تحلیلی بر مشخصات فیزیکی و پیاده سازی بازتابنده های پلاسمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه پژوهشی مخابرات، پژوهشکده سامانه‌های فضانوردی، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 پژوهشگر، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، ظرفیت‌ها و مشخصات فیزیکی یک بازتابنده پلاسمایی مورد بررسی قرار می‌گیرد. مشاهده می‌شود که خواص انعکاسی بازتابنده پلاسمایی، تابع مشخصات فیزیکی پلاسما، بسامدموج الکترومغناطیسی و زاویه تابش آن است. نتایج حاصل از تحلیل‌های انجام شده در این پژوهش نشان می‌دهند که یک بازتابنده پلاسمایی همانند یک فیلتر بالاگذری است که بسامد قطع آن تابع مقدار بسامد پلاسما و زاویه تابش موج الکترومغناطیسی است و مقدار تلفات این فیلتر، با فشار گاز در محیط پلاسما و نیز ضخامت بازتابنده قابل کنترل است. این فیلتر، با تحریک یا عدم تحریک پلاسما، قابلیت خاموش و روشن شدن دارد و درصورت خاموش شدن، امواج الکترومغناطیسی با تلفات جزئی از آن عبور می‌کنند. از آن‌جا که تحقق رساناهای پلاسمایی با استفاده از لوله‌های دی‌الکتریک تجاری، بسیار رایج‌ و مقرون به‌صرفه است، دراین پژوهش، انواع چینش‌های امکان‌پذیر برای پیاده‌سازی این بازتابنده‌ها با لوله های دی‌الکتریک استوانه‌ای شکل ( مشابه محفظه‌های تجاری پلاسما) بررسی شده و مؤثرترین چینش، که استفاده از دو لایه پلاسمای لوله‌ای شکل عمود بر یکدیگر است، برای تحقق پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Study on the Physical Characteristics and Development of Plasma Reflectors

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Sadeghikia 1
  • Mohammad-Reza Dorbin 2
  • Mahmoud Talafi-Noghani 1
  • jaber seyyedi 3
  • Abdoreza jabbari 3
1 Assistant Professor, Telecommunication Research Group, Aerospace Systems Research Institute, Aerospace Research Institute, Tehran, Iran
2 PhD student, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Researcher, Imam Hossein University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, the physical characteristics of a plasma reflector are investigated. It is observed
that the frequency and angle of the incident electromagnetic waves and also the physical
parameters of the plasma affect the characteristics of the plasma reflector. The analytical
analysis show that a plasma reflector behaves like a high-pass filter whose cut-off frequency is a
function of the plasma frequency and the angle of the incident electromagnetic wave. The
amount of loss in this filter can be controlled by the plasma pressure and also the thickness of
the reflector. It is possible to turn this filter on and off by energizing/de-energizing the plasma.
In the case of the de-energized filter, the electromagnetic waves pass through it with a partial
loss. In this research commercial off-the-shelf dielectric tubes which are cheap and available are
used to implement the concept, and various feasible arrangements, for the implemetation of the
reflectors with cylindrical dielectric tubes (equivalent to commercial plasma containers) are
investigated. The simulation results show that using two tublar layers perpendicular to each
other, is the most efficient structure for the plasma reflector.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plasma Reflector
  • Reflection Coefficient
  • Plasma Column
  • COTS Plasma Tubes
[1]     M. Tohidlo, S. M. Hashemi, and  F. Sadeghikia, “The Effect of AC Excitation Frequency and Waveform on U-Shaped Monopole Plasma Antenna,” Journal of Radar, vol. 7, no. 2, pp. 89-95, 2019 (in persian). 
[2]     F. Sadeghikia, M. R. Dorbin, A. K. Horestani, M. T. Noghani, and  H. Ja'afar, “Tunable inverted F antenna using plasma technologies,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 18, no. 4, pp.702-706, Apr. 2019.
