CN110277638A - 一种基于重构结构超宽频带低rcs等离子体天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于重构结构超宽频带低RCS等离子体天线，包括高频段天线、通断开关和位于高频段天线上方设置有可调控天线的工作频段及具有低RCS特性的等离子天线，通断开关衔接在高频段天线与等离子天线之间；等离子天线包括底盘、等离子栅阵，等离子栅阵配装在底盘上方，等离子栅阵通过通断开关电与高频段天线连通，隐身性能好，动态可调性强，互耦效应低的特点。
Description
技术领域
本发明属于通讯装置领域，尤其涉及一种基于重构结构超宽频带低RCS等离子体天线。
背景技术
超短波通信依靠地波传播，不受网络枢纽和中继条件的制约，具有很强的抗毁坏能力，而且其频段较宽，结构简单，受季节和气候的影响很小，稳定性高，通信质量比短波通信好。等离子体的可重构特性为实现天线的宽带和波束重构提供一种新颖的设计方式，并且在短波/超短波天线隐身和去互耦方面较传统金属天线性能更佳。本发明设计了可重构宽带隐身等离子体天线，该新型天线在隐身侦查、方面具有较大的应用潜力。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的隐身侦查、隐身通信容易存在反射波的问题而提出一种基于重构结构超宽频带低RCS等离子体天线，通过控制中部重构结构的状态和顶部惰性气体的状态，可调控天线的工作频段，为超宽频带超短波天线设计提供了一种新方法。本发明提出的超宽频带低RCS等离子体天线，具有超宽带、高增益、低雷达散射截面、重量轻等优点，适用于宽带通信天线系统中，及舰载、机载等需要隐身的平台。
以下对本发明做进步说明：
一种新型的基于重构结构的超宽频带低RCS等离子体天线，包括高频段天线、通断开关和位于高频段天线上方设置有可调控天线的工作频段及具有低RCS特性的等离子天线，通断开关衔接在高频段天线与等离子天线之间；
等离子天线包括底盘、等离子栅阵，等离子栅阵配装在底盘上方，等离子栅阵通过通断开关电与高频段天线连通。
进一步的，所述的高频段天线包括金属地板，位于金属地板上方设置有由上至下渐变缩口的宽带倒锥台、宽带倒锥台的上下口面闭口，宽带倒锥台底端通过射频馈电与金属地板电连接；
进一步的，等离子栅阵包括多个等离子阵子，多个等离子阵子成圆形阵列排布在底盘上，所述的等离子阵子都与通断开关实现电连。
进一步的，所述的等离子阵子包括中空的石英管，等离子阵子的底面为开口面，等离子阵子的底缘与底盘上表面连接，等离子阵子的内腔形成密闭电离腔密闭电离腔内充满惰性气体。
进一步的，等离子体栅阵由多根柱形石英管组成，石英管内填充有惰性气体，通过射频源激励石英管中的惰性气体产生等离子体，具有低RCS特性，天线具有良好辐射。
以下对本发明与现有技术的对比做进一步说明，本发明的可重构超宽频带等离子体天线具有如下优点：：
(1)隐身性能好。等离子体天线的隐身特性最主要表现在当不需要天线进行通信时，关闭等离子体天线的激励源开关，天线处于不工作状态。雷达上的天线所发射的探测信号将会直接穿过约束气体的放电管而不会发生反射，大幅降低被雷达探测的概率。同时等离子体在一定条件下对进入其内部的电磁波信号有强烈的衰减和折射作用，大幅度减弱雷达回波信号功率，降低雷达散射截面(RCS)，有利于隐身。
(2)动态可调性强。等离子体天线具有高速自重构的优势，可以通过控制激励功率，激励方式等控制其等离子体浓度，等离子体频率，碰撞频率，进而改变其相对介电常数；同时，调节激励功率的大小也可以改变等离子体天线阵子长度等方式都可以改变天线的工作频带，辐射效率，方向图等关键性能。
(3)互耦效应低。在天线阵列中，工作天线单元和不工作天线单元之间的互耦会引起天线阵列的阻抗失配，方向图畸变等问题，严重影响天线性能。但在等离子体阵列天线系统中，关闭等离子体天线阵列中的一个阵子使其处于非工作状态，可降低阵子之间的互耦问题。关闭等离子体天线还可降低对周围天线的互耦。
(4)一种新型超宽频带低RCS等离子体天线，通过控制中部重构结构的状态和顶部惰性气体的状态，可调控天线的工作频段，为超宽频带超短波天线设计提供了一种新方法。本发明提出的超宽频带低RCS等离子体天线，具有超宽带、高增益、低雷达散射截面、重量轻等优点，适用于宽带通信天线系统中，及舰载、机载等需要隐身的平台。
