Плазмова антена

Плазмова антена — активно розробляється, як тип радіоантен, в яких замість металевих провідників для прийому і передачі радіохвиль використовується іонізований газ — плазма[1][2][3][4][5]. Незважаючи на те, що плазмові антени тільки з'являються, сама ідея використовувати плазму в антенах була запатентована в 1919 році і належить Дж. Хеттінгер (J. Hettinger)[6].

Фотографія плазмової антени

Найперші зразки подібних антен створювали плазму в газорозрядних приладах (найчастіше лампах) і називалися антенами з іонізованим газом[1]. Твердотільні плазмові антени (також відомі як кремнієві плазмові антени — PSiAN) будуються на кремнієвих мікросхемах і мають функцію управління спрямованістю антени[7]. Плазмові кремнієві антени швидше за все будуть використовуватися в технології WiGig (передбачуваної заміни), а також, наприклад, для зменшення вартості радіолокаційної системи попередження зіткнень.[7][8] Крім твердотільних антен на даний момент відомо три напрямки створення антен на основі плазми: формування провідного каналу, створеного в атмосфері, під впливом іонізуючих випромінювань; вибухові методи формування плазмових струменів у відкритому просторі; використання отриманої в діелектричних трубках плазми[9]. Такі антени можуть успішно застосовуватися в збройних силах для зниження радіолокаційної помітності об'єктів військової техніки (літальних апаратів, кораблів, РЛС і т. Д.). З точки зору використання плазмових антен для маскування в радіолокаційному діапазоні, швидкого включення і майже безінерційного зміни параметрів антени найбільш перспективним виглядає використання плазми, одержуваної в діелектричних газорозрядних трубках. Якщо використовувати одну таку трубку з провідним екраном, то виходить — несиметричний диполь (вібратор), при використанні системи з декількох трубок виходить ФАР або антенний відбивач, що маскує екран.

Класифікація

За способом формування і збудження плазми:

  • антени в газорозрядних трубках;
  • вибухові плазмові антени (ВПА);
  • атмосферні плазмові канали;
  • плазмові кремнієві (твердотільні) антени (ПКА);
  • з плазмовим рефлектором на основі ковзного по поверхні діелектрика розряду;

За типом антенних пристроїв:

  • плазмові несиметричні вібраторні антени (диполі — ПНД);
  • плазмові «розумні» антени (плазмові антенні решітки — ПАР);
  • плазмові «віконні» антени (направляючі антени);
  • плазмові хвилеводно-щілинні антени (ПВЩА);
  • антени з плазмовими рефлекторами (відбивачами).

Принцип дії

У плазмової антени відбувається іонізація газу для утворення плазми, яка на відміну від звичайного газу володіє досить високою електропровідністю (зокрема, при температурах вище 15 ·10 6 K провідність плазми перевищує провідність срібла[10]), що істотно підвищує якість передачі радіосигналів. Плазмова антена може використовуватися як для передачі радіохвиль, так і для їх прийому. Крім того, плазмова антена може використовуватися як рефлектор або лінза для відображення або фокусування радіохвиль від іншого джерела[11][12].

Твердотільні антени відрізняються тим, що плазма створюється за рахунок множинного випускання електронів, що породжуються активацією тисяч діодів в кремнієвої мікросхемі[7][8].

Історія

У США та Австралії ще в 1999—2002 роках були проведені ряд експериментальних досліджень по плазмових антен, результати яких представлені в роботах Г. Борга, Т. Андерсона і І. Алексеефа і ін.[1][13][5];.

За повідомленням ІТАР — ТАРС від 23 листопада 2003 року США активно ведуть розробку нової плазмової технології антен РЛС. Компанія Markland Technologies проводить ряд нових наукових досліджень зі створення ПА та інших елементів СВЧ-техніки, що фінансуються урядом США, із залученням провідних фахівців в галузі фізики плазми. У число найбільш значущих робіт компанія включила розробки плазмових коаксіальних кабелів і хвилеводів, розробку плазмових фазованих решіток, виготовлення потужних плазмових антен. Аналогічні розробки плазмових антен представлені ASI Technology Corporation. Але основним розробником плазмових антен є компанія Haleakala Research and Development Inc, заснована Т. Андерсоном, який опублікував свої спільні роботи з Алексєєфим в 2011 році і книзі «Plasma Antennas». У книзі представлені дослідні зразки плазмової антени, яка працює з приймачем, плазмових фазованих антенних решіток (ФАР) і відбивачів. Теодор Андерсон володар кількох патентів в США на плазмові антени та пристрої на їх основі. В даний час Haleakala Research and Development Inc веде спільні розробки з Університетом Теннесі за підтримки грантів за контрактами з армією і ВПС США.

