |
MacDonell et al. | A mechatronic shape-shifting reflector system with true independent reflection magnitude and phase control for dynamic beamforming | |
Magarotto et al. | Plasma-based intelligent reflecting surface for beam-steering and polarization conversion | |
Li et al. | PIN tuned phase-gradient-metasurface transmitarray for beam steering application | |
Zhu et al. | Frequency coding all-dielectric metasurface for flexible control of electromagnetic radiation | |
Chen et al. | Anisotropic metasurface with high-efficiency reflection and transmission for dual-polarization | |
Liang et al. | Metallic waveguide transmitarrays for dual-band multibeam terahertz antennas | |
CN209056613U (zh) | 圆极化波导阵列天线 | |
Yu et al. | Real-time programmable coding metasurface antenna for multibeam switching and scanning |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |