基于Boltzmann方程和天線理論建立了表面波激勵等離子天線輻射方向圖重構模型。研究了等離子天線的色散關系，仿真分析了等離子體密度對波矢量的影響以及折射率對等離子天線輻射方向圖的影響。搭建了表面波激勵等離子天線試驗系統，采用旋轉天線測量法對等離子天線陣的輻射方向圖進行了測量。仿真及實驗結果表明：等離子天線輻射方向圖重構模型可以用于等離子天線方向圖重構特性的研究與分析，表面波激勵等離子天線能夠在外界激勵信號的控制下實現輻射方向圖的動態重構。

　　等離子天線(PlasmaAntenna)是用電離的惰性氣體代替金屬作為電磁輻射導向媒質的射頻天線。等離子天線可以通過動態的激發等離子體來調整等離子體電參數，從而導致天線的方向圖、帶寬、增益等性能在較寬范圍內動態改變。相比于傳統金屬天線陣列，等離子天線可以通過電控高速地進行輻射方向圖掃描。因此，等離子體天線具有靈活的可重構性能和快速的動態調整能力。

　　等離子天線獨特的可重構性能使其逐漸成為國內外學者爭先研究的熱點。GerardG.Borg指出等離子柱能夠代替金屬天線作為通信天線使用，并且其表面電流分布能夠通過等離子體密度來控制。JohnPhillipRayner等建立了等離子天線理論模型，并進行了相關實驗，研究了等離子天線的電導率對等離子天線輻射方向圖的影響。PaolaRusso建立了弱氣體電離自洽模型，描述了電子分布函數的空間進化過程，描述了氣壓、頻率和激勵功率等是如何影響等離子體狀態的。

　　國內學者從20世紀90年代開始對等離子體天線研究。趙國偉等參照金屬天線理論，應用數值計算的方法在簡化條件下計算了等離子體行、駐波條件下等離子天線輻射方向圖，分析了等離子體密度的輻射方向圖的影響。梁志偉基于矩量法計算了密度均勻分布的柱形等離子體天線表面電流分布、輻射方向圖、輸入阻抗等天線參數，證明了等離子天線具有與金屬天線類似的輻射特性，并且可以實現天線性能的動態重構。李學識建立了非磁化等離子體天線分析的直接積分運用時域有限差分法(DI-FDTD)數值模型和磁化等離子天線分析的分段線性卷積FDTD模型，研究了等離子天線陣列的方向圖的可重構性。錢志華運用時域有限差分法和矩量法等數值模擬方法從理論上研究二維圓柱體等離子體天線的輻射與散射特性。

　　本文采用軟件仿真與實驗驗證相結合的方法對等離子天線方向圖的可重構性能進行研究。建立等離子天線方向圖重構模型，對等離子天線輻射方向圖的重構特性進行仿真研究。搭建了基于單極表面波激勵的等離子天線實驗系統，對重構模型的正確性進行驗證。

1、等離子天線輻射方向圖重構模型

　　電磁波在介質中傳播的相位為U(t)=Xt+Bz+U0，其中Xt項表示相位以角頻率X隨時間t線性變化，稱為時間相位；Bz項表示相位隨空間坐標z線性變化，稱為空間相位，B為相位常數，表示單位距離內相位的變化量；U0項為z=0處在t=0時刻的初始相位。相控陣雷達的實質是改變饋入信號的初始相位U0，進而達到改變U(t)的目的。本文著手于通過改變信號的相位常數B來改變信號的空間相位Bz，進而達到改變U(t)的目的，最終實現輻射方向圖的重構。等離子天線輻射方向圖重構原理框圖如1所示。

圖1 等離子天線輻射方向圖重構原理框圖

　　如圖1所示，首先，基于Boltzmann方程建立外界激勵與等離子體電參數之間的關系；然后，研究等離子體色散關系，得到等離子體電參數與波矢量之間的關系；根據天線理論，建立起波矢量與方向性函數之間的關系，最終建立起等離子天線輻射方向圖重構模型。

4、結論

　　本文通過仿真和實驗方法對等離子天線輻射方向圖動態重構進行了研究，結論如下：

　　(1)對等離子天線輻射方向圖重構模型進行了仿真，仿真結果表明：通過改變外界激勵功率可以改變等離子體的介電常數、電導率、磁導率等電參數，這些電參數的改變導致電磁波在等離子體中傳播的相位常數發生改變，從而使得等離子天線表面電流分布發生改變，最終使得等離子天線輻射方向圖發生了變化，這說明等離子天線輻射方向圖動態重構存在可行性。

　　(2)基于單極表面波激勵等離子天線實驗系統進行了實驗，一方面證明了等離子天線輻射方向圖重構模型的正確性，另一方面也證實了通過控制外界激勵信號可以實現等離子天線輻射方向圖的動態重構。