Плазменная антенна

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

Плазменная антенна — активно разрабатываемый тип радиоантенн, в которых вместо металлических проводников для приёма и передачи радиоволн используется ионизированный газ — плазма[1][2][3][4][5]. Несмотря на то, что плазменные антенны только появляются, сама идея использовать плазму в антеннах была запатентована в 1919 году и принадлежит Дж. Хеттингеру (J. Hettinger)[6].

Самые первые образцы подобных антенн создавали плазму в газоразрядных приборах (чаще всего лампах) и назывались антеннами с ионизированным газом[1]. Твердотельные плазменные антенны (также известные как кремниевые плазменные антенны — PSiAN) строятся на кремниевых микросхемах и обладают функцией управления направленностью антенны[7]. Плазменные кремниевые антенны скорее всего будут использоваться в технологии WiGig (предполагаемой замены Wi-Fi), а также, например, для уменьшения стоимости радиолокационной системы предупреждения столкновений[7][8]. Кроме твердотельных антенн на данный момент известно три направления создание антенн на основе плазмы: формирование проводящего канала, созданного в атмосфере, под воздействием ионизирующих излучений; взрывные методы формирования плазменных струй в открытом пространстве; использование полученной в диэлектрических трубках плазмы [9]. Такие антенны могут успешно применяться в вооруженных силах для снижения радиолокационной заметности объектов военной техники (летательных аппаратов, кораблей, РЛС и т. д. С точки зрения использования плазменных антенн для маскировки в радиолокационном диапазоне, быстрого включения и почти безынерционного изменения параметров антенны наиболее перспективным выглядит использование плазмы, получаемой в диэлектрических газоразрядных трубках. Если использовать одну такую трубку с проводящим экраном, то получается — несимметричный диполь (вибратор), при использовании системы из нескольких трубок получается ФАР или антенный отражатель, маскирующий экран.





Классификация

По способу формирования и возбуждения плазмы:

  • антенны в газоразрядных трубках;
  • взрывные плазменные антенны (ВПА);
  • атмосферные плазменные каналы;
  • плазменные кремниевые (твердотельные) антенны (ПКА);
  • с плазменным рефлектором на основе скользящего по поверхности диэлектрика разряда;

По типу антенных устройств:

  • плазменные несимметричные вибраторные антенны (диполи — ПНД);
  • плазменные «умные» антенны (плазменные антенные решетки — ПАР);
  • плазменные «оконные» антенны (направляющие антенны);
  • плазменные волноводно-щелевые антенны (ПВЩА);
  • антенны с плазменными рефлекторами (отражателями).

Принцип действия

В плазменной антенне происходит ионизация газа для образования плазмы, которая в отличие от обычного газа обладает довольно высокой электропроводимостью (в частности, при температурах выше 15·106 K проводимость плазмы превышает проводимость серебра[10]), что существенно увеличивает качество передачи радиосигналов. Плазменная антенна может использоваться как для передачи радиоволн, так и для их приёма. Кроме того, плазменная антенна может использоваться как рефлектор или линза для отражения или фокусировки радиоволн от другого источника[11][12].

Твердотельные антенны отличаются тем, что плазма создается за счет множественного испускания электронов, порождаемых активацией тысяч диодов в кремниевой микросхеме[7][8].

История

В США и Австралии ещё в 1999—2002 годах были проведены ряд пионерских экспериментальных исследований по плазменным антеннам, результаты которых представлены в работах Г. Борга, Т. Андерсона и И. Алексеефа и др.[1][13][5];.

