發(fā)布時間：2018-06-20 16:23

  本文選題：等離子體 + 偶極子天線　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：偶極子天線作為電小天線的一種特殊形式,具有較低的輻射電阻和較高的電抗,輻射效率較低,采用超材料加載可使得電小天線的輻射效率大大提高。作為一種特殊的“超材料”,當?shù)入x子體頻率與電磁波頻率滿足一定關系時,等離子體可被視為一種有效介電常數(shù)為負的超材料。相對于通過結構設計得到的負介電常數(shù)介質,等離子體參數(shù)較易控制,便于通過控制外施參量來調制偶極子天線的輻射特性。本文以提高偶極子天線的輻射效率為目標,建立等離子體層包圍偶極子天線模型,從數(shù)值仿真、等效電路模型和實驗驗證三方面入手,計算并分析相對輻射功率隨等離子體參數(shù)的變化規(guī)律,主要研究內容包括:從偶極子天線的輻射特性出發(fā),推導天線的近場特性、遠場特性及方向特性;基于Drude模型,導出等離子體的本構參數(shù),從而得出等離子體在模型中的表征形式;進而建立等離子體層加載偶極子天線輻射模型,并對模型結構、控制方程、邊界條件和數(shù)值計算方法進行分析、討論;為了探究等離子體參數(shù)對輻射特性的影響規(guī)律,本文計算并分析了相對輻射功率隨等離子體形狀、碰撞頻率及密度分布的變化規(guī)律,結果表明:在一定參數(shù)范圍內,包裹饋源的等離子體層比較薄、等離子體碰撞頻率小、等離子體密度隨徑向減小的分布形式有利于天線輻射能力的增強。在此基礎上,從近場特性及遠場特性角度進行了增強機制分析;為了更加直觀便捷的解析等離子體參數(shù)對天線輻射的影響,建立了等離子體層加載偶極子天線等效電路模型,從電容電感諧振角度進行電路分析,研究了等離子體密度、碰撞頻率及厚度對天線輻射的影響。但是該電路模型不能反映等離子體形狀、密度非均勻分布等特性,需進一步完善;在上述研究基礎上,明確了提高偶極子天線輻射效率的等離子體層關鍵參數(shù)范圍,通過與等離子體加載天線的實驗數(shù)據(jù)相對比,二者定性符合情況良好,在一定程度上驗證了數(shù)值仿真模型的正確性。但是由于實驗情況的復雜性,仿真結果與實驗結果在定量方面尚存在一定差異。此外,對二維輻射模型進行了拓展,在前者基礎上構建三維模型,并探究了不同密度等離子體層對天線輻射的影響特性。
[Abstract]:As a special form of small electric antenna, the dipole antenna has lower radiation resistance, higher reactance and lower radiation efficiency. The supermaterial loading can greatly improve the radiation efficiency of the small electric antenna. As a special "supermaterial", plasma can be regarded as a kind of metamaterial with negative effective dielectric constant when the frequency of plasma and the frequency of electromagnetic wave satisfy a certain relationship. Compared with the negative dielectric constant obtained by structural design, the plasma parameters can be easily controlled and the radiation characteristics of the dipole antenna can be modulated by controlling the external parameters. In order to improve the radiation efficiency of the dipole antenna, a plasma layer surrounded dipole antenna model is established in this paper, which starts with three aspects: numerical simulation, equivalent circuit model and experimental verification. The variation of relative radiation power with plasma parameters is calculated and analyzed. The main research contents are as follows: from the radiation characteristics of dipole antenna, the near-field, far-field and directional characteristics of antenna are derived, and based on Drude model, The constitutive parameters of the plasma are derived, and the characterization of the plasma in the model is obtained, and the radiation model of the plasma layer loaded dipole antenna is established, and the governing equation is obtained for the structure of the model. In order to investigate the influence of plasma parameters on radiation characteristics, the variation of relative radiation power with plasma shape, collision frequency and density distribution is calculated and analyzed. The results show that the plasma layer wrapped in the feed source is thin and the plasma collision frequency is small within a certain range of parameters. The distribution of plasma density decreases with the radius of the antenna which is beneficial to the enhancement of the radiation ability of the antenna. In order to analyze the effect of plasma parameters on antenna radiation more intuitively and conveniently, the equivalent circuit model of plasma layer loaded dipole antenna is established. The effects of plasma density, collision frequency and thickness on antenna radiation are studied by circuit analysis from the point of view of capacitive inductance resonance. However, the circuit model can not reflect the characteristics of plasma shape and density non-uniform distribution, and needs to be further improved. On the basis of the above research, the range of key parameters of plasma layer to improve the radiation efficiency of dipole antenna is defined. Compared with the experimental data of plasma-loaded antenna, the qualitative agreement between them is good, and the correctness of the numerical simulation model is verified to a certain extent. However, due to the complexity of the experiment, there are still some differences between the simulation results and the experimental results in quantitative aspects. In addition, the two-dimensional radiation model is extended to construct a three-dimensional model based on the former, and the effects of plasma layers of different densities on antenna radiation are investigated.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN821.4

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本文編號：2044883