CN102809700B - 等离子体中电波传播实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电波实验测试领域，涉及一种等离子体中电波传播实验装置，其特征是：至少包括大面积均匀非磁化等离子体产生单元，发射天线和防绕射接收单元，大面积均匀非磁化等离子体产生单元通过紧固螺栓连接防绕射接收单元，发射天线与防绕射接收单元的接收天线在同一轴线上，防绕射接收单元用于接受经过到等离子体后的电波信号，屏蔽绕射过等离子体的电波信号。本装置具有以下优点：1)等离子体可持续时间长且实验可重复，理论上不受时间影响。2)采用金属屏蔽罩和金属屏蔽环结构，内部贴有吸波材料，可完全隔绝电磁波绕射和泄漏，只接收天线间直射路径的电波，祛除由于电波绕射和泄漏引起的测量偏差。

Description

等离子体中电波传播实验装置
技术领域
本发明属于电波实验测试领域，涉及一种等离子体中电波传播实验装置，用于对电磁波在等离子体中的传播进行实验测量。
背景技术
等离子体作为一种特殊的色散介质，对电磁波有着独特的吸收、反射、散射特性，研究电磁波在等离子体中的传播特性，以及等离子体与电磁波的相互作用是空间飞行器再入、电离层研究、等离子体隐身技术等研究工作的基础和关键内容。一般研究方法有计算机仿真分析和真实等离子体实验，计算机仿真分析也以真实等离子体实验为基础。
目前，研究等离子对电波传播影响的地面实验的等离子体产生方式主要分为两大类，他们都存在以下难以克服发热缺点：
1、第一类是基于高速气动原理产生等离子体，以弹道靶和激波管为代表。激波管是试验气体被爆炸产生的激波驱动，产生等离子体。这一类方法产生等离子体的物理机理与真实再入体相同，但缺点是试验时间极短（百微秒级），实验重复性差。 
2、第二类是人造等离子体，以等离子喷流技术为代表。等离子喷流技术利用微波、电弧等手段电离气体产生等离子体，再利用高压气流将等离子体以高速气流的形式喷射出来，常用于材料烧蚀试验，其伴随的高温具有破坏性，且难以得到均匀、稳定的厚度和密度。由于存在高温气体喷流，只能将天线放置于等离子喷流两端，无法加入必要的屏蔽措施，难以祛除由于电波绕射引起的测量偏差，造成测量实验结果比理论计算衰减小，不能完全反映实际等离子体对电波衰减作用，更无法研究等离子体引起的相移作用。
专利文献《大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法》（公开号：102361531A）中公开了一种重复性好、误差低且可持续的大面积均匀非磁化等离子体产生装置，由于其特殊的设计，预留出电磁波传播路径，可作为研究等离子体对电波传播影响的地面试验装置。但若直接应用于电波传播实验，将天线放置于放电腔体两端，仍不可避免电波绕射引起的测量偏差，无法实验观察出等离子体对电波的大衰减作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能祛除电波绕射引起测量误差的防绕射的等离子体中电波传播实验装置，用于研究多种频段的电波在等离子体中的传播。
本发明的目的是这样实现的，等离子体中电波传播实验装置，其特征是：至少包括大面积均匀非磁化等离子体产生单元，发射天线和防绕射接收单元，大面积均匀非磁化等离子体产生单元通过紧固螺栓连接防绕射接收单元，发射天线与防绕射接收单元的接收天线在同一轴线上，防绕射接收单元用于接受经过到等离子体后的电波信号，屏蔽绕射过等离子体的电波信号。
所述的防绕射接收单元的腔体内有接收天线，腔体通过吸波材料层和金属屏蔽罩形成内外层吸波屏蔽体，接收天线通过同轴缆与吸波屏蔽体外的电缆接头连接。
所述的同轴缆的的屏蔽层与金属屏蔽罩相连接。
所述的电缆接头采用SMA接头形式。
所述的发射天线连接信号源，用于向等离子体中发射电磁波，发射天线低频段采用螺旋天线，高频段采用点聚焦天线，采用波束汇聚的螺旋天线或点聚焦天线。
所述的金属屏蔽罩为金属铜制成，内壁孔径360mm，外壁直径380mm，长300mm。
所述的金属屏蔽罩内壁全部紧贴吸波材料层，吸波材料选为铁氧体吸波材料。
所述的接受天线采用与发射天线相同的天线形式，正对发射天线，同处于中轴线上。
本发明由于采用了基于低气压辉光放电原理的大面积均匀非磁化等离子体产生装置产生等离子体，且在该装置的特殊结构的基础上公开了一种防绕射的电波接受装置，防止由于电波绕射和泄漏引起的测量偏差，特别适用于研究等离子体对电波传播的影响。