По сообщению ИТАР — ТАСС от 23 ноября 2003 года США активно ведут разработку новой плазменной технологии антенн РЛС. Компания Markland Technologies проводит ряд новых научных исследований по созданию ПА и других элементов СВЧ-техники, финансируемых правительством США, с привлечением ведущих специалистов в области физики плазмы. В число наиболее значимых работ компания включила разработки плазменных коаксиальных кабелей и волноводов, разработку плазменных фазированных решеток, изготовление мощных плазменных антенн. Аналогичные разработки плазменных антенн представлены ASI Technology Corporation. Но основным разработчиком плазменных антенн является компания Haleakala Research and Development Inc, основанная Т. Андерсоном, опубликовавшим по своим совместным работам с Алексеефым в 2011 году книгу «Plasma Antennas» . В книге представлены опытные образцы плазменной антенны работающей с приемопередатчиком, плазменных фазированных антенных решеток (ФАР) и отражателей. Теодор Андерсон обладатель нескольких патентов в США на плазменные антенны и устройства на их основе. В настоящее время Haleakala Research and Development Inc ведет совместные разработки с Университетом Теннеси при поддержке грантов по контрактам с армией и ВВС США.

Ряд теоретических и экспериментальных работ по плазменным антеннам проводятся на Украине, в Индии, Иране и Китае[9]. Большинство из них связаны с повторением и дополнением работ Борга, Андерсона и Алексеефа по плазменным антеннам на основе газоразрядных трубок. На Украине большее внимание уделяется взрывным плазменным антеннам создающимся в открытом пространстве[9].

В СССР в конце 80-х годов было проведено исследование по зажиганию ВЧ-разряда вокруг короткого вибратора, помещенного в кварцевый баллон с разреженным воздухом, было показано, что это сопровождается увеличением эффективности излучения антенны и расширением её частотного диапазона в сторону более низких частоты. Были проведены отдельные исследования по плазменным антеннам на основе плазменного следа, оставляемого движущимся в атмосфере со сверхзвуковой скоростью телом и искровым плазменным антеннам.

С 2002 года в Институте общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) по гранту РФФИ 03-02-16993-a (2003—2005 гг.), а с 2005 года базовой кафедрой № 343 МГТУ МИРЭА совместно с Отделом физики плазмы, Отделом колебаний и Теоретическим отделом ИОФ РАН проводятся исследовательские работы по теоретическим основам работы плазменных антенн, по плазменным антеннам из газоразрядных трубок[2][4][3][14], волноводно-щелевым антеннам с плазменным управлением диаграммой направленностью, плазменным экранам на основе скользящего по поверхности диэлектрика разряда.

Преимущества

Плазменные антенны обладают существенными преимуществами над обычными антеннами, например:

Применение

Напишите отзыв о статье "Плазменная антенна"

