本发明专利技术公开一种磁控波束可变的等离子体天线阵列，由多个磁控等离子体天线单元组成。多个磁控等离子体天线单元可以排列成圆形阵列，直线阵列，矩形阵列或半圆形阵列。所述磁控等离子体天线单元包括介质管、惰性气体、激励馈电环、信号馈电环、电磁铁和接地板；在各个磁控等离子体天线单元的激励馈电环上施加相同的射频激励功率对惰性气体进行单端激励产生等离子体柱；在各个磁控等离子体天线单元的信号馈电环上施加相同幅度和相位的通信信号。磁控波束可变的等离子体天线阵列通过控制器调节各个磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度，进而控制各个磁控等离子体天线单元的辐射性能，实现对整个天线阵列的辐射波束的动态控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信领域的天线，尤其是一种磁控波束可变的等离子体天线阵列。
技术介绍
现代通信天线正在向着频率可重构和方向图可重构的智能天线方向发展。智能天线能够在不同方向动态控制辐射强度，从而可以成倍地扩展通信系统容量。等离子体天线可以实现辐射方向图的控制和动态重构，是一种具有良好发展前景的智能天线技术。与传统天线相比，等离子体天线采用等离子体替代普通金属来传导和辐射电磁波。等离子体天线在工作时，可以发射或接受无线电信号，而在不工作时，天线呈现绝缘电介质特性，雷达散射截面极小。等离子体天线具有质量轻、体积小、可重构、造价低的显著优点。在商用上，采用等离子体天线的通信设备可以更好地控制天线的辐射特性。由于采用等离子体作为天线材料，等离子体的密度、碰撞频率等参数都可以动态进行调整。这样可以使天线阻抗、带宽、方向图、辐射功率在较宽范围内动态改变。相比普通相控天线阵， 等离子天线阵列不用活动部件就能高速地进行辐射方向图扫描。在军事上，等离子体天线可以提高军事设施的雷达隐蔽性能。因为采用等离子体材料传导和辐射电磁信号，所以可以在需要的时候才激发产生等离子体，发射军事通信信号；其余时间不激发等离子体，此时等离子体相当于一般惰性气体，不会吸收或散射雷达信号，从而实现对雷达隐身。与单个等离子体天线相比较，等离子体天线阵列的可控范围更宽，性能更优越。目前已有等离子体天线阵列技术一般采用相移阵、调节射频激励功率或是调节工作天线数目的方式对等离子体天线阵列的辐射性能进行动态控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种馈电方式简单，辐射特性快速可调的磁控波束可变的等离子体天线阵列。为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案如下一种磁控波束可变的等离子体天线阵列，包括多个磁控等离子体天线单元；磁控等离子体天线单元包括介质管、惰性气体、激励馈电环、信号馈电环、电磁铁和接地板；介质管中封装有惰性气体；激励馈电环和信号馈电环是金属圆环，环绕在介质管下端的外部，激励馈电环设置在信号馈电环的上方；介质管的正下方依次设置电磁铁和接地板，电磁铁设置在介质管与接地板之间；多个磁控等离子体天线单元的激励馈电环通过导线与射频激励电源相连，射频激励电源为各个磁控等离子体天线单元提供相同的射频激励功率；多个磁控等离子体天线单元的信号馈电环通过导线与信号馈电端口相连，信号馈电端口的通信信号等幅同相地馈入各个磁控等离子体天线单元；各个磁控等离子天线的电磁铁通过导线与控制3器相连；控制器用于分别调节各个磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度，改变对应的磁控等离子体天线单元的介质管中的等离子体的物理特性，进而控制磁控等离子天线单元的辐射性能；磁控波束可变的等离子体天线阵列通过控制器调节各个磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度，调整各个磁控等离子体天线单元的辐射性能，实现整个天线阵列的辐射波束的动态控制。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，所述接地板是圆形的金属平板。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，介质管是中空的柱形管。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，激励馈电环和信号馈电环的内径与介质管的外径相同。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，多个磁控等离子体天线单元排列成圆形阵列、直线阵列、矩形阵列或半圆形阵列。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，所述磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度连续可调。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，所述介质管的长度设置为λ/4，其中λ =c/f, c为真空中的光速，f为磁控波束可变的等离子体天线阵列的工作频率，即通信信号的工作频率。