RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL
УДК 533.915, 621.396.67Предмет и цель работы: В настоящее время наиболее острой проблемой в развитии и создании новых образцов военной техники является усовершенствование защиты объектов в радиоэлектронной борьбе. Перспективное направление создания малозаметных антенн – использование низкотемператур...
Збережено в:
| Видавець: | Видавничий дім «Академперіодика» |
|---|---|
| Дата: | 2020 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1333 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Radio physics and radio astronomy| id |
oai:ri.kharkov.ua:article-1333 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
цилиндрическая плазменная антенна метод спектрального разложения излучение поверхностные волны диаграмма направленности низкотемпературная плазма циліндрична плазмова антена метод спектрального розкладання випромінювання поверхневі хвилі діаграма спрямованості низькотемпературна плазма cylindrical plasma antenna spectral decomposition method radiation surface waves directional pattern low-temperature plasma |
| spellingShingle |
цилиндрическая плазменная антенна метод спектрального разложения излучение поверхностные волны диаграмма направленности низкотемпературная плазма циліндрична плазмова антена метод спектрального розкладання випромінювання поверхневі хвилі діаграма спрямованості низькотемпературна плазма cylindrical plasma antenna spectral decomposition method radiation surface waves directional pattern low-temperature plasma Artemenko, A. N. Karlov, V. D. Kirichenko, Yu. V. Lukashuk, O. V. RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL |
| topic_facet |
цилиндрическая плазменная антенна метод спектрального разложения излучение поверхностные волны диаграмма направленности низкотемпературная плазма циліндрична плазмова антена метод спектрального розкладання випромінювання поверхневі хвилі діаграма спрямованості низькотемпературна плазма cylindrical plasma antenna spectral decomposition method radiation surface waves directional pattern low-temperature plasma |
| format |
Article |
| author |
Artemenko, A. N. Karlov, V. D. Kirichenko, Yu. V. Lukashuk, O. V. |
| author_facet |
Artemenko, A. N. Karlov, V. D. Kirichenko, Yu. V. Lukashuk, O. V. |
| author_sort |
Artemenko, A. N. |
| title |
RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL |
| title_short |
RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL |
| title_full |
RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL |
| title_fullStr |
RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL |
| title_full_unstemmed |
RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL |
| title_sort |
radiation of a longitudinally inhomogeneous plasma column with a dielectric shell |
| title_alt |
ИЗЛУЧЕНИЕ ПРОДОЛЬНО НЕОДНОРОДНОГО ПЛАЗМЕННОГО СТОЛБА С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКОЙ ВИПРОМІНЮВАННЯ ПОЗДОВЖНЬО НЕОДНОРІДНОГО ПЛАЗМОВОГО СТОВПА З ДІЕЛЕКТРИЧНОЮ ОБОЛОНКОЮ |
| description |
УДК 533.915, 621.396.67Предмет и цель работы: В настоящее время наиболее острой проблемой в развитии и создании новых образцов военной техники является усовершенствование защиты объектов в радиоэлектронной борьбе. Перспективное направление создания малозаметных антенн – использование низкотемпературной плазмы. Кроме того, плазменными антеннами можно быстро управлять, перестраивая рабочую частоту и диаграмму направленности. В плазменных антеннах роль токопроводящего элемента играет газовый разряд в ограниченном объеме. Целью работы является исследование эффективности преобразования энергии поверхностной волны, распространяющейся в продольно неоднородном цилиндрическом плазменном столбе, в излучение. Плазменный столб ограничен диэлектрической оболочкой. В середине столба коаксиально расположен узкий металлический цилиндрический стержень.Методы и методология: Анализ выполнен методом спектрального разложения электромагнитного поля рассматриваемой волноведущей системы по полному набору функций, описывающих поверхностную и пространственные волны плазменной антенны.