专利名称：一种等离子体定向扫描天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体领域、无线电领域，特别涉及一种等离子体定向扫描天线。
背景技术：
目前，无线通信的方向扫描天线都采用金属面反射入射的某一固定频段的电磁 波，该天线一经制成，就只能对某一固定频段的电磁波进行反射，如果想改变该天线的反射 波频段覆盖范围，是不可能的。 专利"一种电磁波反射装置"(专利申请号200910238463. 0)提供一种电磁波反 射装置，该装置利用等离子体技术产生等离子体片作为电磁波的反射面，实现电磁波反射； 该电磁波反射装置包含一真空室3，真空室3内设置有一对阴极2与阳极1，阴极2与阳极 l外接激励电源；真空室外设有磁场产生设备4，用于产生垂直于阴极与阳极的轴向磁场。 随等离子体的密度不同，该等离子体片对不同频率的电磁波具有反射作用。该装置成功的 实现了将等离子体片作为某个频率范围的反射面，通过调节等离子体片的密度，可以实现 对不同频率电磁波进行反射，但是一个阴极只能形成一片等离子体反射面，该装置并不能 直接应用于方向扫描天线，从而将电磁波向指定的空间进行辐射。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有的等离子体片做反射面天线的方案不能实现方向 扫描等问题，从而提出一种等离子体全向扫描天线。 为此，本发明提出一种等离子体定向扫描天线，该天线利用等离子体技术产生等 离子体片，所述的等离子体片作为电磁波的反射面，将初级照射天线发射的电磁波，用快速 切换的等离子体片反射，辐射到空间，实现电磁波反射，形成波束的快速扫描。在切换开关 的控制下，处于不同方向的等离子体片交替工作，使得电磁波射向不同方向，可实现180度 的电磁波波束扫描。 为实现该目的，本发明提出一种等离子体的定向扫描天线，该装置包含一真空 室，所述的真空室内阴极与阳极；真空室外设有磁场产生设备，在真空室内形成等离子体 片，其特征在于，所述的阴极为若干相交于同一端点且位于同一水平面的阴极组，所述的阴 极组由一组快速切换开关连接至若干高电压激励电源，通过该切换开关控制若干等离子体 片的快速切换。 作为本发明的一种改进，所述的夹角，通过设置最大张角为90度的两个阴极，其 余若干阴极可均匀或不均匀的分布在该90度夹角范围内，实现对入射电磁波的180度辐 射。 作为本发明的又一种改进，所述的切换开关，包含 控制系统，用于控制igbt模块的导通和截止，按需求给出开关指令以实现若干阴 极的快速切换；若干igbt模块，所有igbt的输入端相连，接入高压电源，每个igbt模块的输出端分别与一个阴极的输入端相连，用于实时改变交替工作的等离子体片。 高压电源，与若干IGBT模块的输入端相连，用于驱动等离子体片工作。 我们发明了一种新的电磁波束在180度方向上扫描的装置，即用上述方法产生的
等离子体片作为反射面，一定频率的电磁波照射到该平面上，象照射到金属面上一样产生
反射，同时也符合"入射角等于反射角"的规律。在切换开关的控制下，处于不同方向的等
离子体片交替工作，使得电磁波射向不同方向，实现波束在180度方向上扫描。同时，对其
它频率的电磁波具有透射作用。 本发明的优点在于，可以选择性地反射不同频率的电磁波；该等离子体片可以瞬 间打开或关闭，关闭后，对电磁波不起任何作用；利用电切换来改变电磁波束在180度空间 进行反射，可直接作为180度的定向扫描天线使用，扫描速度快。
图1是现有技术的等离子体片的产生装置示意图； 图2是本发明的等离子体定向扫描天线的结构示意图； 图3是本发明的等离子体的180度定向扫描天线的阴极结构示意图； 图4是切换开关的电路示意图。 附图标识 1、阳极 2、阴极 3、真空室 4、磁场产生设备 5、等离子体面 6、电磁波辐射源(发射天线) 7 11、多个阴极 12 16、由发射源6射出的电磁波经7 11反射后的方向
具体实施方式
实施例1 如图l所示的等离子体片的产生装置示意图，包含一个真空室3，在真空室3两端 放置的一个阴极2与阳极l，所述的阴极与阳极外接一激励电源，及真空室外的磁场产生设 备，产生的磁场使电子回旋产生二次电离，在真空室内形成等离子体片，该等离子体片作为 入射电磁波的反射面。 将电子束源的阴极与阳极分别置于真空室内的两端，阴极2采用线状空心阴极， 阳极l采用平板形状，在合适的气压(100Pa左右)和工作气体(氦气)条件下，即在往真 空室内注入(小流量)氦气的同时抽气，保持真空室的气压为100Pa，在电极上加上一定的 高电压而产生线状的电子束，高电压使阴极2和阳极1面之间激发气体放电，即产生低温等 离子体。另外在真空室外加上磁场产生设备4，使产生轴向磁场，轴向磁场使电子回旋产生 二次电离，形成等离子体片5，即平面形状的等离子体。该装置利用轴向磁场，改变了等离子 体的形状，成为片状。 本实施例中，腔体材料采用有机玻璃，电极采用黄铜，磁场线圈的电源采用高压直
