научная статья по теме ПЛАЗМЕННАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ Физика
Текст научной статьи на тему «ПЛАЗМЕННАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ»
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2009, том 35, № 1, с. 56-60
ПЛАЗМЕННАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ
© 2009 г. К. С. Володин, И. М. Минаев, А. А. Рухадзе, К. 3. Рухадзе, К. Ф. Сергейчев
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия Поступила в редакцию 19.05.2008 г. Окончательный вариант получен 19.06.2008 г.
Представлены результаты экспериментальных исследований возможности управления диаграммой направленности волноводно-щелевой антенны с помощью плазменного столба газоразрядной трубки, помещенной внутрь волновода. Изменение разрядного тока в газоразрядной трубке приводит к изменению плотности плазмы, что позволяет управлять диэлектрическими свойствами волновода. При изменении разрядного тока от 0 до 200 мА положение максимума диаграммы направленности менялось на
17° что свидетельствует об эффективности плазменного управления диаграммой направленности антенны.
В работах [1-3] приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований возможности создания антенны, в которой токонесущий провод заменяется плазменным столбом, возбуждаемым собственным излучением передатчика, показано, что эффективность таких антенн не хуже антенн с токонесущим металлическим проводником. Представляет интерес исследование возможности использования плазмы внутри волновода, диэлектрическую проницаемость которой можно изменять, варьируя плотность плазмы. Применение такой структуры позволит управлять диаграммой направленности антенны.
В настоящее время широкое распространение получили антенные системы с электронным управлением диаграммой направленности [4-6]. Преимущества таких систем перед механическими системами управления очевидны:
- практически мгновенное перемещение луча в заданную точку пространства;
- возможность одновременного осуществления режимов слежения, наведения, прицеливания.
Существует несколько технических способов управления диаграммой направленности (ДН) антенн, но все они сводятся к изменению фазы излучателей друг относительно друга.
Одним из методов управления ДН волноводно-щелевых антенн является частотное сканирование [5]. В этом методе управление ДН достигается изменением несущей частоты генератора. Для управления ДН в пределах большого сектора углов необходима перестройка частоты генератора в широком диапазоне частот, что является недо-
статком такого метода. Для того чтобы осуществлять сканирование в пределах большого сектора углов, и при этом мало менять частоту генератора, используются антенны с большим замедлением (змейковые или спиральные волноводы, волноводы с замедляющей, например ребристой структурой [6]).
Кроме перечисленных выше способов, имеется возможность создания плазменной структуры внутри волновода, при этом управление ДН может осуществляться как путем изменения плотности плазмы, так и изменения частоты генератора.
Плазменное управление ДН достигается изменением диэлектрических свойств волновода. С этой целью в волновод антенны вводится газоразрядная трубка, в которой зажигается разряд. Диэлектрические свойства волновода, заполненного комбинацией диэлектриков (воздух, диэлектрическая трубка, плазменная область внутри разрядной трубки) можно характеризовать эффективной проницаемостью £е& = /(е0, гл, гр), зависящей как от проницаемости пространства волновода вокруг трубки с £0 = 1, проницаемости материала трубки, гл, так и от диэлектрической проницаемости плазмы разряда, гр. Необходимо отметить, что антенна может работать только тогда, когда эффективная диэлектрическая проницаемость положительна. В противном случае происходит отсечка распространения электромагнитной волны в волноводе антенны. При этом плазма вносит отрицательный вклад в эффективную диэлектрическую проницаемость, а диэлектрическая трубка положительную. Трубка с диэлектрической постоянной гл заполняется разреженной плазмой с тем условием, чтобы частота излучения ю намного превосходила эффектив-
Рис. 1. Геометрические параметры волноводно-щелевой антенны.
ную частоту столкновений электронов у, чтобы минимизировать затухание волны. При этом диэлектрическая проницаемость плазмы принимает простой вид [7]: