Plazmová anténa je aktivně vyvíjený typ rádiové antény , ve které se místo kovových vodičů používá k příjmu a vysílání rádiových vln ionizovaný plyn- plazma [1] [2] [3] [4] [5] . Přestože se plazmové antény teprve objevují, samotná myšlenka použití plazmy v anténách byla patentována v roce 1919 a patří J. Hettingerovi [6] .
Vůbec první vzorky takových antén vytvářely plazma v plynových výbojkách (nejčastěji lampách) a nazývaly se antény s ionizovaným plynem [1] . Solid State Plasma Antennas (také známé jako Silicon Plasma Antennas - PSiAN) jsou založeny na křemíkových mikroobvodech a mají funkci řízení směrovosti antény [7] . Plazmové křemíkové antény budou pravděpodobně použity v technologii WiGig (navrhovaná náhrada za Wi-Fi ), a také například pro snížení nákladů na radarový systém pro zamezení kolizí [7] [8] . Kromě pevnolátkových antén jsou v současnosti známy tři směry vytváření plazmových antén: vytvoření vodivého kanálu vytvořeného v atmosféře vlivem ionizujícího záření; výbušné metody pro tvorbu plazmových trysek v otevřeném prostoru; využití plazmatu získaného v dielektrických trubicích [9] . Takové antény lze úspěšně použít v ozbrojených silách ke snížení radarové viditelnosti objektů vojenské techniky (letadla, lodě, radarové stanice atd.). Z hlediska použití plazmových antén pro maskování v dosahu radaru, rychlého zapnutí a téměř bez setrvačnosti změny parametrů antény je nejperspektivnější použití plazmatu získaného v dielektrických plynových výbojkách. Pokud použijete jednu takovou trubici s vodivou clonou, pak získáte asymetrický dipól (vibrátor), při použití soustavy více trubic získáte čelovku nebo anténní reflektor, který clonu maskuje.
Podle způsobu tvorby a excitace plazmy:
Podle typu anténních zařízení:
V plazmové anténě dochází k ionizaci plynu za vzniku plazmatu , které má na rozdíl od běžného plynu dosti vysokou elektrickou vodivost (zejména při teplotách nad 15 10 6 K vodivost plazmatu převyšuje vodivost stříbra [10] ), což výrazně zvyšuje kvalitu přenosu rádiového signálu. Plazmovou anténu lze použít jak pro vysílání rádiových vln, tak pro jejich příjem. Kromě toho lze plazmovou anténu použít jako reflektor nebo čočku pro odraz nebo zaostření rádiových vln z jiného zdroje [11] [12] .
Pevné antény se liší tím, že plazma vzniká mnohonásobnou emisí elektronů generovaných aktivací tisíců diod v křemíkovém čipu [7] [8] .
Již v letech 1999-2002 byla v USA a Austrálii provedena řada průkopnických experimentálních studií o plazmových anténách, jejichž výsledky jsou prezentovány v pracích G. Borga, T. Andersona a I. Alexeefa a kol . 1] [13] [5] ;.
Podle zprávy ITAR-TASS z 23. listopadu 2003 Spojené státy aktivně vyvíjejí novou plazmovou technologii pro radarové antény. Markland Technologies provádí řadu nových vědeckých studií o vytvoření PA a dalších prvků mikrovlnné technologie, financovaných vládou USA, se zapojením předních odborníků v oblasti fyziky plazmatu. Mezi nejvýznamnější práce společnosti patřil vývoj plazmových koaxiálních kabelů a vlnovodů, vývoj plazmových fázovaných polí a výroba vysokovýkonných plazmových antén. Podobný vývoj plazmových antén představuje společnost ASI Technology Corporation. Ale hlavním vývojářem plazmových antén je společnost Haleakala Research and Development Inc, založená T. Andersonem, který na základě své společné práce s Alekseefem v roce 2011 vydal knihu „Plasma Antennas“. Kniha představuje prototypy plazmové antény pracující s transceiverem, pole plazmové fázované antény (PAR) a reflektory. Theodore Anderson je držitelem několika amerických patentů na plazmové antény a zařízení na nich založená. V současné době Haleakala Research and Development Inc spolupracuje s University of Tennessee s podporou grantů na základě smluv s americkou armádou a letectvem.
Řada teoretických a experimentálních prací na plazmových anténách probíhá na Ukrajině, v Indii, Íránu a Číně [9] . Většina z nich souvisí s opakováním a doplněním prací Borga, Andersona a Alexeefa o plazmových anténách na bázi plynových výbojek. Na Ukrajině je věnována větší pozornost výbušným plazmovým anténám vytvořeným v otevřeném prostoru [9] .
V SSSR byla na konci 80. let provedena studie o zapálení vysokofrekvenčního výboje kolem krátkého vibrátoru umístěného v křemenném válci se zředěným vzduchem, ukázalo se, že je to doprovázeno zvýšením radiační účinnosti. antény a rozšíření jejího frekvenčního rozsahu směrem k nižším frekvencím. Samostatné studie byly provedeny na plazmových anténách založených na plazmové stopě zanechané tělesem pohybujícím se v atmosféře nadzvukovou rychlostí a jiskrovými plazmovými anténami.
Od roku 2002 v Ústavu obecné fyziky. A. M. Prochorova z Ruské akademie věd (IOF RAS) v rámci grantu RFBR 03-02-16993-a (2003–2005) a od roku 2005 základní oddělení č. 343 MSTU MIREA spolu s oddělením fyziky plazmatu, Oddělení oscilací a oddělení GPI RAS provádí výzkumné práce na teoretických základech činnosti plazmových antén, na plazmových anténách z plynových výbojek [2] [4] [3] [14] , vlnovodu-štěrbinových anténách s řízením plazmového paprsku , plazmové obrazovky založené na dielektrickém klouzání po povrchovém výboji.
Plazmové antény mají oproti běžným anténám významné výhody, jako jsou:
| Antény | |
|---|---|
| Princip fungování |
|
| Snímání |
|
| Anténní pole | |
| dodatečně |
|