减缓通信中断的磁窗天线设计与研究

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无线电中断指的是在超高声速飞行器或再入飞行器的通信中断。当飞行器进入无线电中断区域时,它将失去包括GPS信号、信息遥测和音频通信在内的所有通信信号,超高声速/再入飞行器在周围会产生等离子层,当地面基站与卫星通信的无线电波受到等离子层的衰减或反射时会发生通信中断。在空间探索的初期,由于在太空船重返时会经历几分钟的无线电中断,该现象变得非常的著名,近50年以后,在超高声速太空船重返时仍然会经历无线电中断的情况。早在20世纪60年代至70年代,各国专家都进行了许多关于无线电中断的研究,提出许多解决这个问题的方法。其中一种解决通信中断问题的方法就是采用外加磁场,磁化等离子体对电磁波而言不再是一个“高通滤波器”,当圆极化电磁波与磁化等离子体作用时,会产生两个通带,其中一个为低频段的通带,有利于电磁波穿透等离子体。本文主要研究内容包括:1.通信中断的形成,目前解缓通信中断的主要方法,使用外加磁场来解决通信中断的国内外研究状况.2.等离子体与电磁波相互作用的理论基础,包括等离子体的特性,等离子体对电磁波传播的影响,磁场对电磁波在等离子体中传播的影响。3.研究外加电场对螺旋天线性能的影响以及外加磁场对不同极化方式(线极化和圆极化)天线性能的影响程度,得到了不同大小的均匀磁场对等离子体中天线性能的改善,从中初步选取磁场的大小以及选取磁场对天线性能改善明显的天线极化方式来设计磁窗天线。4.磁窗天线的设计,使用微带天线为基础,用永磁体来产生磁场并代替天线的接地板,从而实现天线和永磁体一体式的设计方案,分析永磁体周围的磁场分布,并得到设计的磁窗天线和微带天线在等离子体环境中天线性能对比,发现其性能受等离子体的影响较小;并以此对RAM C全程进行分析;最终通过实验室的实验证实了前文的理论分析,采用磁窗天线可以很大程度上减少等离子体对天线辐射电磁波的衰减。
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