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零折射率材料作为电磁超材料的一种,由于其特殊的电磁特性,作为天线覆盖层时,可以有效提高天线的方向性。而作为等离子体天线,其一个显著特点就是可以对天线参数进行电调。如果将二者结合,使用零折射率材料提高天线的方向性,然后将等离子体放电管引入零折射率材料中,就能够实现对天线方向性的动态调控。本文分为五章,第一章为绪论,其余各章主要工作如下所示:1.第二章设计了金属线型与十字贴片型两种不同类型的零折射率材料。使用等效参数提取法分别从S参数中得到了两者的介电常数、磁导率等等效电磁参数。金属线型零折射率材料在9.37GHz附近的折射率实部为0.05,虚部为0.02;十字贴片型零折射率材料在9.37GHz附近的折射率实部为0.08,虚部为0.04,可以认为在9.37GHz,两种材料都达到了近似的零折射。随后,分别制备了两种材料构成的平板结构,实际对其零折射率特性进行了验证。2.第三章将金属线型与十字贴片型零折射率材料分别加载到喇叭天线端口以提高喇叭天线方向性。仿真结果表明,加载金属线型零折射率材料之后,喇叭天线主要参数都得到了提升:E面半功率宽度从17.9°减少到了 16.8°,H面半功率宽度从18.7°减少到了 13.6°,回波损耗从-26dB减少到了-28.4dB,最大增益从19.5dB提高到了 21.ldB,增益带宽为430MHz。加载十字贴片线型零折射率材料之后,E面半功率宽度从17.9°减少到了 12.4°,H面半功率宽度从18.7°减少到了 15.7°,回波损耗从-26dB减少到了-28.8dB,最大增益从19.5dB提高到了 21.7dB,增益带宽为290MHz。天线在微波暗室实测也证实了零折射率材料对其方向性的提升作用。3.第四章采用两种不同的方案将等离子放电管与零折射率材料相结合,对喇叭天线的方向性进行动态调控。对于金属线型零折射率材料,使用较细等离子体放电管替代其中的铜线,当等离子体放电管处于通电状态时,天线的方向性提高,等离子体放电管处于断电状态时,天线的方向性降低。E面半功率宽度的变换范围为9.3°,H面半功率宽度的变换范围为15.6°,最大增益的变化范围为3.7dB。对于十字贴片型零折射率材料,使用较粗的等离子体放电管对出射电磁波进行反射。当等离子体放电管处于断电状态时,天线的方向性提高,等离子体放电管处于通电状态时,天线的方向性降低。E面半功率宽度的变换范达到19.4°,H面半功率宽度的变换范围达到16.5°,最大增益的变化范围达到4.6dB。4.第五章将等离子体物理、原子核物理相结合,构建了 α粒子等离子体放电管激发等离子体预电离的理论模型。经过计算发现,当放电管的内径为10mm时,均匀涂覆活度为1μCi/cm2的238Pu涂层之后能在管内产生108/cm3数量级自由电子密度,可以使等离子体管的放电建立时间从原来的500ns左右减少到220ns左右。