CN109301453B - 一种等离子天线阻抗匹配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子天线阻抗匹配装置，其包括：介质等离子激励腔体(1)、耦合腔体(2)、第一耦合环(3)、第二耦合环(10)、第一耦合环支撑杆(5)、第二耦合环支撑杆(6)、第一同轴接头法兰座(7)和第二同轴接头法兰座(8)；第一耦合环(3)和第二耦合环(10)分别套设在介质等离子激励腔体(1)上；介质等离子激励腔体(1)套设在耦合腔体(2)内；耦合腔体(2)的外圆周壁上沿轴向方向开有第一射频端口(4)和第二射频端口(9)；第一耦合环支撑杆(5)固定在第一射频端口(4)和第一耦合环(3)之间；第二耦合环支撑杆(6)固定在第二射频端口(9)和第二耦合环(10)之间。

Description

一种等离子天线阻抗匹配装置

技术领域

本发明属于等离子体天线技术领域，具体涉及一种等离子天线阻抗匹配装置。

背景技术

目前，等离子体天线利用封闭在介质腔体中的电离态惰性气体来代替金属导体，根据等离子体的导电性来辐射电磁波。等离子体天线的优点在于低RCS，可快速自重构。

但是，等离子体天线实现起来非常困难，特别是阻抗匹配与金属天线完全不同。金属天线的特性阻抗可以用仪器或者计算机仿真得到，但是，等离子体天线耦合有很高的激励功率，因此很容易烧毁测量仪器；而且，用计算机仿真由无数电离粒子组成的等离子体天线特性在技术上也难以实现。因此，等离子体天线的阻抗匹配非常复杂而且困难。而且，即使能够在某个频段上实现匹配，也仍存在着匹配后的耦合腔体尺寸过大、过重，严重影响了等离子体天线技术的实用化前景。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的装置存在上述缺陷，本发明提出了一种等离子天线阻抗匹配装置，用于等离子体天线的射频功率耦合，有效减小了等离子体天线的腔体尺寸和结构重量，有效解决了等离子体天线的阻抗匹配非常困难的缺陷，尤其是难以在匹配的状态下尽量缩小金属耦合腔体的尺寸的问题；该装置可以非常容易地实现等离子体天线的阻抗匹配，把金属耦合腔体做得很小很轻。

为了实现上述目的，本发明提供了一种等离子天线阻抗匹配装置，其包括：介质等离子激励腔体、耦合腔体、第一耦合环、第二耦合环、第一耦合环支撑杆、第二耦合环支撑杆、第一同轴接头法兰座和第二同轴接头法兰座；

第一耦合环和第二耦合环分别套设在介质等离子激励腔体上，且二者在轴向方向上相隔，互不连接；介质等离子激励腔体套设在耦合腔体内，且第一耦合环、第二耦合环均位于耦合腔体内；耦合腔体的外圆周壁上沿轴向方向开有第一射频端口和第二射频端口；第一耦合环支撑杆位于第一射频端口和第一耦合环之间，且第一耦合环支撑杆的一端固定在第一耦合环上，其另一端穿过第一射频端口固定在第一同轴接头法兰座上；第二耦合环支撑杆位于第二射频端口和第二耦合环之间，且第二耦合环支撑杆的一端固定在第二耦合环上，其另一端穿过第二射频端口固定在第二同轴接头法兰座上。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一耦合环支撑杆和第二耦合环支撑杆均为螺旋状结构，利用螺旋状结构的电感性配合耦合环的电容性，构成匹配网络。其中，螺旋状结构用具有足够硬度的良导体金属丝缠绕而成，射频端口的频率越低、线圈电感越大，螺旋缠绕的圈数越多。

为了尽量减少螺旋线圈的占用空间，从而缩小耦合腔体的整体尺寸，螺旋线圈缠绕时应该尽量密绕，螺旋半径则根据耦合腔体与第一耦合环之间的内部空间选取。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一耦合环支撑杆和第二耦合环支撑杆均由高导电性的金属丝缠绕制成，取代了传统等离子体天线采用的直线形支撑杆，在所述阻抗匹配装置中相当于一个电感，其电参数由金属丝直径、螺旋半径、螺距决定。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一耦合环支撑杆的螺旋状结构的螺距小于第二耦合环支撑杆的螺旋状结构的螺距；第一耦合环支撑杆的螺旋状结构缠绕的螺旋圈数小于第二耦合环支撑杆的螺旋状结构缠绕的螺旋圈数。