相比现有的等离子体产生装置，本装置具有以下优点：1)等离子体可持续时间长且实验可重复，理论上不受时间影响。2)采用金属屏蔽罩和金属屏蔽环结构，内部贴有吸波材料，可完全隔绝电磁波绕射和泄漏，只接收天线间直射路径的电波，祛除由于电波绕射和泄漏引起的测量偏差。 
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是等离子体中电波传播实验装置结构示意图。
图中：1、大面积均匀非磁化等离子体产生单元；2、发射天线；3、防绕射接收单元；31、金属屏蔽罩；32、吸波材料层；33、接收天线；34、金属屏蔽环；35、电缆接头；36、紧固螺栓；37、同轴缆。
具体实施方式
实施例1
等离子体中电波传播实验装置，至少包括大面积均匀非磁化等离子体产生单元1，发射天线2和防绕射接收单元3，大面积均匀非磁化等离子体产生单元1通过紧固螺栓36连接防绕射接收单元3，发射天线2与防绕射接收单元3的接收天线33在同一轴线上。防绕射接收单元3用于接受经过到等离子体后的电波信号，屏蔽绕射过等离子体的电波信号。
实施例2
参照图1，等离子体中电波传播实验装置，至少包括大面积均匀非磁化等离子体产生单元1，发射天线2和防绕射接收单元3，大面积均匀非磁化等离子体产生单元1通过紧固螺栓36连接防绕射接收单元3，发射天线2与防绕射接收单元3的接收天线33在同一轴线上。防绕射接收单元3用于接受经过到等离子体后的电波信号，屏蔽绕射过等离子体的电波信号。实验过程中，信号源与发射天线2直接相连，电波测量仪器，如示波器、网络矢量分析仪、频谱仪与电缆接头35相连。
防绕射接收单元3的腔体内有接收天线33，腔体通过吸波材料层32和金属屏蔽罩31构成内外层吸波屏蔽体，接收天线33通过同轴缆37与吸波屏蔽体外的电缆接头连接；其中同轴缆的37的屏蔽层与金属屏蔽罩31相连接。电缆接头35采用SMA接头形式。大面积均匀非磁化等离子体产生单元1采用专利文献《大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法》（公开号：102361531A）中公开的等离子体发生装置，可持续的产生大面积均匀非磁化等离子体，在预留出电磁波传播路径上，无任何金属阻挡物。
发射天线2为低频段（L/S/C波段）采用螺旋天线，高频段（K/Ku/Ka波段）采用点聚焦天线，连接信号源，用于向等离子体中发射电磁波，采用波束汇聚的螺旋天线和点聚焦天线，天线发射波束窄且旁瓣小，可以降低绕射的影响。
其中金属屏蔽罩31为金属铜制成，内壁孔径360mm，外壁直径380mm，长300mm。
金属屏蔽罩31内壁全部紧贴吸波材料层，吸波材料选为铁氧体吸波材料。对电波有强烈的吸收和衰减作用，避免了金属屏蔽腔体对电波的放大作用。由于吸波材料的波段不能完全覆盖实验所需的所有波段，可根据实验波段的不同，对吸波材料层进行更换。
接受天线33采用与发射天线2相同的天线形式，正对发射天线，同处于中轴线上，仅测量等离子体对从发射天线到接收天线的直射路径上的电波传播影响。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.等离子体中电波传播实验装置，其特征是：至少包括大面积均匀非磁化等离子体产生单元，发射天线和防绕射接收单元，大面积均匀非磁化等离子体产生单元通过紧固螺栓连接防绕射接收单元，发射天线与防绕射接收单元的接收天线在同一轴线上，防绕射接收单元用于接受经过到等离子体后的电波信号，屏蔽绕射过等离子体的电波信号；所述的防绕射接收单元的腔体内有接收天线，腔体通过吸波材料层和金属屏蔽罩形成内外层吸波屏蔽体，接收天线通过同轴缆与吸波屏蔽体外的电缆接头连接；所述的同轴缆的屏蔽层与金属屏蔽罩相连接；所述的发射天线连接信号源，用于向等离子体中发射电磁波，发射天线低频段采用螺旋天线，高频段采用点聚焦天线，采用波束汇聚的螺旋天线或点聚焦天线。
2.根据权利要求1所述的等离子体中电波传播实验装置，其特征是：所述的电缆接头采用SMA接头形式。
3.根据权利要求1所述的等离子体中电波传播实验装置，其特征是：所述的金属屏蔽罩为金属铜制成，内壁孔径360mm，外壁直径380mm，长300mm。
4.根据权利要求1所述的等离子体中电波传播实验装置，其特征是：所述的金属屏蔽罩内壁紧贴吸波材料层，吸波材料层为铁氧体吸波材料。
5.根据权利要求1所述的等离子体中电波传播实验装置，其特征是：所述的接受天线采用与发射天线相同的天线结构，接受天线正对发射天线。
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