一种实现电磁能量定向传输的方法技术

本发明专利技术公开了一种实现电磁能量定向传输的方法，在电磁波传播方向上依次并排放置多个环形等离子体；每两个环形等离子体外沿之间的间距小于或等于其内部传输电磁波中心频点对应的波导波长的四分之一。本发明专利技术使用环形等离子体代替相同尺寸的圆波导；环形等离子体也可以套在固态介质表面，形成介质填充圆波导的功能；并且可以使用点亮的环形日光灯实现环形等离子体的效果，可以通过定制不同尺寸的圆环形日光灯管来实现不同频段的电磁波的传输，制作简单、生产成本低，并且能够大幅降低波导重量，运输方便。运输方便。运输方便。

【技术实现步骤摘要】
一种实现电磁能量定向传输的方法


[0001]本专利技术属于通信
，特别涉及一种实现电磁能量定向传输的方法。

技术介绍

[0002]在电磁学和通信工程中，要实现电磁能量在限定区域内的定向传输，一般需要使用波导。根据传输电磁波的模式，在微波射频领域常见的波导结构主要有平行双导线、同轴线、矩形波导、圆波导等。波导的主要作用是作为电磁波的传输装置，在微波炉、雷达、通讯卫星和微波无线电链路设备中用来将微波发送器和接收机与它们的天线连接起来。其中，圆波导具有损耗较小和双极化的特性，常用于天线馈线中，也可作较远距离的传输线，并广泛用作微波谐振腔。和矩形波导一样，圆形波导只能传播TE波和TM波。横截面内半径为R的圆形波导TM
mn
模的截止波长为：
[0003][0004]式中，R为圆波导的半径，P
mn
为m阶贝塞尔函数的第n个根。
[0005]TE
mn
模的截止波长为：
[0006][0007]式中，P'
mn
为m阶贝塞尔函数的第n个根。
[0008]圆波导采用一定厚度的金属制成，内外半径之差为波导壁厚，根据使用需要，其内部为空气或者填充介质，电磁波被限制在圆波导内进行传输。内部为空气时，内部传输电磁波的波长等于其在空气中的波长，并且能够承受的最大传输功率为使其内部最大电场小于等于空气击穿阈值3Mv/m的电磁波功率。内部填充介质时，内部传输电磁波波长为其波导波长(等于空气中波长除以填充介质相对介电常数的平方根)，此时能够承受的最大传输功率取决于其内部填充介质的击穿场强阈值。圆波导的金属材质决定了其重量，根据传输截止波长，所使用的频段决定了其尺寸。除了在一些设备或者系统之中，必须要使用圆波导来进行电磁波传播的场景外，在一些临时性或者非规范使用中需要对电磁波进行圆波导传播的地方，特别是长距离传播的这些场景，使用金属圆波导将会十分笨重，如果传输路径涉及到弯曲，圆波导还需要特别加工，增加加工成本。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用环形等离子体代替相同尺寸的圆波导，可以套在固态介质表面，形成介质填充圆波导的功能；并且可以使用点亮的环形日光灯实现环形等离子体的效果，制作简单、生产成本低，并且能够大幅降低波导重量，运输方便的实现电磁能量定向传输的方法。
[0010]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种实现电磁能量定向传输的方法，在电磁波传播方向上依次并排放置多个环形等离子体；每两个环形等离子体外沿之间
的间距小于或等于其内部传输电磁波中心频点对应的波导波长的四分之一。
[0011]进一步地，所述环形等离子体采用环形日光灯管形成。
[0012]进一步地，入射环形等离子体的电磁波的角频率大于或等于环形等离子体的角频率，且电磁波的入射角度与水平线的夹角小于电磁波垂直入射环形等离子体时与水平线的夹角。
[0013]本专利技术的有益效果是：使用环形等离子体代替相同尺寸的圆波导；圆环可以套在固态介质表面，形成介质填充圆波导的功能。可以使用点亮的环形日光灯实现环形等离子体的效果，并且可以通过定制不同尺寸的圆环形日光灯管来实现不同频段的电磁波的传输，制作简单、生产成本低，并且能够大幅降低波导重量，运输方便。
