各向同性等离子体覆盖金属天线辐射增强现象分析

作者：李文秋^*; 唐彦娜; 刘雅琳; 马维聪; 王刚

来源：Acta Physica Sinica, 2023, 1-13.

• 等离子体
• 鞘层
• 电磁波辐射
• 色散关系

以飞行器再入大气层时面临的通信“黑障”问题为研究背景，考虑粒子动力学效应， 采用温等离子体介电常数模型， 理论分析了各向同性等离子体覆盖圆柱金属天线构型中角向对称电磁模式的色散特性、传播特性及辐射特性. 研究结果表明: 在低气压、电磁波频率 ω /2π=1 GHz 参量条件下， 界于金属天线表面和主等离子体层之间的鞘层厚度约为几个德拜长度; 角向对称模在天线表面的传播属于快波（波的相速大于光速）辐射， 且存在一个临界等离子体密度， 超过此临界值电磁波变为消逝波; 存在一个临界归一化鞘层厚度( ι/λ_(De))_( pha) (或( ι/λ_(De))_( att))， 超过此临界值时， 相位常数（或衰减常数）幅值开始陡升（或陡降）， 即波的传播特性发生显著改变; 当金属天线半径为3倍等离子体趋肤深度、鞘层厚度为整个等离子体层厚度的0.1倍时， 电场和功率出现“椭圆形轮廓”辐射增强现象， 其可能是由等离子体频率共振和等离子体-鞘层-天线系统阻抗共振引起， 这些结论为相控阵天线的高分辨率成像等问题提供了理论思路.

• 单位
  西安应用光学研究所; 中国科学院; 中国科学院大学