Результаты: Получена система интегро-дифференциальных уравнений для нахождения коэффициентов этого разложения. Эти коэффициенты определяют амплитуды отраженной и рассеянной на неоднородности плазмы волн и волны, прошедшей через неоднородность, а также диаграммы направленности излучения. Система уравнений справедлива для произвольного продольного изменения плотности плазмы. Определены зависимости коэффициентов трансформации энергии поверхностной волны от градиента плотности плазмы для некоторых значений электрического радиуса плазменного столба, диэлектрической проницаемости диэлектрика и его толщины. Продемонстрировано, что часть энергии поверхностной волны, которая трансформируется в излучение под острыми углами, может составлять 25÷30 %. Диаграммы направленности являются остронаправленными и имеют один лепесток. Максимум излучения расположен под углом в несколько градусов к направлению распространения поверхностной волны. Ширина лепестка уменьшается, а его положение сдвигается к 0° при увеличении градиента плотности плазмы. Исследовано влияние диэлектрика и радиуса металлического стержня на характеристики излучения.Заключение: Волноведущая система, рассмотренная в работе, является достаточно адекватной моделью плазменной антенны. Энергия, вводимая в такую антенну, с высокой эффективностью преобразуется в излучение под малыми углами к оси.Ключевые слова: цилиндрическая плазменная антенна, метод спектрального разложения, излучение, поверхностные волны, диаграмма направленности, низкотемпературная плазмаСтатья поступила в редакцию 12.02.2020Radio phys. radio astron. 2020, 25(2): 158-167СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Rayner J. P., Whichello A. P., and Cheetham A. D. Physical characteristics of plasma antennas. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32, Is. 1. P. 269–281. DOI: 10.1109/TPS.2004.8260192. Истомин Е. Н., Карфидов Д. М., Минаев И. М., Рухадзе А. А., Тараканов В. П., Сергейчев К. Ф., Трефилов А. Ю. Плазменный несимметричный вибратор с возбуждением поверхностной волной. Физика плазмы. 2006. Т. 32, № 5. С. 423–435.3. Шевченко В. В. Плавные переходы в открытых волноводах. Введение в теорию. Москва: Наука, 1969. 192 с.4. Kirichenko Yu. V. Study of a Longitudinally Nonuniform Plasma Layer. J. Commun. Technol. Electron. 2017. Vol. 62, Is. 2. P. 166–174. DOI: 10.1134/S106422691702005X5. Kirichenko Yu. V. Cylindrical Plasma Antenna with Large Longitudinal Density Irregularity. J. Commun. Technol. Electron. 2018. Vol. 63, Is. 5. P. 438–445. DOI: 10.1134/S10642269180500426. Артеменко А. Н., Карлов В. Д., Кириченко Ю. В. Теоретические основы плазменных антенн бегущей волны. Монография. Харьков: ООО ”ДИСА ПЛЮС“, 2018. 194 с.7. Уолтер К. Антенны бегущей волны. Москва: Энергия, 1970. 449 с. |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1333 |
| work_keys_str_mv |
AT artemenkoan izlučenieprodolʹnoneodnorodnogoplazmennogostolbasdiélektričeskojoboločkoj AT karlovvd izlučenieprodolʹnoneodnorodnogoplazmennogostolbasdiélektričeskojoboločkoj AT kirichenkoyuv izlučenieprodolʹnoneodnorodnogoplazmennogostolbasdiélektričeskojoboločkoj AT lukashukov izlučenieprodolʹnoneodnorodnogoplazmennogostolbasdiélektričeskojoboločkoj AT artemenkoan vipromínûvannâpozdovžnʹoneodnorídnogoplazmovogostovpazdíelektričnoûobolonkoû AT karlovvd vipromínûvannâpozdovžnʹoneodnorídnogoplazmovogostovpazdíelektričnoûobolonkoû AT kirichenkoyuv vipromínûvannâpozdovžnʹoneodnorídnogoplazmovogostovpazdíelektričnoûobolonkoû AT lukashukov vipromínûvannâpozdovžnʹoneodnorídnogoplazmovogostovpazdíelektričnoûobolonkoû AT artemenkoan radiationofalongitudinallyinhomogeneousplasmacolumnwithadielectricshell AT karlovvd radiationofalongitudinallyinhomogeneousplasmacolumnwithadielectricshell AT kirichenkoyuv radiationofalongitudinallyinhomogeneousplasmacolumnwithadielectricshell AT lukashukov radiationofalongitudinallyinhomogeneousplasmacolumnwithadielectricshell |
| first_indexed |
2024-05-26T06:29:31Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:29:31Z |
| _version_ |