[3]     H. Ja’afar, M. T. B.  Ali, A.  N.  B.  Dagang, H.  M. Zali, 
and  N. A.  Halili,  “A reconfigurable monopole antenna with fluorescent tubes using plasma windowing concepts for 4.9-GHz application,”  IEEE Transaction on Plasma Science, vol. 43, no. 3, pp. 815-820, March 2015.
[4]     I. Alexeff, T. Anderson, S. Parameswaran, E. P. Pradeep, 
J. Hulloli, and P. Hulloli, “Experimental and theoretical results with plasma antennas,” IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 34, no.2, pp.166–172, Apr. 2006.
[5]     M. T. Jusoh, O. Lafond, F. Colombel, and M. Himdi, “Performance and radiation patterns of a reconfigurable plasma corner-reflector antenna,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp. 1137-1140, Sep. 2013.
[6]     X. Yuan, Z. Li, D. Rodrigo, H. Mopidevi, O. Kaynar, 
L. Jofre, and B. Cetiner, “A parasitic layer-based reconfigurable antenna design by multi-objective optimization,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 60, no. 6, pp. 2690-2701, June 2012.
[7]     C. Plapous, J. Cheng, E. Taillefer, A. Hirata, and T. Ohira, “Reactance domain music algorithm for electronically steerable parasitic array radiator,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, no. 12, pp. 3257-3264, Dec 2004.
[8]     N. Fourikis, Phased Array-Based Systems and Applications. Newyork: Wiley, 1997.
[9]     F. Sadeghikia, M. T. Noghani, and M. Simard, “Experimental study on the surface wave driven plasma antenna,” AEU Int. J. Electron. Commun., vol. 70, pp. 652-656, May 2016.
[10]  M. T. Jusoh, O. Lafond, F. Colombel, and M. Himdi, “Performance of a reconfigurable reflector antenna with scanning capability using low-cost plasma elements,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 12, pp. 2869-2874, Dec. 2013.
[11]  O. A. Barro, O. Lafond, and H. Himdi, “Reconfigurable antennas radiations using plasma Faraday cage,” in Proc. Int. Conf. on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Sept. 2015. 
[12]  F. Sadeghikia, M. R. Dorbin, A. K. Horestani, M. T. Noghani, and H. Ja’afar, “Multi-beam frequency tunable antenna based on plasma-nested helix,” in Proc. 13th European conference on antennas and propagation (EuCAP), 31 March-5 Apr. 2019. 
[13]  F. Sadeghikia, M. Valipour, M. T. Noghani, H. Ja’afar, and A.K. Horestani, “3D Beam Steering End-Fire Helical Antenna with Beamwidth Control Using Plasma Reflectors,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Oct. 2020.
[14]  F. Sadeghikia, F. Hodjat-Kashani, J. Rashed-Mohassel, 
A. A. Lotfi, and J. Ghayoomeh-Bozorgi, “Ayagi-uda plasma monopole array,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 2012; 26: 885-894.
[15]  F. Sadeghikia, F. Hodjat-Kashani, J. Rashed-Mohassel, and  J. Ghayoomeh-Bozorgi, “Characterization of a surface wave driven plasma monopole antenna,” Journal of Electro-magnetic Waves and Applications; vol.26: no. 2, pp. 239-250,2012.
[16]  F. Sadeghikia, H. Mahdikia, M. R. Dorbin, M. T. N. oghani, A. K. Horestani, and H. Ja'afar, “A Study on the Effect of Gas Pressure and Excitation Frequency of a Cylindrical Plasma Antenna on its Radiation Efficiency,” 13th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Poland, March 2019.
[17]  M. Moisan and  H. Nowakowska, “Contribution of surface-wave (SW) sustained plasma columns to the modeling of RF and microwave discharges with new insight into some of their features. A survey of other types of SW discharges,” Plasma Sources Science and Technology, vol. 27, no. 7, Jul. 2018.
[18]  Anderson, Theodore. Plasma antennas. Artech House, 2011.
[19]  D. K. Cheng, “Field and Wave Electromagnetics,” Pearson Education India, 1989.
[20]  N. Engheta, R. W.  Ziolkowski, “Metamaterials: Physics and Engineering Explorations,” Wiley-IEEE Press, 2006.