作为上述技术方案的改进之一，采用金属焊接的方式，第一耦合环支撑杆的一端焊接在第一耦合环上，其另一端穿过第一射频端口并焊接在第一同轴接头法兰座上，起到支撑第一耦合环的作用；第二耦合环支撑杆的一端焊接在第二耦合环上，其另一端穿过第二射频端口并焊接在第二同轴接头法兰座上，起到支撑第二耦合环的作用。

作为上述技术方案的改进之一，第一耦合环和第二耦合环呈上下分置结构，并安装在介质等离子激励腔体的底部，通过夹持介质等离子激励腔体使其固定在耦合腔体内。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一射频端口，用于耦合激励功率，还用于在填充有惰性气体的介质等离子激励腔体中激发等离子体；

所述第二射频端口，用于发射和接收射频信号；

第一射频端口与第二射频端口采用不同的工作频率，第一射频端口与第二射频端口分别连接滤波器来防止两个不同的端口频率之间的互相干扰；其中，第一射频端口的工作频率高于第二射频端口的工作频率。

作为上述技术方案的改进之一，所述介质等离子激励腔体采用玻璃、树脂等不导电材料制成。

本发明的优点在于：

1、本发明的等离子体天线阻抗匹配装置简化了以往非常复杂的等离子体天线阻抗匹配工作，使其变得非常容易；

2、本发明可以把等离子体天线的耦合腔体做得尺寸非常小，从而大大减小了等离子体天线阻抗匹配装置的整体尺寸和重量；

3、本发明的等离子体天线阻抗匹配装置具有很宽的匹配频带宽，很容易实现驻波比2.0以下的良好阻抗匹配，对工作频率、等离子体天线阻抗匹配装置的整体尺寸等参数的变化不敏感，性能稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的一种等离子天线阻抗匹配装置的结构示意图；

图2是本发明的一种等离子天线阻抗匹配装置的剖视图。

附图标记：

1、介质等离子激励腔体 2、耦合腔体

3、第一耦合环 4、第一射频端口

5、第一耦合环支撑杆 6、第二耦合环支撑杆

7、第一同轴接头法兰座 8、第二同轴接头法兰座

9、第二射频端口 10、第二耦合环

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和2所示，本发明提供了一种等离子天线阻抗匹配装置，其包括：介质等离子激励腔体1、耦合腔体2、第一耦合环3、第二耦合环10、第一耦合环支撑杆5、第二耦合环支撑杆6、第一同轴接头法兰座7和第二同轴接头法兰座8；

第一耦合环3和第二耦合环10分别套设在介质等离子激励腔体1上，且二者在轴向方向上相隔，互不连接；介质等离子激励腔体1套设在耦合腔体2内，且第一耦合环3、第二耦合环10均位于耦合腔体2内；耦合腔体2的外圆周壁上沿轴向方向开有第一射频端口4和第二射频端口9；第一耦合环支撑杆5位于第一射频端口4和第一耦合环3之间，且第一耦合环支撑杆5的右端固定在第一耦合环3上，其左端穿过第一射频端口4固定在第一同轴接头法兰座7上；第二耦合环支撑杆6位于第二射频端口9和第二耦合环10之间，且第二耦合环支撑杆6的右端固定在第二耦合环10上，其左端穿过第二射频端口9固定在第二同轴接头法兰座8上。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一耦合环支撑杆5和第二耦合环支撑杆6均为螺旋状结构，利用螺旋状结构的电感性配合耦合环的电容性，构成匹配网络。其中，螺旋状结构用具有足够硬度的良导体金属丝缠绕而成，射频端口的频率越低、线圈电感越大，螺旋缠绕的圈数越多。

为了尽量减少螺旋线圈的占用空间，从而缩小耦合腔体的整体尺寸，螺旋线圈缠绕时应该尽量密绕，螺旋半径则根据耦合腔体与第一耦合环之间的内部空间选取。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一耦合环支撑杆5和第二耦合环支撑杆6均由高导电性的金属丝缠绕制成，取代了传统等离子体天线采用的直线形支撑杆，在所述阻抗匹配装置中相当于一个电感，其电参数由金属丝直径、螺旋半径、螺距决定。对于具体频段，通过分别改变第一耦合环支撑杆5的螺旋半径和第二耦合环支撑杆6的螺旋半径进行对应的阻抗的微调。一般来说，第一耦合环支撑杆5和第二耦合环支撑杆6均有很大的匹配频带宽，很容易在所需要的频段实现驻波比2.0以下的良好阻抗匹配。

