由氣體分子動(dòng)力學(xué)及波爾茲曼方程建立了基于柱形單極表面波等離子天線結(jié)構(gòu)的控制模型,通過(guò)推導(dǎo)和計(jì)算得出了一系列模型方程。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在一定條件下模型數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合良好。模型可用于等離子體天線參數(shù)控制、預(yù)測(cè)以及等離子天線的參數(shù)重構(gòu)控制。

　　表面波是產(chǎn)生等離子體的一種簡(jiǎn)單有效的途徑。采用電容或電感耦合的方法, 由表面波可生成高濃度、低噪聲的表面波等離子體。由于電磁波不能穿透等離子體且趨膚深度較小, 等離子柱導(dǎo)電性能與金屬類(lèi)似, 電磁波可沿等離子體表面?zhèn)鞑? 因此可將等離子體柱用作天線[1-5] 。等離子體天線具有噪聲低、性能與金屬天線接近、參數(shù)重構(gòu)能力強(qiáng)、天線陣列設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 適用于復(fù)雜電磁環(huán)境。趙國(guó)偉等[6-10] 對(duì)等離子體天線色散關(guān)系和輻射場(chǎng)數(shù)值、射頻激勵(lì)等離子體非線性效應(yīng)進(jìn)行了相關(guān)研究, 李圣等[11] 對(duì)表面波等離子天線物理特性進(jìn)行了理論分析, 陳宗勝等[12] 研究了表面波等離子體天線的柱狀等離子體源參數(shù)特性, 楊蘭蘭等[13] 研究了等離子體天線中波的色散關(guān)系, 曹立輝等[14] 對(duì)等離子體天線輻射特性作了相關(guān)研究。綜合以上研究, 外部激勵(lì)能量對(duì)等離子體影響作用巨大, 直接決定天線的性能。控制外部參數(shù)如裝置的尺寸、放電氣壓、放電功率、射頻源頻率以及放電線圈的設(shè)計(jì)可對(duì)等離子體天線的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制。

　　基于氣體動(dòng)力學(xué)理論、波爾茲曼方程和柱形單極表面波等離子天線的物理結(jié)構(gòu), 建立等離子天線參數(shù)控制模型, 反映天線狀態(tài)與外部控制能量的相互關(guān)系, 能為等離子天線參數(shù)重構(gòu)提供相應(yīng)的理論分析依據(jù)。

　　國(guó)外對(duì)于等離子天線模型已一定的研究[15-18], 文獻(xiàn)[17] 提出一種電場(chǎng)放電的等離子天線的模型, 但從現(xiàn)有的文獻(xiàn)看基于等離子天線放電結(jié)構(gòu)的模型還沒(méi)有建立, 現(xiàn)有等離子天線模型缺乏深入的理論研究和推導(dǎo)。

　　等離子天線的參數(shù)重構(gòu)研究是等離子天線走向?qū)嶋H運(yùn)用的一個(gè)重要內(nèi)容。從粒子運(yùn)動(dòng)微觀層面進(jìn)行建模分析、計(jì)算, 能得到近似度較高的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明, 建立的模型具有較好的精度, 一定條件下, 適用于等離子體天線參數(shù)控制。

　　關(guān)鍵詞： 等離子天線;單極柱形;表面波;控制模型;研究

　　Abstract: The control of the cylindrical monopole plasma antenna excited by the surface wave,and the structure of the plasma antenna were modeled,formulated,and evaluated on the basis of gas molecular dynamics and Boltzmann equation.Various factors,such as the impacts of the power of the external excitation on the distributions of the magnetic field and current density,electron energy and power density around the antenna,as well as the dielectric constant,conductivity and emission properties on its surface were calculated.The calculated results including the distributions of the current density and electric field of the plasma antenna,agree fairly well with those of the experiment under certain conditions.We suggest that the recently developed model be capable of controlling and predicting the characteristics,and realizing the reconfigurable control of the plasma antenna.

　　Keywords: Plasma antenna,Cylindrical monopole,Surface wave,Control model,Research

　　基金項(xiàng)目: 軍隊(duì)科研重點(diǎn)項(xiàng)目

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