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，介质管中封装有惰性气体和水银蒸汽的混合物。上述的磁控波束可变的等离子体天线阵列中，所述惰性气体为氩气、氖气、氦气、 氪气或氙气。作为上述磁控波束可变的等离子体天线阵列的优选方案，所述激励馈电环的材料为导电性能良好的金属；射频激励电源输出10-30MHZ的正弦波信号；介质管的长度被设置为λ/4，其中A=c/f，c为真空中的光速，f为磁控波束可变的等离子体天线阵列的工作频率，即通信信号的工作频率；介质管由玻璃或者耐热塑料制成，厚度为0. 5mm-4mm ； 接地金属板的半径与介质管的长度之比小于0. 1 ；信号馈电环设置在介质管底端之上的 8mm-12mm，激励馈电环设置在信号馈电环之上3mm-6mm ；惰性气体优选氩气、氖气、氦气、氪气或氙气；惰性气体的压强为IOmTorr-IOTorr ；惰性气体中还可掺入水银蒸汽；电磁铁的磁场强度连续可调。射频激励源的高功率射频信号通过激励馈电环对介质管中的惰性气体进行激励， 使得介质管中的惰性气体被电离成等离子离子体柱。同时，来自信号馈电端口的等幅同相的通信信号通过信号馈电环施加到等离子体柱上，以表面波的形式传导并且辐射出去。多个磁控等离子体天线单元排列起来同时工作构成磁控波束可变的等离子体天线阵列。当磁控波束可变的等离子体天线阵列工作时，所有磁控等离子体天线单元同时受到相同的射频激励处于工作状态，而且每个天线单元上都同时馈入通信信号。当磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场增大时，介质管中的等离子体受到更强的磁场作用，等离子体具有更高的导电率，辐射性能增强。控制器调节各个磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度，使部分磁控等离子体天线单元具有比其他天线单元更强的辐射，进而使得整个天线阵列的辐射方向图发生改变。通过调节各个磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度，就能在一定方向上产生较强的方向图指向性，所以磁控波束可变的等离子体天线阵列的辐射方向图可以在天线单元分布的平面上进行波束扫描。多个磁控等离子体天线单元可以排列成圆形阵列，直线阵列，矩形阵列或半圆形阵列，并且通过控制器调节各个磁控等离子体天线单元的辐射特性，从而获得所需要的辐射波瓣图，方向性等天线参数。本专利技术与现有等离子体天线技术相比，已有等离子体天线阵列一般采用相移阵、 调节射频激励功率或是调节工作天线数目的方式改变天线阵列的辐射特性，可调射频激励电源和相移阵的成本昂贵。磁控波束可变的等离子体天线阵列通过调节各个磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度，可以灵活地对各个磁控等离子体天线单元的等离子体的电导率和辐射强度进行动态调整，因此其辐射特性的可控性更宽、更快速，并且成本更低。同时，磁控波束可变的等离子体天线阵列的各个天线单元同时被激励成为等离子体天线，而且通信信号都等幅同相地馈入到天线单元上，所以各个天线单元是同时工作的，这样可以具有较高的辐射方向性系数。磁控波束可变的等离子体天线阵列的方向图可以指向所需要的方向，辐射方向图具有可控制性，能够将辐射功率集中在需要的方向上，因此方向性系数更高。本专利技术与普通金属天线阵列相比，磁控波束可变的等离子体天线阵列的馈电采用等幅同相馈电方式，这样免去了金属天线阵列对各个天线单元的馈电端口的相位控制电路的复杂性、不稳定性和成本高特性；另外，磁控波束可变的等离子体天线阵列通过改变天线单元的电磁铁的磁场大小，等离子体电导率随之变化，从而影响天线阵列的方向图指向性， 这是一种电控的波束扫描，可以实现方向图的快速动态重构。附图说明图1是磁控波束可变的等离子体天线阵列的磁控等离子子天线单元的结构示意图。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种磁控波束可变的等离子体天线阵列，其特征在于包括多个磁控等离子体天线单元；磁控等离子体天线单元包括介质管、惰性气体、激励馈电环、信号馈电环、电磁铁和接地板；介质管中封装有惰性气体；激励馈电环和信号馈电环是金属圆环，环绕在介质管下端的外部，激励馈电环设置在信号馈电环的上方；介质管的正下方依次设置电磁铁和接地板，电磁铁设置在介质管与接地板之间；多个磁控等离子体天线单元的激励馈电环通过导线与射频激励电源相连，射频激励电源为各个磁控等离子体天线单元提供相同的射频激励功率；多个磁控等离子体天线单元的信号馈电环通过导线与信号馈电端口相连，信号馈电端口的通信信号等幅同相地馈入各个磁控等离子体天线单元；各个磁控等离子天线的电磁铁通过导线与控制器相连；控制器用于分别调节各个磁控等离子体天线单元的电磁铁的磁场强度，进而控制磁控等离子天线单元的辐射性能，实现对整个天线阵列的辐射波束的动态控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌杰，周双，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81
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