附图说明
[0014]图1为本专利技术并排放置的环形等离子体结构示意图；
[0015]图2为本专利技术环形等离子体内内外电磁波传播示意图一；
[0016]图3为本专利技术环形等离子体内内外电磁波传播示意图二；
[0017]图4为本专利技术环形等离子体套在固态介质表面的结构示意图；
[0018]图5为本专利技术改变传播方向的环形等离子体放置示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。
[0020]如图1所示，本专利技术的一种实现电磁能量定向传输的方法，在电磁波传播方向上依次并排放置多个环形等离子体；每两个环形等离子体外沿之间的间距小于或等于其内部传输电磁波中心频点对应的波导波长的四分之一，本实施例中，所有环形等离子体的圆心在同一直线上。
[0021]入射环形等离子体的电磁波的角频率大于或等于环形等离子体的角频率，且电磁波的入射角度与水平线的夹角小于电磁波垂直入射环形等离子体时与水平线的夹角。所述等离子体是一种典型的色散介质，用Drud模型来描述，其折射率为：
[0022][0023]其中，ε
r
是等离子体的相对介电常数，ω是入射电磁波的角频率；ω
p
为环形等离子体角频率，v
p
是等离子体碰撞频率，分别由下式获得：
[0024][0025]其中n
e
是等离子体电子密度，m
e
是电子质量，e是电子电量，k是玻尔兹常数，T
e
是等离子体中自由电子温度，ε0为空气的介电常数；
[0026]在微波频段时，将(1)式简化为：
[0027][0028]从式(3)知，等离子体的折射率有以下三种情况：
[0029]①
ω＜ω
p
，折射率η是虚数，此时，电磁波不能在等离子体中传播，如果ω＜＜ω
p
，等离子体对电磁波表现为良导体的特性，电磁波会被该等离子体全反射。
[0030]②
ω＝ω
p
，折射率η等于0，根据Snell折射定律，如果入射角大于临界折射角θ
c
，电磁波将会发生全反射；临界折射角定义为θ
c
＝arcsin(η
r
/η
i
)，其中η
i
和η
r
分别为入射和出射媒质的折射率；电磁波从空气入射到零折射率材料，即η
i
＝1，η
r
＝0，因此θ
c
＝0。如图2所示，图中，电磁波与水平面(等离子体环圆心所在的直线)的夹角为相对环内径水平面的入射角，如∠1、∠2、∠3所示；电磁波与圆环表面法线之间的夹角为等离子体环表面入射角，如∠4、∠5、∠6所示。∠2对应的电磁波是垂直入射环形等离子体，因此对应等离子体环表面入射角∠5＝0，为临界折射角；∠1小于∠2，∠3大于∠2；∠1和∠3入射到圆环上时，与圆环表面法线的夹角分别为∠4和∠6。∠4和∠6均大于临界折射角∠5，因此入射电磁波将会在等离子体环表面发生全反射。由于反射处的环形特征，小于∠2的入射波(对应等离子体环表面入射角∠4)，会经过环形等离子体反射后，前向传播，进入下一个环形等离子体；大于∠2的入射波(对应等离子体环表面入射角∠6)会经过环形等离子体反射后，朝着入射波的方向射出，不会进入下一个环形等离子体。因此，为了让电磁波能够在环形等离子体内传播，相对环内径水平线的入射角需要小于垂直入射时相对环内径水平线的入射角∠2。
[0031]③
ω＞ω
p
，折射率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现电磁能量定向传输的方法，其特征在于，在电磁波传播方向上依次并排放置多个环形等离子体；每两个环形等离子体外沿之间的间距小于或等于其内部传输电磁波中心频点对应的波导波长的四分之一。2.根据权利要求1所述的一种实现电磁能量定向传输的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韧，唐涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：