由氣體分子動力學及波爾茲曼方程建立了基于柱形單極表面波等離子天線結構的控制模型,通過推導和計算得出了一系列模型方程。通過與實驗數據的分析對比,發現在一定條件下模型數據與實驗測試結果吻合良好。模型可用于等離子體天線參數控制、預測以及等離子天線的參數重構控制。

　　表面波是產生等離子體的一種簡單有效的途徑。采用電容或電感耦合的方法, 由表面波可生成高濃度、低噪聲的表面波等離子體。由于電磁波不能穿透等離子體且趨膚深度較小, 等離子柱導電性能與金屬類似, 電磁波可沿等離子體表面傳播, 因此可將等離子體柱用作天線[1-5] 。等離子體天線具有噪聲低、性能與金屬天線接近、參數重構能力強、天線陣列設計簡單等優點, 適用于復雜電磁環境。趙國偉等[6-10] 對等離子體天線色散關系和輻射場數值、射頻激勵等離子體非線性效應進行了相關研究, 李圣等[11] 對表面波等離子天線物理特性進行了理論分析, 陳宗勝等[12] 研究了表面波等離子體天線的柱狀等離子體源參數特性, 楊蘭蘭等[13] 研究了等離子體天線中波的色散關系, 曹立輝等[14] 對等離子體天線輻射特性作了相關研究。綜合以上研究, 外部激勵能量對等離子體影響作用巨大, 直接決定天線的性能。控制外部參數如裝置的尺寸、放電氣壓、放電功率、射頻源頻率以及放電線圈的設計可對等離子體天線的相關參數進行控制。

　　基于氣體動力學理論、波爾茲曼方程和柱形單極表面波等離子天線的物理結構, 建立等離子天線參數控制模型, 反映天線狀態與外部控制能量的相互關系, 能為等離子天線參數重構提供相應的理論分析依據。

　　國外對于等離子天線模型已一定的研究[15-18], 文獻[17] 提出一種電場放電的等離子天線的模型, 但從現有的文獻看基于等離子天線放電結構的模型還沒有建立, 現有等離子天線模型缺乏深入的理論研究和推導。

　　等離子天線的參數重構研究是等離子天線走向實際運用的一個重要內容。從粒子運動微觀層面進行建模分析、計算, 能得到近似度較高的結果。實驗證明, 建立的模型具有較好的精度, 一定條件下, 適用于等離子體天線參數控制。

　　關鍵詞： 等離子天線;單極柱形;表面波;控制模型;研究

　　Abstract: The control of the cylindrical monopole plasma antenna excited by the surface wave,and the structure of the plasma antenna were modeled,formulated,and evaluated on the basis of gas molecular dynamics and Boltzmann equation.Various factors,such as the impacts of the power of the external excitation on the distributions of the magnetic field and current density,electron energy and power density around the antenna,as well as the dielectric constant,conductivity and emission properties on its surface were calculated.The calculated results including the distributions of the current density and electric field of the plasma antenna,agree fairly well with those of the experiment under certain conditions.We suggest that the recently developed model be capable of controlling and predicting the characteristics,and realizing the reconfigurable control of the plasma antenna.

　　Keywords: Plasma antenna,Cylindrical monopole,Surface wave,Control model,Research

　　基金項目: 軍隊科研重點項目

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