磁窗天线增强等离子体鞘套透波特性研究

The communication blackout, which is caused by plasma sheath around a hypersonic vehicle flying in atmosphere, is a serious problem to aerospace vehicles. A magneto window will be formed when a static magnetic field is applied to plasma sheath, with which the attenuation of right circular polarized wave in the sheath will be reduced. The best way to build a magnetic field is by superconductive devices. However, there are some problems such as heavy weight and complex structure when applying superconductive devices to generate a magneto window. In this project, an integrated concept, magneto window antenna, was proposed. A circularly polarized microwave antenna will be designed according to this concept.The contents of this project include theoretic analysis,the design of magneto window antenna, experimental research and so on.

外加强磁场可以形成"磁窗"，能够有效地增强右旋圆极化电磁波在等离子体鞘套中传播时的透波特性，但是在产生磁窗过程中（例如使用超导产生磁窗）有一系列的问题如磁体的重量和复杂性等需要克服。为解决这一问题，提出了天线和强永磁体一体化综合设计的新思路──"磁窗天线"，以增强电磁波在等离子体鞘套中传播时的透波特性而又不显著地增加系统的重量和复杂性。为验证这种思路的可行性，拟开展本项目研究，主要内容包括：等离子体鞘套流场特性研究、电磁波在磁化等离子体中传播特性理论研究、"磁窗天线"原理性试验装置研制、"磁窗天线"增强等离子体透波特性粉末激波管原理性验证试验等。"磁窗天线"具有不改变飞行器的外形、不改变靶场现有设备的通信制式、无冷却系统要求等优点，并克服了其它产生"磁窗"方式（如，采用超导产生"磁窗"技术）带来的磁体重量过大等难以实现技术工程化的问题。

外加强磁场可以形成“磁窗”，有效地增强右旋圆极化电磁波在等离子体鞘中传播时的透波特性，但是在产生磁窗过程中有一系列的问题，如磁体的重量和复杂性等需要克服。为解决这一问题，本项目提出了天线和强永磁体一体化综合设计的新思路——磁窗天线，使得磁窗天线既具有天线发射通信信号的功能，又具有产生强磁场改善等离子体透波特性的功能，并且天线和永磁铁相互之间不会影响各自的性能。开展了典型飞行器周围等离子体鞘分布特性分析，推导了电磁波在磁化等离子体中传播特性理论模型。研制了工作在GPS（全球卫星定位系统）1.575GHz频段的磁窗天线增强等离子体透波特性装置，利用粉末激波管试验验证了磁窗天线的有效性。在此基础上，对设计的磁窗天线进行了改进。为消除磁窗天线对其它电子设备的影响，设计了一种磁窗天线防护与增强装置。为增强磁窗天线在等离子体中的透波特性，设计了E×B型磁窗天线，为进一步提升磁窗天线的性能奠定了基础。