流电源，等离子体的激励电源采用高压脉冲激励电源。 一个发射天线和两个接收天线均采
用角锥喇叭天线。 工作步骤如下 1.打开激励电源和磁场电源，打开无线电发射机；
2.将激励电源电压升至要求的电压，产生等离子体片，此时利用两个接收天线借 助示波器观察反射波和透射波。 3.当激励电源的电压不变时(此时等离子体的密度不变)，调节发射频率，可观察 到，一定频率的电磁波会发生反射，而其它频率的电磁波会透射过去。 4.改变激励电源的电压(即改变了等离子体的密度)，重新调节发射频率，可观察 到，反射的电磁波频率和透射的电磁波频率都发生了改变。
实施例2 本发明的方案的原理结构如图2和图3所示。 图2的腔体材料采用有机玻璃，电极采用黄铜，磁场线圈的电源采用高压直流电 源，等离子体的激励电源采用高压脉冲激励电源。 一个发射天线和多个接收天线均采用抛 物面天线。
具体实施方式
及工作步骤如下 1.在与等离子体片工作相匹配的方向架设接收天线，打开激励电源和磁场电源， 打开无线电发射机； 2.将激励电源电压升至要求的电压，产生等离子体片，此时利用两个接收天线借 助示波器观察反射波和透射波。 3.当激励电源的电压不变时(此时等离子体的密度不变)，调节发射频率，可观察 到，一定频率的电磁波会发生反射，而其它频率的电磁波会透射过去。 4.改变激励电源的电压(即改变了等离子体的密度)，重新调节发射频率，可观察 到，反射的电磁波频率和透射的电磁波频率都发生了改变。 5.将激励电源的电压固定，发射频率固定，发射天线位置固定，改变高压切换开关
的设置，使不同的等离子体片交替工作，则会在不同的接收天线上分别接收到电磁波。由此
验证了入射电磁波可以在等离子体片上反射辐射到空间，形成波束的快速扫描。 图3为180度的电磁波波束扫描，具体包含5个相交于一点成一定夹角的阴极
7 11，通过切换开关控制5个等离子体片的快速切换，交替工作，形成180度的扫描范围。 图4为本发明的切换开关，快速切换的实现参照附图可见，每个电极都与一个高
压IGBT模块的输出端相连，IGBT的输入端共同连在高压输出端。每个IGBT模块的导通与
否都由计算机控制，可以按需求给出开关指令以实现电极的快速切换。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参
照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方
案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明
的权利要求范围当中。
权利要求
一种等离子体定向扫描天线，该装置包含一真空室，所述的真空室内设有对应的阴极与阳极；真空室外设有磁场产生设备，在真空室内形成等离子体片，其特征在于，所述的阴极为若干相交于同一端点且位于同一水平面，所述的阴极组由一组快速切换开关连接至若干高电压激励电源，通过该切换开关控制若干等离子体片的快速切换。
2. 根据权利要求1所述的等离子体定向扫描天线，其特征在于，所述的阴极组最大张角为90度，其余若干阴极可均匀或不均匀的分布在该90度夹角范围内，实现对入射电磁波的180度辐射。
3. 根据权利要求l所述的等离子体定向扫描天线，其特征在于，所述的切换开关，包含控制系统，用于控制IGBT模块的导通和截止，按需求给出开关指令以实现若干阴极的快速切换；若干IGBT模块，所有IGBT的输入端相连，接入高压电源，每个IGBT模块的输出端分别与一个阴极的输入端相连，用于实时改变交替工作的等离子体片。
全文摘要
本发明提出了一种等离子体定向扫描天线，包含一真空室，所述的真空室内设有对应的阴极与阳极；真空室外设有磁场产生设备，在真空室内形成等离子体片，所述的阴极为若干相交于同一端点且位于同一水平面的阴极组，所述的阴极组由一组快速切换开关连接至若干高电压激励电源，通过该切换开关控制若干等离子体片的快速切换；所述的夹角，通过设置最大张角为90度的两个阴极，其余若干阴极可均匀或不均匀的分布在该90度夹角范围内，实现对入射电磁波的180度辐射；所述的高压电源，用于驱动等离子体片工作；所述的切换开关，包含控制系统和若干IGBT模块。本发明可以选择性地反射不同频率的电磁波；利用电切换来改变电磁波束在180度空间进行反射，可直接作为180度的定向扫描天线使用。
文档编号H01Q15/00GK101728651SQ20091024395
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者丁亮, 侯印鸣, 吴逢时, 孙海龙, 孙简, 徐跃民, 朱翔, 程芝峰, 端木刚, 鉴福升 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心