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 T. R. Anderson and I. Alexeff. [www.science20.com/news_account/stealth_antenna_made_of_gas_impervious_to_jamming 'Stealth' Antenna Made Of Gas, Impervious To Jamming] (англ.). science20.com (12 November 2007). Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/690BD2yls Архивировано из первоисточника 8 июля 2012].
  2. ↑ 1 2 Карфидов, Рухадзе, Сергейчев, Минаев и др. Несимметричный плазменный вибратор с возбуждением поверхностной волной. Физика плазмы, 2006, Том 32, № 4, С. 1-13. Изд.: Наука, апрель 2006.
  3. ↑ 1 2 Минаев, Гусейн-заде, Рухадзе. ПЛАЗМЕННАЯ ПРИЕМНАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА. ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2010, том 36, № 9, с. 1-3. Изд.: Наука, сентябрь 2010.
  4. ↑ 1 2 Сергейчев, Карфидов. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ СВЧ ВОЛНЫ ПО ПЛАЗМЕННОМУ СТОЛБУ ПОСЛЕСВЕЧЕНИЯ СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСНОГО РАЗРЯДА. ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2011, том 37, № 7, с. 1-10. Изд.: Наука, июль 2011.
  5. ↑ 1 2 3 4 Center for Remote Sensing. [www.cfrsi.com/research/emplasma.html Plasma Antenna] (англ.). Center for Remote Sensing. Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/690BDlVK8 Архивировано из первоисточника 8 июля 2012].
  6. ↑ [www.freepatentsonline.com/1309031.html Aerial Conductor for Wireless Signaling and Other Purposes] (англ.). United States Patent 1309031. FreePatentsOnline.com (8 July 1919). Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/690BEF8uv Архивировано из первоисточника 8 июля 2012].
  7. ↑ 1 2 3 David Hambling. [www.newscientist.com/article/mg20827904.600-wireless-at-the-speed-of-plasma.html Wireless at the speed of plasma] (англ.). New Scientist (13 December 2010). Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/690BEgHoy Архивировано из первоисточника 8 июля 2012].
  8. ↑ 1 2 3 [www.livestream.ru/news/2010/12/14/psian/ Британцы разработали революционную плазменную антенну] (рус.). LiveStream.Ru (14 декабря 2010). Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/690BFhFXT Архивировано из первоисточника 8 июля 2012].
  9. ↑ 1 2 3 Пузанов А.О. [www.nbuv.gov.ua/portal/natural/rie/2007_1/12-14.pdf Комплексный импеданс скин-слоя плазменного столба, сформированного в свободном пространстве методом взрыва] (рус.). 28 декабря 2006 г (25 ноября 2012). [www.webcitation.org/6CkdAqvtg Архивировано из первоисточника 8 декабря 2012].
  10. ↑ [www.femto.com.ua/articles/part_2/2843.html Плазма в Физической Энциклопедии]
  11. ↑ D C Jenn. [faculty.nps.edu/jenn/pubs/PlasmaReportFinal.pdf Plasma Antennas: Survey of Techniques and the Current State of the Art] (англ.). Technical Report. Naval Postgraduate School, Monterey, CA 93943-5000 (29 September 2003). Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/690BIMxk2 Архивировано из первоисточника 8 июля 2012].
  12. ↑ N. G. Gusein-Zade, I. M. Minaev, A. A. Rukhadze, and K. Z. Rukhadze. Physical Principles of Plasma Antenna Operation. Journal of Communications Technology and Electronics, 2011, Vol. 56, No. 10, pp. 1207—1211.[link.springer.com/article/10.1134/S1064226911100111 Physical principles of plasma antenna operation].
  13. ↑ 1 2 3 4 Alexeff, I et al.. [ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=4198767 Advances in Plasma Antenna Design] (англ.). Tennessee University, ISSN: 0730-9244, ISBN 0-7803-9300-7 (15 May 2007). Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/690BIt5Vd Архивировано из первоисточника 8 июля 2012].
  14. ↑ 1 2 Nikolay N. Bogachev, Irina L. Bogdankevich, Namik G. Gusein-zade, Vladimir P. Tarakanov [ctn.cvut.cz/ap/index.php?idissue=85 Computer Simulation of a Plasma Vibrator Antenna].
  15. ↑ [www.scribd.com/doc/7149036/Plasma-Antennas Plasma Antennas Plasma Antennas] (англ.). книга. scribd.com (18 October 2008). Проверено 22 декабря 2010.
  16. ↑ Dr. Ted Anderson. [www.haleakala-research.com/uploads/Satellite_Plasma_Antenna_Aug09.pdf An Electronically Steerable and Focusing Plasma Reflector Antenna and An Electronically Steerable and Focusing Bank of Plasma Tubes] (англ.)(недоступная ссылка — история). Haleakala Research and Development. Проверено 22 декабря 2010.

Ссылки

  • [www.freepatentsonline.com/6710746.html Antenna having reconfigurable length — United States Patent 6710746]
  • [www.freepatentsonline.com/7109124.html Solid state plasma antenna — United States Patent 7109124]
  • На пути к «стелс 2.0»
  • [rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2010/12/20/420742 Твердотельная плазменная антенна ускорит беспроводную связь] (англ.). Новости науки - R&D.CNews (2010.12.20). Проверено 22 декабря 2010. [www.webcitation.org/67aNPQkKI Архивировано из первоисточника 11 мая 2012].

