Плазменная антенна Российский патент 2020 года по МПК H01Q1/38 H01J1/308 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема и передачи электромагнитного излучения в радио и СВЧ диапазоне.

Известна плазменная антенна RU 2582491, C1, H01Q 1/00, H01Q 1/00, Н05Н 1/00, 24.04.2016], содержащая плазменный генератор, формирующий плазменное образование, и первичный источник радиоволн, при этом, анод плазменного генератора выполнен в виде конического диффузора, состоящего из корпуса и конической вставки, диэлектрически соединенной с подводящим патрубком, поверхность которого выполнена перфорированной, а первичный источник радиоволн установлен на оси антенны на расстоянии от плазменного генератора, где γ=2,8…3,0 - постоянная величина, k - волновое число, b - максимальное расстояние от плазменного генератора до границы области с критической концентрацией электронов, θ_к - угол между осью антенны и направлением распространения плазмы с максимальной скоростью.

Недостатком этого устройства является относительно высокая сложность, обусловленная требованием высокой точности настройки элементов антенны.

Наиболее близкая по технической сущности к предложенной является плазменная антенна [RU 2544806, C1, H01Q 13/00, 20.03.2015], характеризующаяся тем, что содержит безэлектродную газоразрядную трубку, размещенную в фидерном тракте, экран и передающее устройство, при этом, в фидерном тракте установлен поршень с возможностью изменения положения, экран размещен на торце фидерного тракта, а передающее устройство подсоединено к фидерному тракту посредством тройника.

Особенностями наиболее близкого технического решения является то, что, газоразрядная трубка в фидерном тракте закреплена с помощью диэлектрического изолятора, а антенна дополнительно может содержать полосозаграждающий фильтр и приемное устройство, последовательно подключенные к фидерному тракту через тройник.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно высокий уровень энергетических затрат на создание и поддержание газоразрядной плазмы, а также относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что, в нем невозможно достичь значительного повышения концентрация плазмы в условиях пониженного давления газа.

Задача, которая решается в изобретении, направлена на создание плазменной антенны, которая характеризуется энергетической экономичностью, а также расширение функциональных возможностей, путем обеспечения возможности электронного управления характеристиками антенны.

Требуемым техническим результатом является повышение экономичности, а также расширение арсенала технических средств, используемых в качестве приемо-передающих антенн, в частности, с более широкими функциональными возможностями, обеспечивающими электронное управление характеристиками антенны.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в плазменную антенну, содержащую трубку, согласно изобретению, введен металлический контактный элемент для соединения конца трубки с приемо-передающим устройством, а также источник излучения, размещенный у конца трубки с возможностью направленной передачи светового излучения внутрь трубки, которая выполнена -образной в сечении в виде диэлектрического капилляра, внутренние стенки которого покрыты полупроводником, при этом, источник излучения, который выполнен с возможностью формирования фотоплазмы за счет внутреннего фотоэффекта в полупроводнике.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, металлический контактный элемент выполнен с возможностью соединения с концами дополнительных трубок, размещенных с возможностью направленной передачи излучения от источника излучения внутрь этих трубок.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, металлический контактный элемент выполнен с возможностью соединения с концами дополнительных трубок, размещенных с возможностью направления излучения от источника излучения внутрь этих трубок.

На чертеже представлена конструкция плазменной антенны.

На чертеже обозначены:

1 - трубка, выполненная в виде диэлектрического капилляра;

2 - полупроводник;

3 - металлический контактный элемент;

4 - приемо-передающее устройство;

5 - источник излучения.

Плазменная антенна содержит трубку 1, которая выполнена -образной в сечении в виде диэлектрического капилляра, внутренние стенки которого покрыты полупроводником 2, а также металлический контактный элемент 3 для соединения конца трубки 1 с приемо-передающим устройством 4.

Плазменная антенна содержит также источник 5 излучения, размещенный у конца трубки 1 с возможностью направленной передачи светового излучения внутрь трубки 1, причем, источник 5 излучения выполнен с возможностью формирования излучения с энергией квантов, превышающей энергию запрещенной зоны в полупроводнике 2.

