تاثیر فرکانس و شکل موج تحریک جریان متناوب بر آنتن پلاسمایی تک قطبی U شکل

توحیدلو, مجید; هاشمی, سید محمد; صادقی‌کیا, فاطمه

تاثیر فرکانس و شکل موج تحریک جریان متناوب بر آنتن پلاسمایی تک قطبی U شکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ کارشناسی، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

³ استادیار، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

چکیده

امروزه فنآوری پلاسما، کاربردهای قابل توجهی در صنایع مختلف از جمله مخابرات یافته است. حد یونیزاسیون بالای پلاسما سبب شده که بتوان از آن به‌عنوان یک رسانای خوب و به‌عنوان جایگزینی برای فلز در ساختارهای فرکانس بالا استفاده کرد. در سالهای اخیر توجه جوامع علمی و به‌خصوص مراکز فضایی و نظامی به محیط پلاسما برای طراحی ساختارهای آنتن قابل پیکربندی مجدد، موج‌برها و سطوح فرکانس گزین (FSS) افزایش یافته است. دلیل این موضوع مشخصات ویژه محیط پلاسما بوده که با استفاده از آن میتوان کنترل و انطباق‌پذیری را بر ساختارهای مختلف پیادهسازی کرد. تأثیر استفاده از پلاسما در آنتنها عبارت است از: بهبود حساسیت و جهت‌دهی، قابلیت پنهانسازی و سطح مقطع راداری کم، تنظیم جهت الگوی تشعشعی، حل مشکل تزویج و تداخل آنتنهای آرایهای، تغییر فرکانس کاری. ایجاد پلاسما روشهای مختلفی دارد که عبارت‌اند از: تحریک با جریان مستقیم، جریان متناوب، موج سطحی. هدف از این پژوهش، مطالعه و بررسی
اثر تحریک جریان متناوب پلاسما با فرکانس و شکل موجهای مختلف بر پارامترهای آنتن پلاسمایی تک‌قطبی U شکل از جمله: تطبیق، فرکانسهای تشدید و پهنایباند میباشد. این نوع از تحریک علاوه بر قابلیت مصرف توان بسیار کمتر، موجب افزایش فرکانس کاری آنتن تک‌قطبی U شکل مورد آزمایش تا حد 2 گیگاهرتز و پهنای باند آن میشود. سیگنالهای ارسالی یا دریافتی از آنتن توسط یک کوپلر خازنی به آنتن پلاسمایی اعمال یا از آن دریافت میشوند. همچنین با تغییر فرکانس و شکل موج جریان تحریک(مربعی، مثلثی، سینوسی) پلاسما نتایج مختلفی بر پارامترهای آنتن از جمله: بهبود تطبیق، شیفت فرکانس مرکزی و تغییر پهنای باند، مشاهده و اندازهگیری شده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23454024.1398.7.2.9.9

عنوان مقاله [English]

The Effect of Frequency and Waveform of AC Excitation on U-Shaped Monopole Plasma Antenna

نویسندگان [English]

Majid Tohidlo ¹
Seyed Mohammad Hashemi ²
Fateme Sadeghikia ³

¹ BA, Faculty of Electrical Engineering, Tarbiat Debir Shahid Rajaee University, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Faculty of Electrical Engineering, Shahid Rajaee Tarbiat University, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Aerospace Research Institute, Tehran, Iran

چکیده [English]

Today, plasma technology has found significant applications in various industries including telecommunications. The high-ionization limit of plasma has made it a good conductor and a substitute for metal structures in high frequency. In recent years, the plasma environment for the design of reconfigurable antenna structures, waveguides, and frequency-selective surface (FSS) has received more attention by scientific societies, especially space and military centers. This is because of the specific characteristics of the plasma environment that can be used to control and adapt the antenna for different purpose. The effects of plasma usage on the antennas include: Improved sensitivity and Directivity, low Radar Cross Section (RCS), radiation pattern scaning, antenna array coupling and frequency tuning. Plasma can be created with many different ways: excitation with direct current, alternating current, surface wave driven. The purpose of this study was to investigate the effect of alternating current excitation with different frequency and waveform on U-shaped monopole plasma antenna parameters including: reflection coefficient, resonance frequencies and bandwidth. This type of excitation increases the operating frequency of the U-shaped antenna up to 2 GHz and its bandwidth in addition to its much lower power consumption. The signals sent or received from the antenna are applied to or received by a capacitive coupler to the plasma antenna. Also, by changing the frequency and waveform of excitation current (square, triangular, sinusoidal) of plasma, different results on antenna parameters were observed and measured, including: decrease reflection coefficient, central frequency shift and bandwidth change.

کلیدواژه‌ها [English]

Monopole U-Sheped Plasma Antenna
Plasma AC Excitation
Variable Frequency
Different Waveform

مراجع

[1] T. J. Dwyer, J. R. Greig, D. P. Murphy, J. M. Perin, R. E. Pechacek, and M. Raileigh, “On the Feasibility of using an Atmospheric Discharge Plasma as an RF Antenna,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 32, pp. 141–146, 1984.

[2] H. Ja’afar, M. T. Ali, H. M. Zali, N. A. Halili, “Analysis and Design between Plasma Antenna and Monopole Antenna,” IEEE International Symposium on Telecommunication Technologies (ISTT 2012), Kuala Lumpur, Malaysia, 27-28 November 2012.

[3] T. Anderson, “Plasma Antennas,” Artech House-1 edition, 2011.

[4] T. Anderson, “Plasma Frequency Selective Surfaces,” 2014 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium , pp. 2096-2097, 2014.

[5] M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg, “Principles of Plasma Discharges and Materials Processing,” New York, Wiley, 1994.

[6] Norris, Us Patent No. 5594456, “Gas Tube RF Antenna,” 1997.

[7] F. Sadeghikia, M. T. Noghani, and M. R. Simard, “Experimental study on the surface wave driven plasma antenna,” AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 70, no. 5, pp. 652-656, 2016.

[8] A. Zhu, “Characteristics of AC-biased Plasma Antenna and Plasma Antenna Excited by Surface Wave,” Journal Electromagnetic Analytical and Application, vol. 4, no. 7, pp. 279–284, 2012.

[9] C. D. Lorrain and P. Brityei, “Electromagnetic Fields and Waves,” USA 2nd edition, John Wiley& Sons, 1976.

[10] W. Xiao-Po and Sh. Jia-Ming, “Scattering by Two Parallel Plasma Cylinders,” IEEE International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), Shenzhen, China, 2012.