Отрывок, характеризующий Плазменная антенна

Маленькая княгиня, как старая полковая лошадь, услыхав звук трубы, бессознательно и забывая свое положение, готовилась к привычному галопу кокетства, без всякой задней мысли или борьбы, а с наивным, легкомысленным весельем.
Несмотря на то, что Анатоль в женском обществе ставил себя обыкновенно в положение человека, которому надоедала беготня за ним женщин, он чувствовал тщеславное удовольствие, видя свое влияние на этих трех женщин. Кроме того он начинал испытывать к хорошенькой и вызывающей Bourienne то страстное, зверское чувство, которое на него находило с чрезвычайной быстротой и побуждало его к самым грубым и смелым поступкам.
Общество после чаю перешло в диванную, и княжну попросили поиграть на клавикордах. Анатоль облокотился перед ней подле m lle Bourienne, и глаза его, смеясь и радуясь, смотрели на княжну Марью. Княжна Марья с мучительным и радостным волнением чувствовала на себе его взгляд. Любимая соната переносила ее в самый задушевно поэтический мир, а чувствуемый на себе взгляд придавал этому миру еще большую поэтичность. Взгляд же Анатоля, хотя и был устремлен на нее, относился не к ней, а к движениям ножки m lle Bourienne, которую он в это время трогал своею ногою под фортепиано. M lle Bourienne смотрела тоже на княжну, и в ее прекрасных глазах было тоже новое для княжны Марьи выражение испуганной радости и надежды.
«Как она меня любит! – думала княжна Марья. – Как я счастлива теперь и как могу быть счастлива с таким другом и таким мужем! Неужели мужем?» думала она, не смея взглянуть на его лицо, чувствуя всё тот же взгляд, устремленный на себя.
Ввечеру, когда после ужина стали расходиться, Анатоль поцеловал руку княжны. Она сама не знала, как у ней достало смелости, но она прямо взглянула на приблизившееся к ее близоруким глазам прекрасное лицо. После княжны он подошел к руке m lle Bourienne (это было неприлично, но он делал всё так уверенно и просто), и m lle Bourienne вспыхнула и испуганно взглянула на княжну.
«Quelle delicatesse» [Какая деликатность,] – подумала княжна. – Неужели Ame (так звали m lle Bourienne) думает, что я могу ревновать ее и не ценить ее чистую нежность и преданность ко мне. – Она подошла к m lle Bourienne и крепко ее поцеловала. Анатоль подошел к руке маленькой княгини.
– Non, non, non! Quand votre pere m'ecrira, que vous vous conduisez bien, je vous donnerai ma main a baiser. Pas avant. [Нет, нет, нет! Когда отец ваш напишет мне, что вы себя ведете хорошо, тогда я дам вам поцеловать руку. Не прежде.] – И, подняв пальчик и улыбаясь, она вышла из комнаты.


