一种提高天线定向辐射能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高天线定向辐射能力的方法，通过在天线前端放置环形等离子体来实现天线的前向辐射性能的增加，环形等离子体的圆心与天线中心位于同一轴线上。所述环形等离子体为1个或者为平行放置的半径依次增加的多个；当采用多个环形等离子体时，朝天线辐射方向的圆环半径逐渐增加。使用圆环状等离子体放置于天线辐射方向需要增强的一侧，来实现天线的前向辐射性能的增加，实现天线的高定向性，无需对天线本身进行改进，结构简单；可以使用单个环形等离子体；也可以使用多个环形等离子体，朝天线辐射方向的圆环半径逐渐增加，能够汇聚辐射范围大的场，进一步提高方向性。进一步提高方向性。进一步提高方向性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高天线定向辐射能力的方法


[0001]本专利技术属于卫星通信、雷达探测和无线能量传输等
，特别涉及一种提高天线定向辐射能力的方法。

技术介绍

[0002]卫星通信、雷达探测和无线能量传输等领域中，要求天线辐射波束主瓣朝某指定方向，且增益尽量高。为了实现这些高增益、高定向性天线，一般采用具有反射装置的结构，例如抛物面天线、八木天线和轴向模螺旋天线等。与一般常规天线相比，抛物面天线较为笨重，八木天线还需要引向器，和螺旋天线一样，都具有较大的纵向尺寸，且设计加工复杂。这就要求对常规天线的辐射性能进行改进。例如在单个微带天线设计中，要提高天线的辐射增益，一般采用以下几种方法：背面增加反射器；加载寄生辐射贴片以增加等效口径；引入空气介质层；使用低介电常数的介质板；在天线上方放置特殊的覆盖层等。
[0003]在天线背面增加反射器，使后向辐射被反射回去，通过合理设置反射器到天线表面辐射贴片的距离，使反射回去的辐射与正向辐射相位相同，达到叠加增强正向辐射的目的。该方法一般要求反射板离表面辐射贴片距离大于四分之一波长。不利于天线的小型化。加载寄生辐射贴片的增加等效辐射口径的方法对天线增益改善效果不大，新的寄生贴片还会带来新的谐振，改变天线工作频段。引入空气介质层一般是指将天线辐射贴片通过绝缘柱固定在天线基板正前方并且辐射贴片和羁绊之间有一定的距离，基板和辐射贴片之间的空气被看成是天线基板的一部分，降低天线基板的等效介电常数，减小基板对电磁波的束缚能力，从而增加天线辐射效率，但该方法会增加天线的厚度，不利于集成化。使用低介电常数的介质板的原理和增加空气介质层差不多，但是低介电常数会增加天线的波导波长，而增大天线尺寸。在天线上方放置特殊的覆盖层是通过在天线上方放置设计好的周期结构达到改善天线性能的目的，但这种方式的缺点是天线剖面增加比较大，且不可避免地增强天线的后向辐射。另外还可以利用在贴片天线上方加载均匀介质层的方法来提高天线辐射性能。通过选用合适的覆层材料和控制材料厚度及材料和天线的距离等参数，可以提高天线性能。但是这种结构容易在天线表面激起较强的表面波，同时使得天线剖面增加，因此应用前景有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用圆环状等离子体放置于天线辐射方向需要增强的一侧，来实现天线的前向辐射性能的增加，实现天线的高定向性，无需对天线本身进行改进，结构简单的提高天线定向辐射能力的方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高天线定向辐射能力的方法，通过在天线前端放置环形等离子体来实现天线的前向辐射性能的增加，环形等离子体的圆心与天线中心位于同一轴线上。
[0006]进一步地，所述环形等离子体为1个或者为平行放置的半径依次增加的多个；
[0007]当采用多个环形等离子体时，朝天线辐射方向的圆环半径逐渐增加；发射天线和第一个环形等离子体中心竖直剖面的距离为四分之一波长，第二个环形等离子体中心竖直剖面和第一个环形等离子体中心竖直剖面距离为四分之三波长，以此类推，每个环形等离子体和前面一个环形等离子体中心竖直剖面之间间距为(2n
‑
1)/4倍波长，n表示第n个环形等离子体。
[0008]进一步地，入射环形等离子体的电磁波的角频率大于或等于环形等离子体的角频率，且电磁波的入射角度与水平线的夹角小于电磁波垂直入射环形等离子体时与水平线的夹角。