Ряд теоретичних і експериментальних робіт з плазмових антен проводяться в Україні, в Індії, Ірані і Китаї[9]. Більшість з них пов'язані з повторенням і доповненням робіт Борга, Андерсона і Алксеєфа з плазмових антен на основі газорозрядних трубок. На Україні більша увага приділяється вибуховим плазмовим антен, які створюються у відкритому просторі.

В СРСР в кінці 80-х років було проведено дослідження по запаленню ВЧ-розряду навколо короткого вібратора, який міститься в кварцовому балоні з розрідженим повітрям, було показано, що це супроводжується збільшенням ефективності випромінювання антени і розширенням її частотного діапазону в бік більш низьких частот. Були проведені окремі дослідження з плазмовими антенами на основі плазмового сліду, що залишає тіло, яке рухається в атмосфері з надзвуковою швидкістю.

З 2002 року в Інституті загальної фізики ім. А. М. Прохорова Російської академії наук (ІТФ РАН) за грантом РФФД 03-02-16993-a (2003—2005 рр.). А з 2005 року базовою кафедрою № 343 МГТУ МІРЕА спільно з Відділом фізики плазми, Відділом коливань і Теоретичним відділом ІТФ РАН проводяться дослідні роботи з теоретичних основ роботи плазмових антен, плазмових антен з газорозрядних трубок[2][4][3][14], хвиле-щілинних антен з плазмовим управлінням діаграмової спрямованості, плазмових екранів на основі ковзного по поверхні діелектричного розряду.

Переваги

Плазмові антени мають істотні переваги над звичайними антенами, наприклад:

Примітки

  1. ↑ а б в г T. R. Anderson and I. Alexeff (12 листопада 2007). 'Stealth' Antenna Made Of Gas, Impervious To Jamming (англ.). science20.com. Архів оригіналу за 8 липня 2012. Процитовано 22 грудня 2010.
  2. ↑ а б 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. ↑ а б Минаев, Гусейн-заде, Рухадзе. ПЛАЗМЕННАЯ ПРИЕМНАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА. ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2010, том 36, № 9, с. 1-3. Изд.: Наука, сентябрь 2010.
  4. ↑ а б 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. ↑ а б в Center for Remote Sensing. Plasma Antenna (англ.). Center for Remote Sensing. Архів оригіналу за 8 липня 2012. Процитовано 22 грудня 2010.
  6. ↑ Aerial Conductor for Wireless Signaling and Other Purposes. United States Patent 1309031 (англ.). FreePatentsOnline.com. 8 липня 1919. Архів оригіналу за 8 липня 2012. Процитовано 22 грудня 2010.
  7. ↑ а б в David Hambling (13 грудня 2010). Wireless at the speed of plasma (англ.). New Scientist. Архів оригіналу за 8 липня 2012. Процитовано 22 грудня 2010.
  8. ↑ а б в Британцы разработали революционную плазменную антенну (рос.). LiveStream.Ru. 14 грудня 2010. Процитовано 22 грудня 2010.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з параметром url-status, але без параметра archive-url (посилання)
  9. ↑ а б Пузанов А.О. (25 листопада 2012). Комплексный импеданс скин-слоя плазменного столба, сформированного в свободном пространстве методом взрыва (PDF) (рос.). 28 декабря 2006 г. Архів (PDF) оригіналу за 8 грудня 2012.
  10. ↑ Плазма в Физической Энциклопедии
  11. ↑ D C Jenn (29 вересня 2003). Plasma Antennas: Survey of Techniques and the Current State of the Art (PDF). Technical Report (англ.). Naval Postgraduate School, Monterey, CA 93943-5000. Архів (PDF) оригіналу за 8 липня 2012. Процитовано 22 грудня 2010.
  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.Physical principles of plasma antenna operation.
  13. ↑ а б в Alexeff, I та ін. (15 травня 2007). Advances in Plasma Antenna Design (англ.). Tennessee University, ISSN: 0730-9244, ISBN 0-7803-9300-7. Архів оригіналу за 8 липня 2012. Процитовано 22 грудня 2010. {{cite web}}: Явне використання «та ін.» у: |last= (довідка)
  14. ↑ а б Nikolay N. Bogachev, Irina L. Bogdankevich, Namik G. Gusein-zade, Vladimir P. Tarakanov Computer Simulation of a Plasma Vibrator Antenna.[недоступне посилання з Декабрь 2019]
  15. ↑ Plasma Antennas Plasma Antennas. книга (англ.). scribd.com. 18 жовтня 2008. Процитовано 22 грудня 2010.
  16. ↑ Dr. Ted Anderson. An Electronically Steerable and Focusing Plasma Reflector Antenna and An Electronically Steerable and Focusing Bank of Plasma Tubes (PDF) (англ.). Haleakala Research and Development. Архів оригіналу (PDF) за 4 січня 2011. Процитовано 22 грудня 2010.

Посилання