Все разошлись, и, кроме Анатоля, который заснул тотчас же, как лег на постель, никто долго не спал эту ночь.
«Неужели он мой муж, именно этот чужой, красивый, добрый мужчина; главное – добрый», думала княжна Марья, и страх, который почти никогда не приходил к ней, нашел на нее. Она боялась оглянуться; ей чудилось, что кто то стоит тут за ширмами, в темном углу. И этот кто то был он – дьявол, и он – этот мужчина с белым лбом, черными бровями и румяным ртом.
Она позвонила горничную и попросила ее лечь в ее комнате.
M lle Bourienne в этот вечер долго ходила по зимнему саду, тщетно ожидая кого то и то улыбаясь кому то, то до слез трогаясь воображаемыми словами рauvre mere, упрекающей ее за ее падение.
Маленькая княгиня ворчала на горничную за то, что постель была нехороша. Нельзя было ей лечь ни на бок, ни на грудь. Всё было тяжело и неловко. Живот ее мешал ей. Он мешал ей больше, чем когда нибудь, именно нынче, потому что присутствие Анатоля перенесло ее живее в другое время, когда этого не было и ей было всё легко и весело. Она сидела в кофточке и чепце на кресле. Катя, сонная и с спутанной косой, в третий раз перебивала и переворачивала тяжелую перину, что то приговаривая.
– Я тебе говорила, что всё буграми и ямами, – твердила маленькая княгиня, – я бы сама рада была заснуть, стало быть, я не виновата, – и голос ее задрожал, как у собирающегося плакать ребенка.
Старый князь тоже не спал. Тихон сквозь сон слышал, как он сердито шагал и фыркал носом. Старому князю казалось, что он был оскорблен за свою дочь. Оскорбление самое больное, потому что оно относилось не к нему, а к другому, к дочери, которую он любит больше себя. Он сказал себе, что он передумает всё это дело и найдет то, что справедливо и должно сделать, но вместо того он только больше раздражал себя.
«Первый встречный показался – и отец и всё забыто, и бежит кверху, причесывается и хвостом виляет, и сама на себя не похожа! Рада бросить отца! И знала, что я замечу. Фр… фр… фр… И разве я не вижу, что этот дурень смотрит только на Бурьенку (надо ее прогнать)! И как гордости настолько нет, чтобы понять это! Хоть не для себя, коли нет гордости, так для меня, по крайней мере. Надо ей показать, что этот болван об ней и не думает, а только смотрит на Bourienne. Нет у ней гордости, но я покажу ей это»…
Сказав дочери, что она заблуждается, что Анатоль намерен ухаживать за Bourienne, старый князь знал, что он раздражит самолюбие княжны Марьи, и его дело (желание не разлучаться с дочерью) будет выиграно, и потому успокоился на этом. Он кликнул Тихона и стал раздеваться.
«И чорт их принес! – думал он в то время, как Тихон накрывал ночной рубашкой его сухое, старческое тело, обросшее на груди седыми волосами. – Я их не звал. Приехали расстраивать мою жизнь. И немного ее осталось».
– К чорту! – проговорил он в то время, как голова его еще была покрыта рубашкой.
Тихон знал привычку князя иногда вслух выражать свои мысли, а потому с неизменным лицом встретил вопросительно сердитый взгляд лица, появившегося из под рубашки.
– Легли? – спросил князь.
Тихон, как и все хорошие лакеи, знал чутьем направление мыслей барина. Он угадал, что спрашивали о князе Василье с сыном.
– Изволили лечь и огонь потушили, ваше сиятельство.
– Не за чем, не за чем… – быстро проговорил князь и, всунув ноги в туфли и руки в халат, пошел к дивану, на котором он спал.
Несмотря на то, что между Анатолем и m lle Bourienne ничего не было сказано, они совершенно поняли друг друга в отношении первой части романа, до появления pauvre mere, поняли, что им нужно много сказать друг другу тайно, и потому с утра они искали случая увидаться наедине. В то время как княжна прошла в обычный час к отцу, m lle Bourienne сошлась с Анатолем в зимнем саду.
Княжна Марья подходила в этот день с особенным трепетом к двери кабинета. Ей казалось, что не только все знают, что нынче совершится решение ее судьбы, но что и знают то, что она об этом думает. Она читала это выражение в лице Тихона и в лице камердинера князя Василья, который с горячей водой встретился в коридоре и низко поклонился ей.