1800358367736102912 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-13332020-06-09T10:20:32Z ИЗЛУЧЕНИЕ ПРОДОЛЬНО НЕОДНОРОДНОГО ПЛАЗМЕННОГО СТОЛБА С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКОЙ ВИПРОМІНЮВАННЯ ПОЗДОВЖНЬО НЕОДНОРІДНОГО ПЛАЗМОВОГО СТОВПА З ДІЕЛЕКТРИЧНОЮ ОБОЛОНКОЮ RADIATION OF A LONGITUDINALLY INHOMOGENEOUS PLASMA COLUMN WITH A DIELECTRIC SHELL Artemenko, A. N. Karlov, V. D. Kirichenko, Yu. V. Lukashuk, O. V. цилиндрическая плазменная антенна; метод спектрального разложения; излучение; поверхностные волны; диаграмма направленности; низкотемпературная плазма циліндрична плазмова антена; метод спектрального розкладання; випромінювання; поверхневі хвилі; діаграма спрямованості; низькотемпературна плазма cylindrical plasma antenna; spectral decomposition method; radiation; surface waves; directional pattern; low-temperature plasma УДК 533.915, 621.396.67Предмет и цель работы: В настоящее время наиболее острой проблемой в развитии и создании новых образцов военной техники является усовершенствование защиты объектов в радиоэлектронной борьбе. Перспективное направление создания малозаметных антенн – использование низкотемпературной плазмы. Кроме того, плазменными антеннами можно быстро управлять, перестраивая рабочую частоту и диаграмму направленности. В плазменных антеннах роль токопроводящего элемента играет газовый разряд в ограниченном объеме. Целью работы является исследование эффективности преобразования энергии поверхностной волны, распространяющейся в продольно неоднородном цилиндрическом плазменном столбе, в излучение. Плазменный столб ограничен диэлектрической оболочкой. В середине столба коаксиально расположен узкий металлический цилиндрический стержень.Методы и методология: Анализ выполнен методом спектрального разложения электромагнитного поля рассматриваемой волноведущей системы по полному набору функций, описывающих поверхностную и пространственные волны плазменной антенны.Результаты: Получена система интегро-дифференциальных уравнений для нахождения коэффициентов этого разложения. Эти коэффициенты определяют амплитуды отраженной и рассеянной на неоднородности плазмы волн и волны, прошедшей через неоднородность, а также диаграммы направленности излучения. Система уравнений справедлива для произвольного продольного изменения плотности плазмы. Определены зависимости коэффициентов трансформации энергии поверхностной волны от градиента плотности плазмы для некоторых значений электрического радиуса плазменного столба, диэлектрической проницаемости диэлектрика и его толщины. Продемонстрировано, что часть энергии поверхностной волны, которая трансформируется в излучение под острыми углами, может составлять 25÷30 %. Диаграммы направленности являются остронаправленными и имеют один лепесток. Максимум излучения расположен под углом в несколько градусов к направлению распространения поверхностной волны. Ширина лепестка уменьшается, а его положение сдвигается к 0° при увеличении градиента плотности плазмы. Исследовано влияние диэлектрика и радиуса металлического стержня на характеристики излучения.Заключение: Волноведущая система, рассмотренная в работе, является достаточно адекватной моделью плазменной антенны. Энергия, вводимая в такую антенну, с высокой эффективностью преобразуется в излучение под малыми углами к оси.Ключевые слова: цилиндрическая плазменная антенна, метод спектрального разложения, излучение, поверхностные волны, диаграмма направленности, низкотемпературная плазмаСтатья поступила в редакцию 12.02.2020Radio phys. radio astron. 2020, 25(2): 158-167СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Rayner J. P., Whichello A. P., and Cheetham A. D. Physical characteristics of plasma antennas. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32, Is. 1. P. 269–281. DOI: 10.1109/TPS.2004.8260192. Истомин Е. Н., Карфидов Д. М., Минаев И. М., Рухадзе А. А., Тараканов В. П., Сергейчев К. Ф., Трефилов А. Ю. Плазменный несимметричный вибратор с возбуждением поверхностной волной. Физика плазмы. 2006. Т. 32, № 5. С. 423–435.3. Шевченко В. В. Плавные переходы в открытых волноводах. Введение в теорию. Москва: Наука, 1969. 192 с.4. Kirichenko Yu. V. Study of a Longitudinally Nonuniform Plasma Layer. J. Commun. Technol. Electron. 2017. Vol. 62, Is. 2. P. 166–174. DOI: 10.1134/S106422691702005X5. Kirichenko Yu. V. Cylindrical Plasma Antenna with Large Longitudinal Density Irregularity. J. Commun. Technol. Electron. 2018. Vol. 63, Is. 5. P. 438–445. DOI: 10.1134/S10642269180500426. Артеменко А. Н., Карлов В. Д., Кириченко Ю. В. Теоретические основы плазменных антенн бегущей волны. Монография. Харьков: ООО ”ДИСА ПЛЮС“, 2018. 