В качестве источника 5 излучения может быть использован лазерный или светодиодный источник или оптической волновод, соединенный с таким внешним источником. Кроме того, металлический контактный элемент 3 может быть выполнен с возможностью соединения с концами дополнительных трубок на чертеже не показаны), размещенных с возможностью направленной передачи излучения от источника 5 излучения внутрь этих трубок.

Плазменная антенна работает следующим образом.

При направленной передаче излучения от источника 5 внутрь трубки 1, которая выполнена -образной в сечении в виде диэлектрического капилляра, внутренние стенки которого покрыты полупроводником 2, эта покрытая полупроводником область становится проводящей плазменной оболочкой, возникающей в полой диэлектрической структуре. Она и может служить приемо-передающей антенной.

Проводимость плазменной оболочки может регулироваться мощностью излучения источника 5 и сохраняться только до тех пор, пока идет облучение полупроводника 2. При выключении источника 5 фотоплазма быстро рекомбинирует и за счет выбора типа полупроводника это время может варьироваться от долей наносекунд до единиц миллисекунд.

Сопротивление антенны и концентрация полупроводниковой плазмы регулируется за счет изменения мощности источника излучения.

Для оценки концентрация плазмы n_e, создаваемой источником излучения в полупроводниковой структуре, можно пользоваться соотношением n_e=N_n/V=P*k_e*tau/(V*E_g), где N_n - число неравновесных носителей в полупроводнике, создаваемых за счет внутреннего фотоэффекта при облучении полупроводника с шириной запрещенной зоны E_g, V - объем полупроводника, Р - мощность источника излучения, k_e - эффективность генерации электронно-дырочной пары при облучении источником излучения, tau - характерное время жизни неравновесных носителей в полупроводнике.

За счет выбора источника излучения, типа полупроводника и толщины полупроводникового покрытия концентрацию электронов в полупроводниковой плазме можно варьировать в диапазоне n_e=10¹⁰-10¹⁸ см^-3.

Повышение экономичности плазменной антенны достигается тем, что вместо газоразрядной плазмы используется полупроводниковая плазма, формируемая с помощью лазерного или светодиодного источника излучения в полой диэлектрической структуре покрытой изнутри полупроводником. Этим самым повышается надежность антенны и происходит расширение арсенала технических средств, используемых в качестве приемо-передающих антенн, в частности, с более широкими функциональными возможностями, обеспечивающими электронное управление характеристиками антенны.

Изобретение относится к физике плазмы и антенной технике. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, используемых в качестве приемо-передающих антенн. Изобретение представляет собой плазменную антенну, содержащую трубку, металлический контактный элемент для соединения конца трубки с приемо-передающим устройством, а также источник излучения, размещенный у конца трубки с возможностью направленной передачи светового излучения внутрь трубки, которая выполнена в сечении -образной в виде диэлектрического капилляра, внутренние стенки которого покрыты полупроводником, при этом источник излучения выполнен с возможностью формирования излучения с энергией квантов, превышающей энергию запрещенной зоны в полупроводнике. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Плазменная антенна, содержащая трубку, отличающаяся тем, что введен металлический контактный элемент для соединения конца трубки с приемо-передающим устройством, а также источник излучения, размещенный у конца трубки с возможностью направленной передачи светового излучения внутрь трубки, которая выполнена в сечении -образной в виде диэлектрического капилляра, внутренние стенки которого покрыты полупроводником, при этом источник излучения выполнен с возможностью формирования фотоплазмы за счет внутреннего фотоэффекта в полупроводнике.

2. Плазменная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве источника излучения используют лазерный или светодиодный источник или оптической волновод, соединенный с таким внешним источником.

3. Плазменная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что металлический контактный элемент выполнен с возможностью соединения с концами дополнительных трубок, размещенных с возможностью направленной передачи излучения от источника излучения внутрь этих трубок.