專利名稱：一種等離子體定向掃描天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及等離子體領域、無線電領域，特別涉及一種等離子體定向掃描天線。
背景技術：
目前，無線通信的方向掃描天線都采用金屬面反射入射的某一固定頻段的電磁 波，該天線一經(jīng)制成，就只能對某一固定頻段的電磁波進行反射，如果想改變該天線的反射 波頻段覆蓋范圍，是不可能的。 專利"一種電磁波反射裝置"(專利申請?zhí)?00910238463. 0)提供一種電磁波反 射裝置，該裝置利用等離子體技術產(chǎn)生等離子體片作為電磁波的反射面，實現(xiàn)電磁波反射； 該電磁波反射裝置包含一真空室3，真空室3內(nèi)設置有一對陰極2與陽極1，陰極2與陽極 l外接激勵電源；真空室外設有磁場產(chǎn)生設備4，用于產(chǎn)生垂直于陰極與陽極的軸向磁場。 隨等離子體的密度不同，該等離子體片對不同頻率的電磁波具有反射作用。該裝置成功的 實現(xiàn)了將等離子體片作為某個頻率范圍的反射面，通過調(diào)節(jié)等離子體片的密度，可以實現(xiàn) 對不同頻率電磁波進行反射，但是一個陰極只能形成一片等離子體反射面，該裝置并不能 直接應用于方向掃描天線，從而將電磁波向指定的空間進行輻射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有的等離子體片做反射面天線的方案不能實現(xiàn)方向 掃描等問題，從而提出一種等離子體全向掃描天線。 為此，本發(fā)明提出一種等離子體定向掃描天線，該天線利用等離子體技術產(chǎn)生等 離子體片，所述的等離子體片作為電磁波的反射面，將初級照射天線發(fā)射的電磁波，用快速 切換的等離子體片反射，輻射到空間，實現(xiàn)電磁波反射，形成波束的快速掃描。在切換開關 的控制下，處于不同方向的等離子體片交替工作，使得電磁波射向不同方向，可實現(xiàn)180度 的電磁波波束掃描。 為實現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出一種等離子體的定向掃描天線，該裝置包含一真空 室，所述的真空室內(nèi)陰極與陽極；真空室外設有磁場產(chǎn)生設備，在真空室內(nèi)形成等離子體 片，其特征在于，所述的陰極為若干相交于同一端點且位于同一水平面的陰極組，所述的陰 極組由一組快速切換開關連接至若干高電壓激勵電源，通過該切換開關控制若干等離子體 片的快速切換。 作為本發(fā)明的一種改進，所述的夾角，通過設置最大張角為90度的兩個陰極，其 余若干陰極可均勻或不均勻的分布在該90度夾角范圍內(nèi)，實現(xiàn)對入射電磁波的180度輻 射。 作為本發(fā)明的又一種改進，所述的切換開關，包含 控制系統(tǒng)，用于控制igbt模塊的導通和截止，按需求給出開關指令以實現(xiàn)若干陰 極的快速切換；若干igbt模塊，所有igbt的輸入端相連，接入高壓電源，每個igbt模塊的輸出端分別與一個陰極的輸入端相連，用于實時改變交替工作的等離子體片。 高壓電源，與若干IGBT模塊的輸入端相連，用于驅(qū)動等離子體片工作。 我們發(fā)明了一種新的電磁波束在180度方向上掃描的裝置，即用上述方法產(chǎn)生的
等離子體片作為反射面，一定頻率的電磁波照射到該平面上，象照射到金屬面上一樣產(chǎn)生
反射，同時也符合"入射角等于反射角"的規(guī)律。在切換開關的控制下，處于不同方向的等
離子體片交替工作，使得電磁波射向不同方向，實現(xiàn)波束在180度方向上掃描。同時，對其
它頻率的電磁波具有透射作用。 本發(fā)明的優(yōu)點在于，可以選擇性地反射不同頻率的電磁波；該等離子體片可以瞬 間打開或關閉，關閉后，對電磁波不起任何作用；利用電切換來改變電磁波束在180度空間 進行反射，可直接作為180度的定向掃描天線使用，掃描速度快。


圖1是現(xiàn)有技術的等離子體片的產(chǎn)生裝置示意圖； 圖2是本發(fā)明的等離子體定向掃描天線的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的等離子體的180度定向掃描天線的陰極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是切換開關的電路示意圖。 附圖標識 1、陽極 2、陰極 3、真空室 4、磁場產(chǎn)生設備 5、等離子體面 6、電磁波輻射源(發(fā)射天線) 7 11、多個陰極 12 16、由發(fā)射源6射出的電磁波經(jīng)7 11反射后的方向
具體實施方式

實施例1 如圖l所示的等離子體片的產(chǎn)生裝置示意圖，包含一個真空室3，在真空室3兩端 放置的一個陰極2與陽極l，所述的陰極與陽極外接一激勵電源，及真空室外的磁場產(chǎn)生設 備，產(chǎn)生的磁場使電子回旋產(chǎn)生二次電離，在真空室內(nèi)形成等離子體片，該等離子體片作為 入射電磁波的反射面。 將電子束源的陰極與陽極分別置于真空室內(nèi)的兩端，陰極2采用線狀空心陰極， 陽極l采用平板形狀，在合適的氣壓(100Pa左右)和工作氣體(氦氣)條件下，即在往真 空室內(nèi)注入(小流量)氦氣的同時抽氣，保持真空室的氣壓為100Pa，在電極上加上一定的 高電壓而產(chǎn)生線狀的電子束，高電壓使陰極2和陽極1面之間激發(fā)氣體放電，即產(chǎn)生低溫等 離子體。另外在真空室外加上磁場產(chǎn)生設備4，使產(chǎn)生軸向磁場，軸向磁場使電子回旋產(chǎn)生 二次電離，形成等離子體片5，即平面形狀的等離子體。該裝置利用軸向磁場，改變了等離子 體的形狀，成為片狀。 本實施例中，腔體材料采用有機玻璃，電極采用黃銅，磁場線圈的電源采用高壓直