194 с.7. Уолтер К. Антенны бегущей волны. Москва: Энергия, 1970. 449 с. УДК 533.915, 621.396.67Предмет і мета роботи: Наразі найгострішою проблемою у розвитку і створенні нових зразків військової техніки є вдосконалення захисту об’єктів у радіоелектронній боротьбі. Перспективним шляхом створення малопомітних антен є використання низькотемпературної плазми. Окрім цього, плазмовими антенами можна швидко управляти шляхом зміни робочої частоти і діаграми спрямованості. У плазмових антенах роль струмопровідного елемента відіграє газовий розряд в обмеженому об’ємі. Метою роботи є дослідження ефективності перетворення енергії поверхневої хвилі, що поширюється у поздовжньо неоднорідному циліндричному плазмовому стовпі, в випромінювання. Плазмовий стовп обмежений діелектричною оболонкою. Усередині стовпа коаксіально розташовано вузький металевий циліндричний стрижень.Методи і методологія: Аналіз виконано методом спектрального розкладання електромагнітного поля розглянутої хвилеведучої системи за повним набором функцій, що описують поверхневу та просторові хвилі плазмової антени.Результати: Отримано систему інтегро-диференціальних рівнянь для знаходження коефіцієнтів цього розкладання. Ці коефіцієнти визначають амплітуди відбитої та розсіяної на неоднорідності плазми хвиль та хвилі, що пройшла крізь неоднорідність, а також діаграми спрямованості випромінювання. Система рівнянь є справедливою для довільної поздовжньої зміни щільності плазми. Обчислено залежності коефіцієнтів трансформації енергії поверхневої хвилі від градієнта щільності плазми для деяких значень електричного радіуса плазмового стовпа, діелектричної проникності діелектрика та його товщини. Продемонстровано, що частка енергії поверхневої хвилі, яка трансформується у випромінювання під гострими кутами, може складати 25÷30 %. Діаграми спрямованості є гостроспрямованими і мають одну пелюстку. Максимум випромінювання розташований під кутом у декілька градусів до напрямку поширення поверхневої хвилі. Ширина пелюстки зменшується, а її положення зсувається до 0° зі збільшенням градієнта щільності плазми. Досліджено вплив діелектрика і радіуса металевого стрижня на характеристики випромінювання.Висновки: Хвилеведуча система, розглянута у роботі, є достатньо адекватною моделлю плазмової антени. Енергія, яка вводиться у таку антену, з високою ефективністю перетворюється у випромінювання під малими кутами до осі.Ключові слова: циліндрична плазмова антена, метод спектрального розкладання, випромінювання, поверхневі хвилі, діаграма спрямованості, низькотемпературна плазмаСтаття надійшла до редакції 12.02.2020Radio phys. radio astron. 2020, 25(2): 158-167СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ1. Rayner J. P., Whichello A. P., and Cheetham A. D. Physical characteristics of plasma antennas. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32, Is. 1. P. 269–281. DOI: 10.1109/TPS.2004.8260192. Истомин Е. Н., Карфидов Д. М., Минаев И. М., Рухадзе А. А., Тараканов В. П., Сергейчев К. Ф., Трефилов А. Ю. Плазменный несимметричный вибратор с возбуждением поверхностной волной. Физика плазмы. 2006. Т. 32, № 5. С. 423–435.3. Шевченко В. В. Плавные переходы в открытых волноводах. Введение в теорию. Москва: Наука, 1969. 192 с.4. Kirichenko Yu. V. Study of a Longitudinally Nonuniform Plasma Layer. J. Commun. Technol. Electron. 2017. Vol. 62, Is. 2. P. 166–174. DOI: 10.1134/S106422691702005X5. Kirichenko Yu. V. Cylindrical Plasma Antenna with Large Longitudinal Density Irregularity. J. Commun. Technol. Electron. 2018. Vol. 63, Is. 5. P. 438–445. DOI: 10.1134/S10642269180500426. Артеменко А. Н., Карлов В. Д., Кириченко Ю. В. Теоретические основы плазменных антенн бегущей волны. Монография. Харьков: ООО ”ДИСА ПЛЮС“, 2018. 194 с.7. Уолтер К. Антенны бегущей волны. Москва: Энергия, 1970. 449 с. PACS numbers: 52.40.Fd;52.75.