[发明专利]一种参数可变的精确等离子体天线辐射性能仿真方法

说明书

本发明公开了一种参数可变的精确等离子体天线性能仿真方法，从而可以对等离子体天线辐射性能与等离子体物理特性之间的关系进行详细分析，继而提高模拟精。首先，根据所需设计天线的体制和工作频段，确定天线的物理模型及天线的入射电磁波频率，代入Drude色散方程，并以等离子体相对介电常数的值能够表征导电性作为限制，计算获得等离子体频率ωpe和等离子体碰撞频率v；采用CST软件建立天线模型，天线材料采用色散模型，并利用上述ωpe和v设置色散模型参数，然后启动仿真，获得天线辐射性能结果；最终查看天线辐射性能结果，判断结果是否满足需求，如果不满足要求，则重新确定一组参数重复上述步骤。

技术领域

本发明涉及等离体天线仿真技术领域，尤其涉及一种参数可变的精确等离子体天线性能仿真方法。

背景技术

等离子体(Plasma)是由大量带电粒子组成的非束缚态宏观体系，它包含自由电子、自由离子，也可能存在中性粒子，是继固、液、气三态后的第四种物质存在形态，是一种处于电离状态的物质高能聚集态。通常在这种凝聚态中电子所带负电荷与离子所带正电荷的总数相等，宏观上呈现中性，因而称为等离子体。等离子体是宇宙空间中普遍存在的一种物质形态，它们对电磁波的传播有着较大的影响。在一定的条件下，等离子体能反射电磁波；在另一种条件下，它又能吸收电磁波。

等离子体天线是采用等离子体代替普通金属传导和辐射电磁波的天线，利用等离子体对一定频率的电磁波呈现良导体特性而制成。由于采用等离子体作为天线材料，等离子体的密度、碰撞频率等参数都可以动态进行调整。这样可使天线阻抗、带宽、方向图、辐射功率在较宽范围内动态改变。

基于等离子体天线在实际应用中的需求，开展等离子体天线的仿真，尤其是通过仿真得到等离子体参数与天线性能的关系，将为等离子体天线技术的应用打下理论基础。

因等离子体属于特殊材料，在仿真等离子体天线时，需考虑如何解决该特殊材料的设置才能使得仿真中的等离子体与实际中的等离子体的性质最相似，从而得到最精确的天线性能仿真结果。

一种典型的仿真方法是：使用金属来替代等离子体进行等离子天线的建模，模拟等离子体天线的工作特性。但等离子体的介电常数在某个工作频段上并不是固定不变的，因此用金属来替代等离子体误差较大。

另一种典型的仿真方法是：根据所需工作频率，选择能够反映该工作频率的与频率相关的材料来替代等离子体进行等离子天线的建模；但是某种材料对应的频率为一个频段，因此几个工作频率可能对应同一种材料，而不是一个工作频率对应一种材料，因此频率与介电常数不是连续变化的，而是在频率连续变化的情况下介电常数呈阶梯状变化，从而导致模拟精度不高，仍具有一定误差。

总而言之，目前的仿真方法还存在以下几个方面的不足：

(1)等离子体天线仿真结果不精确，误差较大。

(2)等离子体参数是固定的、不可随频率变化，或仅能在某些频点离散变化，不能很好的反映等离子体的特殊性质。

发明内容

有鉴于此，为了解决因等离子体特殊的物理特性而造成的等离子体天线仿真困难的问题，提出一种参数可变的精确等离子体天线仿真方法，从而可以对等离子体天线辐射性能与等离子体物理特性之间的关系进行详细分析，继而提高模拟精度。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种参数可变的等离子体天线性能仿真方法，包括：

步骤一、根据所需设计天线的体制和工作频段，确定天线的物理模型及天线的入射电磁波频率ω；