流電源，等離子體的激勵電源采用高壓脈沖激勵電源。 一個發(fā)射天線和兩個接收天線均采
用角錐喇叭天線。 工作步驟如下 1.打開激勵電源和磁場電源，打開無線電發(fā)射機；
2.將激勵電源電壓升至要求的電壓，產(chǎn)生等離子體片，此時利用兩個接收天線借 助示波器觀察反射波和透射波。 3.當激勵電源的電壓不變時(此時等離子體的密度不變)，調(diào)節(jié)發(fā)射頻率，可觀察 到，一定頻率的電磁波會發(fā)生反射，而其它頻率的電磁波會透射過去。 4.改變激勵電源的電壓(即改變了等離子體的密度)，重新調(diào)節(jié)發(fā)射頻率，可觀察 到，反射的電磁波頻率和透射的電磁波頻率都發(fā)生了改變。
實施例2 本發(fā)明的方案的原理結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。 圖2的腔體材料采用有機玻璃，電極采用黃銅，磁場線圈的電源采用高壓直流電 源，等離子體的激勵電源采用高壓脈沖激勵電源。 一個發(fā)射天線和多個接收天線均采用拋 物面天線。
具體實施方式
及工作步驟如下 1.在與等離子體片工作相匹配的方向架設接收天線，打開激勵電源和磁場電源， 打開無線電發(fā)射機； 2.將激勵電源電壓升至要求的電壓，產(chǎn)生等離子體片，此時利用兩個接收天線借 助示波器觀察反射波和透射波。 3.當激勵電源的電壓不變時(此時等離子體的密度不變)，調(diào)節(jié)發(fā)射頻率，可觀察 到，一定頻率的電磁波會發(fā)生反射，而其它頻率的電磁波會透射過去。 4.改變激勵電源的電壓(即改變了等離子體的密度)，重新調(diào)節(jié)發(fā)射頻率，可觀察 到，反射的電磁波頻率和透射的電磁波頻率都發(fā)生了改變。 5.將激勵電源的電壓固定，發(fā)射頻率固定，發(fā)射天線位置固定，改變高壓切換開關
的設置，使不同的等離子體片交替工作，則會在不同的接收天線上分別接收到電磁波。由此
驗證了入射電磁波可以在等離子體片上反射輻射到空間，形成波束的快速掃描。 圖3為180度的電磁波波束掃描，具體包含5個相交于一點成一定夾角的陰極
7 11，通過切換開關控制5個等離子體片的快速切換，交替工作，形成180度的掃描范圍。 圖4為本發(fā)明的切換開關，快速切換的實現(xiàn)參照附圖可見，每個電極都與一個高
壓IGBT模塊的輸出端相連，IGBT的輸入端共同連在高壓輸出端。每個IGBT模塊的導通與
否都由計算機控制，可以按需求給出開關指令以實現(xiàn)電極的快速切換。 最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參
照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方
案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明
的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
一種等離子體定向掃描天線，該裝置包含一真空室，所述的真空室內(nèi)設有對應的陰極與陽極；真空室外設有磁場產(chǎn)生設備，在真空室內(nèi)形成等離子體片，其特征在于，所述的陰極為若干相交于同一端點且位于同一水平面，所述的陰極組由一組快速切換開關連接至若干高電壓激勵電源，通過該切換開關控制若干等離子體片的快速切換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體定向掃描天線，其特征在于，所述的陰極組最大張角為90度，其余若干陰極可均勻或不均勻的分布在該90度夾角范圍內(nèi)，實現(xiàn)對入射電磁波的180度輻射。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體定向掃描天線，其特征在于，所述的切換開關，包含控制系統(tǒng)，用于控制IGBT模塊的導通和截止，按需求給出開關指令以實現(xiàn)若干陰極的快速切換；若干IGBT模塊，所有IGBT的輸入端相連，接入高壓電源，每個IGBT模塊的輸出端分別與一個陰極的輸入端相連，用于實時改變交替工作的等離子體片。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種等離子體定向掃描天線，包含一真空室，所述的真空室內(nèi)設有對應的陰極與陽極；真空室外設有磁場產(chǎn)生設備，在真空室內(nèi)形成等離子體片，所述的陰極為若干相交于同一端點且位于同一水平面的陰極組，所述的陰極組由一組快速切換開關連接至若干高電壓激勵電源，通過該切換開關控制若干等離子體片的快速切換；所述的夾角，通過設置最大張角為90度的兩個陰極，其余若干陰極可均勻或不均勻的分布在該90度夾角范圍內(nèi)，實現(xiàn)對入射電磁波的180度輻射；所述的高壓電源，用于驅(qū)動等離子體片工作；所述的切換開關，包含控制系統(tǒng)和若干IGBT模塊。本發(fā)明可以選擇性地反射不同頻率的電磁波；利用電切換來改變電磁波束在180度空間進行反射，可直接作為180度的定向掃描天線使用。
文檔編號H01Q15/00GK101728651SQ20091024395
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者丁亮, 侯印鳴, 吳逢時, 孫海龍, 孫簡, 徐躍民, 朱翔, 程芝峰, 端木剛, 鑒福升 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心