O antenă cu plasmă este un tip de antenă radio dezvoltat în mod activ , în care, în loc de conductori metalici , plasmă gazoasă ionizată este utilizată pentru a primi și transmite unde radio [1] [2] [3] [4] [5] . În ciuda faptului că antenele cu plasmă abia apar, însăși ideea de a folosi plasmă în antene a fost brevetată în 1919 și aparține lui J. Hettinger [6] .
Primele mostre de astfel de antene au creat plasmă în dispozitive cu descărcare în gaz (cel mai adesea lămpi) și au fost numite antene cu gaz ionizat [1] . Antenele cu plasmă cu stare solidă (cunoscute și sub denumirea de Antene cu plasmă de silicon - PSiAN) se bazează pe microcircuite de siliciu și au funcția de control al directivității antenei [7] . Este posibil ca antenele din siliciu cu plasmă să fie folosite în tehnologia WiGig (înlocuirea propusă pentru Wi-Fi ) și, de asemenea, de exemplu, pentru a reduce costul unui sistem radar pentru evitarea coliziunilor [7] [8] . Pe lângă antenele cu stare solidă, în prezent sunt cunoscute trei direcții de creare a antenelor pe bază de plasmă: formarea unui canal conductiv creat în atmosferă sub influența radiațiilor ionizante; metode explozive pentru formarea de jeturi de plasmă în spațiu deschis; utilizarea plasmei obținute în tuburi dielectrice [9] . Astfel de antene pot fi utilizate cu succes în forțele armate pentru a reduce vizibilitatea radar a obiectelor de echipamente militare (avioane, nave, stații radar etc.). Din punctul de vedere al utilizării antenelor cu plasmă pentru camuflaj în domeniul radar, pornire rapidă și modificare aproape fără inerție a parametrilor antenei, cea mai promițătoare este utilizarea plasmei obținute în tuburile cu descărcare în gaz dielectric. Dacă utilizați un astfel de tub cu un ecran conductiv, atunci obțineți un dipol asimetric (vibrator), atunci când utilizați un sistem de mai multe tuburi, obțineți un far sau un reflector de antenă care maschează ecranul.
Conform metodei de formare și excitare a plasmei:
După tipul de dispozitive de antenă:
Într-o antenă cu plasmă, gazul este ionizat pentru a forma plasmă , care, spre deosebire de gazul obișnuit, are o conductivitate electrică destul de ridicată (în special, la temperaturi de peste 15 10 6 K , conductivitatea plasmei depășește conductivitatea argintului [10] ), care crește semnificativ calitatea transmisiei semnalului radio. Antena cu plasmă poate fi folosită atât pentru transmiterea undelor radio, cât și pentru recepția acestora. În plus, o antenă cu plasmă poate fi folosită ca reflector sau lentilă pentru a reflecta sau focaliza undele radio din altă sursă [11] [12] .
Antenele cu stare solidă diferă prin aceea că plasma este creată prin emisia multiplă de electroni generată de activarea a mii de diode într-un cip de siliciu [7] [8] .
Încă din 1999-2002, în SUA și Australia au fost efectuate o serie de studii experimentale de pionierat asupra antenelor cu plasmă, ale căror rezultate sunt prezentate în lucrările lui G. Borg, T. Anderson și I. Alexeef și colab . 1] [13] [5] ;.
Potrivit unui raport ITAR-TASS din 23 noiembrie 2003, Statele Unite dezvoltă în mod activ o nouă tehnologie cu plasmă pentru antenele radar. Markland Technologies desfășoară o serie de noi studii științifice privind crearea PA și a altor elemente ale tehnologiei cu microunde, finanțate de guvernul SUA, cu implicarea unor experți de top în domeniul fizicii plasmei. Printre cele mai semnificative lucrări, compania a inclus dezvoltarea de cabluri coaxiale cu plasmă și ghiduri de undă, dezvoltarea de rețele în faze cu plasmă și fabricarea de antene cu plasmă de mare putere. Evoluții similare ale antenelor cu plasmă sunt prezentate de ASI Technology Corporation. Dar principalul dezvoltator al antenelor cu plasmă este Haleakala Research and Development Inc, fondată de T. Anderson, care a publicat cartea „Plasma Antennas” bazată pe munca sa comună cu Alekseef în 2011. Cartea prezintă prototipuri ale unei antene cu plasmă care funcționează cu un emițător-receptor, rețele de antene în faze cu plasmă (PAR) și reflectoare. Theodore Anderson este deținătorul mai multor brevete americane pentru antene cu plasmă și dispozitive bazate pe acestea. În prezent, Haleakala Research and Development Inc colaborează cu Universitatea din Tennessee cu sprijinul unor granturi în baza unor contracte cu armata și forțele aeriene americane.
O serie de lucrări teoretice și experimentale asupra antenelor cu plasmă sunt efectuate în Ucraina, India, Iran și China [9] . Cele mai multe dintre ele sunt legate de repetarea și adăugarea lucrărilor lui Borg, Anderson și Alexeef pe antene cu plasmă bazate pe tuburi cu descărcare în gaz. În Ucraina, se acordă mai multă atenție antenelor cu plasmă explozive create în spațiu deschis [9] .
În URSS, la sfârșitul anilor 80, a fost efectuat un studiu privind aprinderea unei descărcări RF în jurul unui vibrator scurt plasat într-un cilindru de cuarț cu aer rarefiat, s-a demonstrat că aceasta este însoțită de o creștere a eficienței radiațiilor. a antenei și o extindere a domeniului de frecvență al acesteia către frecvențe inferioare. Au fost efectuate studii separate pe antenele cu plasmă bazate pe traseul de plasmă lăsat de un corp care se mișcă în atmosferă cu viteză supersonică și antenele cu plasmă cu scânteie.
Din 2002 la Institutul de Fizică Generală. A. M. Prokhorov al Academiei Ruse de Științe (IOF RAS) în cadrul grantului RFBR 03-02-16993-a (2003–2005), iar din 2005, departamentul de bază nr. 343 al MSTU MIREA împreună cu Departamentul de fizică a plasmei, Departamentul de Oscilații și Departamentul GPI RAS desfășoară lucrări de cercetare asupra fundamentelor teoretice ale funcționării antenelor cu plasmă, pe antenele cu plasmă din tuburi cu descărcare în gaz [2] [4] [3] [14] , antene cu fante cu ghid de undă cu control al fasciculului cu plasmă. , ecrane cu plasmă bazate pe o alunecare dielectrică pe descărcarea de suprafață.
Antenele cu plasmă au avantaje semnificative față de antenele convenționale, cum ar fi:
| Antene | |
|---|---|
| Principiul de funcționare |
|
| Scanare |
|
| Rețele de antene | |
| În plus |
|