等離子體鞘套包覆環(huán)境下的低頻通信天線設(shè)計.pdf

1、超高聲速飛行器再入大氣層時，會經(jīng)歷長達(dá)幾分鐘的“黑障”階段。若“黑障”得不到有效解決，將會給飛行員和飛行器帶來巨大生命和財產(chǎn)威脅。因此，本文針對“黑障”通信提出了一種方法：將小環(huán)天線作為飛行器發(fā)射天線。通過理論與實驗方式研究小環(huán)天線穿透等離子體的能力并驗證了該方法的可行性。在此基礎(chǔ)上通過研究小環(huán)天線的遠(yuǎn)場的輻射特性，進(jìn)一步驗證小環(huán)天線作為發(fā)射天線能夠正常工作的可能性。而后，提出方案可行方案以滿足小環(huán)在工作時能夠?qū)崟r測量以及遇到惡劣環(huán)境時

2、能自動調(diào)諧的要求。
　　本文首先回顧了在等離子體鞘層“黑障”通信領(lǐng)域國內(nèi)外的研究進(jìn)展，對國內(nèi)外科研工作者為解決“黑障”通信問題所做的努力和工作進(jìn)行了簡要地介紹。其中，主要介紹了為解決“黑障”通信所設(shè)計或研究的可行方法，同時介紹了本文研究內(nèi)容的前置研究基礎(chǔ)。隨后根據(jù)前人的研究成果，對等離子體的等效媒質(zhì)特性進(jìn)行了理論介紹，以及在等離子體中電磁波的傳播特性和等離子體對電場與磁場分布特性的影響。
　　根據(jù)等離子體對電磁波傳播及對電磁

3、場分布的影響，設(shè)計方案以實現(xiàn)穿透等離子體功能。以磁偶極子作為起始研究對象，并對其進(jìn)行理論分析。再由磁偶極子延伸為磁基本振子，依據(jù)磁基本振子的輻射特性和等離子體的通信衰減特性，選擇了低頻段電磁波進(jìn)行通信。建立實際模型，用于實際環(huán)境中進(jìn)行實驗測試，獲得了較符合理論預(yù)期的結(jié)果。
　　由于磁偶極子具有自身局限性且另有理論限定和實際應(yīng)用約束，又考慮到現(xiàn)有模型的內(nèi)部損耗較大，因此需要選擇更好的更實用的電路和匹配元件來搭建模型，兼具滿足小環(huán)天線

4、的輻射特性要求。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)了小環(huán)天線并進(jìn)行遠(yuǎn)場測試，以及理論分析和圖形變化趨勢的分析。實驗結(jié)果符合理論預(yù)期，實現(xiàn)了小環(huán)天線的遠(yuǎn)距離信號傳輸。
　　最后，鑒于小環(huán)天線在實際工作中會遇到各種各樣復(fù)雜的工作環(huán)境，而對于低頻小環(huán)天線，環(huán)境的改變會產(chǎn)生更大的變化甚至失諧。因此，需要設(shè)計一自動匹配系統(tǒng)對失諧后的小環(huán)天線進(jìn)行重新調(diào)諧并實時監(jiān)測反饋。依據(jù)小環(huán)天線的特點，本文提出了一種可行的自動匹配系統(tǒng)的設(shè)計方案，以完成小環(huán)天線的整體設(shè)