Старый князь в это утро был чрезвычайно ласков и старателен в своем обращении с дочерью. Это выражение старательности хорошо знала княжна Марья. Это было то выражение, которое бывало на его лице в те минуты, когда сухие руки его сжимались в кулак от досады за то, что княжна Марья не понимала арифметической задачи, и он, вставая, отходил от нее и тихим голосом повторял несколько раз одни и те же слова.
Он тотчас же приступил к делу и начал разговор, говоря «вы».
– Мне сделали пропозицию насчет вас, – сказал он, неестественно улыбаясь. – Вы, я думаю, догадались, – продолжал он, – что князь Василий приехал сюда и привез с собой своего воспитанника (почему то князь Николай Андреич называл Анатоля воспитанником) не для моих прекрасных глаз. Мне вчера сделали пропозицию насчет вас. А так как вы знаете мои правила, я отнесся к вам.
– Как мне вас понимать, mon pere? – проговорила княжна, бледнея и краснея.
– Как понимать! – сердито крикнул отец. – Князь Василий находит тебя по своему вкусу для невестки и делает тебе пропозицию за своего воспитанника. Вот как понимать. Как понимать?!… А я у тебя спрашиваю.
– Я не знаю, как вы, mon pere, – шопотом проговорила княжна.
– Я? я? что ж я то? меня то оставьте в стороне. Не я пойду замуж. Что вы? вот это желательно знать.
Княжна видела, что отец недоброжелательно смотрел на это дело, но ей в ту же минуту пришла мысль, что теперь или никогда решится судьба ее жизни. Она опустила глаза, чтобы не видеть взгляда, под влиянием которого она чувствовала, что не могла думать, а могла по привычке только повиноваться, и сказала:
– Я желаю только одного – исполнить вашу волю, – сказала она, – но ежели бы мое желание нужно было выразить…
Она не успела договорить. Князь перебил ее.
– И прекрасно, – закричал он. – Он тебя возьмет с приданным, да кстати захватит m lle Bourienne. Та будет женой, а ты…
Князь остановился. Он заметил впечатление, произведенное этими словами на дочь. Она опустила голову и собиралась плакать.
– Ну, ну, шучу, шучу, – сказал он. – Помни одно, княжна: я держусь тех правил, что девица имеет полное право выбирать. И даю тебе свободу. Помни одно: от твоего решения зависит счастье жизни твоей. Обо мне нечего говорить.
– Да я не знаю… mon pere.
– Нечего говорить! Ему велят, он не только на тебе, на ком хочешь женится; а ты свободна выбирать… Поди к себе, обдумай и через час приди ко мне и при нем скажи: да или нет. Я знаю, ты станешь молиться. Ну, пожалуй, молись. Только лучше подумай. Ступай. Да или нет, да или нет, да или нет! – кричал он еще в то время, как княжна, как в тумане, шатаясь, уже вышла из кабинета.
Судьба ее решилась и решилась счастливо. Но что отец сказал о m lle Bourienne, – этот намек был ужасен. Неправда, положим, но всё таки это было ужасно, она не могла не думать об этом. Она шла прямо перед собой через зимний сад, ничего не видя и не слыша, как вдруг знакомый шопот m lle Bourienne разбудил ее. Она подняла глаза и в двух шагах от себя увидала Анатоля, который обнимал француженку и что то шептал ей. Анатоль с страшным выражением на красивом лице оглянулся на княжну Марью и не выпустил в первую секунду талию m lle Bourienne, которая не видала ее.
«Кто тут? Зачем? Подождите!» как будто говорило лицо Анатоля. Княжна Марья молча глядела на них. Она не могла понять этого. Наконец, m lle Bourienne вскрикнула и убежала, а Анатоль с веселой улыбкой поклонился княжне Марье, как будто приглашая ее посмеяться над этим странным случаем, и, пожав плечами, прошел в дверь, ведшую на его половину.
Через час Тихон пришел звать княжну Марью. Он звал ее к князю и прибавил, что и князь Василий Сергеич там. Княжна, в то время как пришел Тихон, сидела на диване в своей комнате и держала в своих объятиях плачущую m lla Bourienne. Княжна Марья тихо гладила ее по голове. Прекрасные глаза княжны, со всем своим прежним спокойствием и лучистостью, смотрели с нежной любовью и сожалением на хорошенькое личико m lle Bourienne.


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=Плазменная_антенна&oldid=65786957»