附图说明
图1超宽频带低RCS等离子体天线结构示意图。
图2等离子体为激励状态示意图。
图3超宽频带低RCS等离子体天线在30MHz～100MHz的S11仿真结果。
图4超宽频带低RCS等离子体天线在100MHz～500MHz的S11仿真结果。
附图说明：等离子栅阵1、底盘2、通断开关3、宽带倒锥台4、射频馈电5
具体实施方式
本发明提出的一种新型可重构超宽频带等离子体天线，
一种新型的基于重构结构的超宽频带低RCS等离子体天线，包括高频段天线、通断开关和位于高频段天线上方设置有可调控天线的工作频段及具有低RCS特性的等离子天线，通断开关3衔接在高频段天线与等离子天线之间；
等离子天线包括底盘、等离子栅阵1，等离子栅阵配装在底盘2上方，等离子栅阵通过通断开关电与高频段天线连通；
所述的高频段天线包括金属地板，位于金属地板上方设置有由上至下渐变缩口的宽带倒锥台4、宽带倒锥台的上下口面闭口，宽带倒锥台底端通过射频馈电5与金属地板电连接；
等离子栅阵包括多个等离子阵子，多个等离子阵子成圆形阵列排布在底盘上，所述的等离子阵子都与通断开关实现电连。
所述的等离子阵子包括中空的石英管，等离子阵子的底面为开口面，等离子阵子的底缘与底盘上表面连接，等离子阵子的内腔形成密闭电离腔密闭电离腔内充满惰性气体，石英管内填充惰性气体，等离子体管采用射频激励方式产生等离子体，通断开关中通入用于激励等离子体的探入至石英管内的引针或者底口激励单元，当通断开关处于断开状态或者顶部的等离子体气体处于未激励状态时，底部的宽带倒锥台作为天线的辐射体，使天线在高频段实现良好的阻抗匹配和高增益辐射。当等离子体管中的惰性气体被激励源电离后，底部的宽带倒锥台和顶部的等离子体栅阵整体作为天线的辐射体，使天线在低频段实现良好的阻抗匹配和高增益辐射。通过控制输入的射频信号来激励非磁化冷等离子进而实现控制顶部惰性气体激励与否的状态，可调控天线的工作频段，为超宽频带超短波天线设计提供了一种新方法。
采用CST商用软件计算天线在两种状态下的阻抗，如图3和图4所示。图3是等离子体未激励状态下天线的阻抗仿真结果，图4是等离子体激励状态下天线的阻抗仿真结果。从仿真结果可以看出，该新型可重构超宽频带等离子体天线可实现分时宽带工作，两种状态下的阻抗带宽分别达到30MHz～100MHz和100MHz～512MHz。因此，采用等离子体重构技术可实现天线的超宽带工作。
可重构超宽频带等离子体天线在工作频段内，该天线的增益高于-5dB。
综上，可重构等离子体的超宽频带超短波天线，具有超宽带、高增益、低雷达散射截面、重量轻等优点，适用于宽带通信天线系统中，及舰载、机载等需要隐身的平台。
本发明可重构超宽频带等离子体天线等离子体栅阵由多根等离子体柱形管组成。
Claims (4)
1.一种基于重构结构超宽频带低RCS等离子体天线，其特征在于，包括高频段天线、通断开关和位于高频段天线上方设置有可调控天线的工作频段及具有低RCS特性的等离子天线，通断开关衔接在高频段天线与等离子天线之间；
等离子天线包括底盘、等离子栅阵，等离子栅阵配装在底盘上方，等离子栅阵通过通断开关电与高频段天线连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于重构结构超宽频带低RCS等离子体天线，其特征在于，所述的高频段天线包括金属地板，位于金属地板上方设置有由上至下渐变缩口的宽带倒锥台、宽带倒锥台的上下口面闭口，宽带倒锥台底端通过射频馈电与金属地板电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于重构结构超宽频带低RCS等离子体天线，其特征在于，等离子栅阵包括多个等离子阵子，多个等离子阵子成圆形阵列排布在底盘上，所述的等离子阵子都与通断开关实现电连。
4.根据权利要求3所述的一种基于重构结构超宽频带低RCS等离子体天线，其特征在于，所述的等离子阵子包括中空的石英管，等离子阵子的底面为开口面，等离子阵子的底缘与底盘上表面连接，等离子阵子的内腔形成密闭电离腔密闭电离腔内充满惰性气体。
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