[0009]本专利技术的有益效果是：
[0010]1、使用圆环状等离子体放置于天线辐射方向需要增强的一侧，来实现天线的前向辐射性能的增加，实现天线的高定向性，无需对天线本身进行改进，结构简单；
[0011]2、可以使用单个环形等离子体；也可以使用多个环形等离子体，朝天线辐射方向的圆环半径逐渐增加，能够汇聚辐射范围大的场，进一步提高方向性；
[0012]3、使用环形日光灯可以实现等环形离子体的效果，本对任意天线和天线阵列均有效果，对尺寸不同的天线，可以通过定制不同尺寸的圆环形日光灯管来实现提高其辐射的定向性。
附图说明
[0013]图1为偶极子天线前端放置环形等离子体的示意图；
[0014]图2为本专利技术环形等离子体内内外电磁波传播示意图一；
[0015]图3为本专利技术环形等离子体内内外电磁波传播示意图二；
[0016]图4为加载环形等离子体后天线性能图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。
[0018]如图1所示，本专利技术的一种提高天线定向辐射能力的方法，通过在天线前端(需要增强的一端)放置环形等离子体来实现天线的前向辐射性能的增加，环形等离子体的圆心与天线中心位于同一轴线上。本实施例中采用两个环形等离子体，其中，(a)为侧视图，(b)为正视图。
[0019]所述环形等离子体为1个或者为平行放置的半径依次增加的多个；
[0020]当采用多个环形等离子体时，朝天线辐射方向的圆环半径逐渐增加；发射天线和第一个环形等离子体中心竖直剖面的距离为四分之一波长，第二个环形等离子体中心竖直剖面和第一个环形等离子体中心竖直剖面距离为四分之三波长，以此类推，每个环形等离子体和前面一个环形等离子体中心竖直剖面之间间距为(2n
‑
1)/4倍波长，n表示第n个环形等离子体。距离天线越远，辐射场范围越大，因此，可以设置多个圆环，朝天线辐射方向的圆环半径逐渐增加，以汇聚辐射范围大的场，进一步提高方向性。
[0021]所述环形等离子体为点亮的环形日光灯管。日光灯点亮后其内部就形成等离子体，所以使用点亮后的圆环形日光灯放置于天线一侧中心，即可使得天线在该侧方向的辐射定向性增强。
[0022]入射环形等离子体的电磁波的角频率大于或等于环形等离子体的角频率，且电磁波的入射角度与水平线的夹角小于电磁波垂直入射环形等离子体时与水平线的夹角。所述等离子体是一种典型的色散介质，用Drud模型来描述，其折射率为：
[0023][0024]其中，ε
r
是等离子体的相对介电常数，ω是入射电磁波的角频率；ω
p
为环形等离子体角频率，v
p
是等离子体碰撞频率，分别由下式获得：
[0025][0026]其中n
e
是等离子体电子密度，m
e
是电子质量，e是电子电量，k是玻尔兹常数，T
e
是等离子体中自由电子温度，ε0为空气的介电常数；
[0027]在微波频段时，将(1)式简化为：
[0028][0029]从式(3)知，等离子体的折射率有以下三种情况：
[0030]①
ω＜ω
p
，折射率η是虚数，此时，电磁波不能在等离子体中传播，如果ω＜＜ω
p
，等离子体对电磁波表现为良导体的特性，电磁波会被该等离子体全反射。
[0031]②
ω＝ω
p
，折射率η等于0，根据Sne本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高天线定向辐射能力的方法，其特征在于，通过在天线前端放置环形等离子体来实现天线的前向辐射性能的增加，环形等离子体的圆心与天线中心位于同一轴线上。2.根据权利要求1所述的提高天线定向辐射能力的方法，其特征在于，所述环形等离子体为1个或者为平行放置的半径依次增加的多个；当采用多个环形等离子体时，朝天线辐射方向的圆环半径逐渐增加；发射天线和第一个环形等离子体中心竖直剖面的距离为四分之一波长，第二个环形等离子体中心竖直剖面和第一个环形等离子体中心竖直剖面距离为四分之三波长，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韧，唐涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：