作为上述技术方案的改进之一，如图1和2所示，所述第一耦合环支撑杆5的螺旋状结构的螺距小于第二耦合环支撑杆6的螺旋状结构的螺距；第一耦合环支撑杆5的螺旋状结构缠绕的螺旋圈数小于第二耦合环支撑杆6的螺旋状结构缠绕的螺旋圈数。螺旋线圈的缠绕圈数不同，导致各自的线圈电感不同，从而造成各自的频率也不相同，能够有效避免彼此之间的干扰。

作为上述技术方案的改进之一，采用金属焊接的方式，第一耦合环支撑杆5的右端焊接在第一耦合环3上，其左端穿过第一射频端口4焊接在第一同轴接头法兰座7上，起到支撑第一耦合环3的作用；第二耦合环支撑杆6的右端焊接在第二耦合环10上，其左端穿过第二射频端口9焊接在第二同轴接头法兰座8上，起到支撑第二耦合环10的作用。其中，第一同轴接头法兰座7和第二同轴接头法兰座8均为N头、BNC头或SMA头。

作为上述技术方案的改进之一，第一耦合环3和第二耦合环10呈上下分置结构，并安装在介质等离子激励腔体1的底部，通过夹持介质等离子激励腔体1使其固定在耦合腔体2内。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一射频端口4，用于耦合激励功率，还用于在填充有惰性气体的介质等离子激励腔体中激发等离子体；

所述第二射频端口9，用于发射和接收射频信号；

第一射频端口4与第二射频端口9采用不同的工作频率，第一射频端口4与第二射频端口9分别连接滤波器来防止两个不同的端口频率之间的互相干扰；其中，第一射频端口4的工作频率高于第二射频端口9的工作频率。

作为上述技术方案的改进之一，所述介质等离子激励腔体1采用玻璃、树脂等不导电材料制成。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种等离子天线阻抗匹配装置，其特征在于，其包括：介质等离子激励腔体(1)、耦合腔体(2)、第一耦合环(3)、第二耦合环(10)、第一耦合环支撑杆(5)、第二耦合环支撑杆(6)、第一同轴接头法兰座(7)和第二同轴接头法兰座(8)；

第一耦合环(3)和第二耦合环(10)分别套设在介质等离子激励腔体(1)上，且二者在轴向方向上相隔，互不连接；介质等离子激励腔体(1)套设在耦合腔体(2)内；耦合腔体(2)的外圆周壁上沿轴向方向开有第一射频端口(4)和第二射频端口(9)；第一耦合环支撑杆(5)固定在第一射频端口(4)和第一耦合环(3)之间，且第一耦合环支撑杆(5)的一端固定在第一耦合环(3)上，其另一端穿过第一射频端口(4)固定在第一同轴接头法兰座(7)上；第二耦合环支撑杆(6)固定在第二射频端口(9)和第二耦合环(10)之间，且第二耦合环支撑杆(6)的一端固定在第二耦合环(10)上，其另一端穿过第二射频端口(9)固定在第二同轴接头法兰座(8)上；

所述第一耦合环支撑杆(5)和第二耦合环支撑杆(6)均为螺旋状结构。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一耦合环支撑杆(5)的螺旋状结构的螺距小于第二耦合环支撑杆(6)的螺旋状结构的螺距；第一耦合环支撑杆(5)的螺旋状结构缠绕的螺旋圈数小于第二耦合环支撑杆(6)的螺旋状结构缠绕的螺旋圈数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，采用金属焊接的方式，第一耦合环支撑杆(5)的一端焊接在第一耦合环(3)上，其另一端穿过第一射频端口(4)并焊接在第一同轴接头法兰座(7)上；第二耦合环支撑杆(6)的一端焊接在第二耦合环(10)上，其另一端穿过第二射频端口(9)并焊接在第二同轴接头法兰座(8)上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一耦合环(3)和第二耦合环(10)呈上下分置结构，并安装在介质等离子激励腔体(1)的底部，通过夹持介质等离子激励腔体(1)，固定在耦合腔体(2)内。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一射频端口(4)，用于耦合激励功率，还用于在填充有惰性气体的介质等离子激励腔体(1)中激发等离子体；

所述第二射频端口(9)，用于发射和接收射频信号；

其中，第一射频端口(4)的工作频率高于第二射频端口(9)的工作频率。

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