-dPurpose: Actually, the most vexed problem in developing and creation of new models of military technique is improvement of protection of objects in the radio electronic warfare. The perspective direction of creation of scarcely noticeable antennas is the use of low temperature plasma. Moreover, the plasma antennas can be quickly operated by tuning the working frequency and steering a beam. In plasma antennas, the role of a conductive element plays the gas discharge in a limited space. The efficiency of converting the energy of a surface wave propagating in a longitudinally inhomogeneous cylindrical plasma column into radiation has been studied. A plasma column is limited by a dielectric sheath. A narrow metal cylindrical rod is coaxially located inside the plasma column.Design/methodology/approach: The analysis was made by the method of spectral expansion of the electromagnetic field of the considered wave-propagating system in a complete set of functions, including surface and spatial waves of the plasma column.Findings: A system of integro-differential equations for finding the expansion coefficients has been derived. These coefficients determine the amplitudes of the reflected from and scattered on the plasma inhomogeneity waves, and the wave transmitted through the inhomogeneity, as well as the radiation pattern. The system of equations is valid for an arbitrary longitudinal change in the plasma density. The dependences of the transformation coefficients of the surface wave energy on the plasma density gradient are calculated for some values of the plasma cylinder electric radius and dielectric constant. Examples are given when the fraction of the surface wave energy being transformed into the radiation at sharp angles can make 25 to 30 %. The radiation patterns are pointed and have one well-defined lobe. The maximum radiation occurs at an angle of several degrees with respect to the surface wave propagation direction. The lobe width decreases, and its position shifts to 0° with an increase in the plasma density gradient. The influence of the properties of the dielectric and the metal rod radius on the radiation characteristics is investigated.Conclusions: The here-considered wave-propagating system is an adequate-enough model of a plasma antenna. The energy being entered into such an antenna is converting with high efficiency into the radiation at small angles to the axis.Key words: cylindrical plasma antenna, spectral decomposition method, radiation, surface waves, directional pattern, low-temperature plasmaManuscript submitted 12.02.2020Radio phys. radio astron. 2020, 25(2): 158-167REFERENCES1. RAYNER, J. P., WHICHELLO, A. P. and CHEETHAM, A. D., 2004. Physical characteristics of plasma antennas. IEEE Trans. Plasma Sci. vol. 32, is. 1, pp. 269–281. DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2004.8260192. ISTOMIN, E. N., KARFIDOV, D. M., MINAEV, I. M., RUKHADZE, A. A., TARAKANOV, V. P., SERGEICHEV, K. F. and TREFILOV, A. YU., 2006. Plasma asymmetric dipole antenna excited by a surface wave. Plasma Phys. Rep. vol. 32, is. 5, pp. 388–400. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063780X060500473. SHEVCHENKO, V. V., 1969. Continuous Transitions in Open Waveguides. Introduction to Theory. Moscow, Russia: Nauka Publ. (in Russian). DOI: https://doi.org/10.1109/EUMA.1969.3318574. KIRICHENKO, YU. V., 2017. Study of a Longitudinally Nonuniform Plasma Layer. J. Commun. Technol. Electron. vol. 62, is. 2, pp. 166–174. DOI: https://doi.org/10.1134/S106422691702005X5. KIRICHENKO, YU. V., 2018. Cylindrical Plasma Antenna with Large Longitudinal Density Irregularity. J. Commun. Technol. Electron. vol. 63, is. 5, pp. 438–445. DOI: https://doi.org/10.1134/S10642269180500426. ARTEMENKO, A. N., KARLOV, V. D. and KIRICHENKO, YU. V., 2018. Theoretical foundation of traveling wave plasma antennas. Monograph. Kharkiv, Ukraine: DISA PLYUS Publ. (in Russian).7. WALTER, C. H., 1965. Traveling Wave Antennas. New York: McGraw-Hill. Видавничий дім «Академперіодика» 2020-05-22 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1333 10.15407/rpra25.02.158 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 25, No 2 (2020); 158 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 25, No 2 (2020); 158 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 25, No 2 (2020); 158 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra25.02 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1333/pdf Copyright (c) 2020 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |