Плазменная антенна бегущей волны

2011
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. РАДИОЭЛЕКТРОНИКА
Т.54 № 11
УДК 533.9…15, 621.396.67
КИРИЧЕНКО Ю. В., ЛОНИН Ю. Ф., ОНИЩЕНКО И. Н.
ПЛАЗМЕННАЯ АНТЕННА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
Национальный научный центр «Харьковский физико-механический институт»,
Украина, Харьков, 61108, ул. Академическая, 1
Аннотация. Исследована возможность использования плазменного столба в качестве линейной антенны
бегущей волны. Показано, что поверхностные волны тока, распространяющиеся по плазменному столбу
конечной длины, являются источником приосевого электромагнитного излучения дециметрового диапазона. Исследовано влияние диэлектрического волновода, окружающего холодную изотропную плазму,
на дисперсионные свойства плазменного столба. Для этого выведено и численно решено соответствующее
дисперсионное уравнение для собственных волн круглого диэлектрического волновода, заполненного
плазмой. Определены параметры плазмы и волновода, при которых замедление бегущей поверхностной
волны близко к единице, благодаря чему антенна излучает преимущественно в осевом направлении. Показано, что при плотности плазмы, равной 1012–1013 см–3, дисперсия рассмотренных волн близка к дисперсии
волн, распространяющихся по металлической антенне бегущей волны
Abstract. The possibility of using plasma column as linear travelling wave antenna is studied. It is shown that
surface current waves propagating in plasma column of finite length are a source of paraxial electromagnetic
radiation of decimeter band. Influence of dielectric waveguide, which surrounds cold isotropic plasma, on dispersion properties of plasma column is investigated. The corresponding dispersion equation for eigenwaves of circular
dielectric waveguide filled with plasma is derived and solved numerically. Plasma and waveguide parameters are
determined under which the surface wave slowing-down is close to unity leading to antenna’s radiation primarily
in axial direction. It is shown that in case of plasma density around 1012–1013 cm–3 dispersion of the considered
wave is close to dispersion of waves propagating in metal travelling wave antenna
Ключевые слова: плазменная антенна, антенна бегущей волны, антенна осевого излучения, линейная антенна,
диэлектрический волновод, ограниченная плазма, поверхностные волны в плазме, plasma antenna, travelling wave
antenna, antenna of axial radiation , linear antenna, dielectric waveguide, bounded plasma, surface waves in plasma
ВВЕДЕНИЕ
В работах [1, 2] столб низкотемпературной
изотропной плазмы, поддерживаемой в диэлектрической цилиндрической трубке с помощью
поверхностной волны, использовался в качестве
передающей антенны для сигнала мощностью от
одного до нескольких десятков ватт на частотах
от десяти до нескольких сотен мегагерц. В работе [2] исследован несимметричный четвертьволновой плазменный вибратор. В этой антенне ВЧ
мощность подается от генератора в коаксиальный волновод–фидер, через торец которого осуществляется ВЧ разряд в кварцевой трубке и воз-
ISSN 0021—3470. Радиоэлектроника. 2011. № 11.
буждение аксиально-симметричной поверхностной волны. При этом на поддержание плазмы
расходуется только небольшая доля (примерно
10%) вводимой мощности. Поверхностная волна
наводит ВЧ ток, являющийся источником электромагнитного излучения. Показано, что при одинаковой вводимой в металлический и плазменный
вибраторы мощности (порядка 100 Вт), мощности
излучения обеих антенн примерно одинаковы при
плотности плазмы n = 1012– 1013 см–3 и радиусе
плазменного столба 1 см. Кроме того, при такой
плотности дисперсионные свойства волн в плазменном столбе приближаются к свойствам волны
Зоммерфельда. Это говорит о том, что столб доста35