نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکدة علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

چکیده

در این مقاله به شبیه­سازی و ساخت آنتن پلاسمایی دو قطبی که بسامد آن در ناحیة VHF قابل تغییر است می­پردازیم. محیط رسانای آنتن، پلاسمای ناشی از تخلیة الکتریکی مستقیم در یک لولة شیشه­ای است. برای تحریک آنتن از یک جفت کنندة استوانه­ای از جنس آلومینوم واقع در مرکز لوله پلاسما استفاده می­شود.، با تغییر میزان فشار گاز، امپدانس ورودی مدار و نیز اختلاف پتانسیل دو سر محیط پلاسما، می­توان ناحیة کاری آنتن را در محدودة بسامدی چند صد مگا هرتز تغییر داد. شبیه­سازی و محاسبات عددی برای آنتنی به طول 76 سانتی‌متر‏ و شعاع 2 سانتی‌متر‏ که تحت تأثیر اختلاف پتانسیل 15 کیلوولت در فشار 8/0 بار بود انجام گرفت. در فشار ثابت به وسیلة مقاومت­هایی که به صورت موازی با آنتن در مدار قرار می­گیرند، امپدانس مدار تخلیه تغییر داده شده و به نوعی چگالی پلاسما تنظیم می­شود. برای بسامد پلاسمای  و  با استفاده از روابط نیمه تجربی، شبیه‌سازی نشان دهندة تشدید به ترتیب در دو ناحیۀ  و  است که اندازه­گیری‌های تجربی با توافق خوب نشان دهندة تشدید در دو ناحیة  و  است. همچنین برای مقایسه، شبیه­سازی برای یک آنتن فلزی با هندسه مشابه صورت گرفته است که ناحیة کاری آن در بسامد  مشاهده شد.
 
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Conceptual design, manufacturing and investigation of dipole plasma ‎antenna with the capability of frequency variation in the VHF band

نویسندگان [English]

  • M Amiri
  • N Sepehri Javan

‎‎ Department of Physics, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran‎‎

چکیده [English]

In this article, we simulate and manufacture a dipole plasma antenna whose frequency is variable in the VHF band. The conductive medium of antenna is the plasma created by the DC discharge in a glass tube. To excite the antenna, we use a cylindrical aluminum coupler installed at the middle of the antenna. By varying values of gas pressure, input impedance of circuit and the voltage deference between two ends of the plasma medium, one can change the working area of antenna at a few hundred gigahertz frequency interval. Simulation and numerical calculations are carried out for an antenna with 78cm length and 2cm radius at 0.8 bar pressure exerted under 15KV voltage difference. At constant pressure, by using some parallel resistors in the antenna circuit, the impedance of discharge circuit is changed and consequently the plasma density is varied. For plasma frequencies   and ,  using semi-experimental formulae, analysis shows resonances at frequencies 250MHz and 311MHz, respectively, which are in good agreement with the experimental results which take place at frequencies 217MHz and 272MHz. Additionally, simulation is accomplished for a  metal antenna with corresponding geometry whose working frequency detected at 184MHz.

کلیدواژه‌ها [English]

  • plasma antenna
  • plasma
  • plasma frequency
  • dipole antenna
  • plasma antenna simulation
  • CST ‎‎

T Anderson, “Plasma Antenna”, USA: Artech House, (2011).‎

‎‏P H Yoon and J LaBelle, JGR: Space Physics 110 (2005) A11308.‎

‎J‎‏ ‏Hettinger, "hettinger", U.S. Pat. No. 1309031 (1919).‎

‎A W Trivelpiece and R W Gould, Appl. Phys. 30 (1959) 1784.‎

‏W Manheimer, IEEE Transactions on Plasma Science 19 (1993) 1228.‎

‎ J Mathew, et al., IEEE International Radar Conference (1995)‎‏.‏

‎‎‏ ‏M Moisan, A. Shivarova, and A W Trivelpiece, Plasma Phys. 24 (1982) 1331.‎

‎‏G Borg, et al., Physics of Plasmas 7 (2000) 2198.‎

‎ G Borg, et al., Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 3272.‎

10. ‎‏ ‏I Alexeff, T Anderson, S Parameswaran, E P Pradeep, J Hulloli and P Hulloli, IEEE Transactions on Plasma ‎Science 34 (2006) 166.‎

11. ‎‎‏ ‏I Alexeff, T Anderson, E Farshi, N Karnam, and N R Pulasani, Physics of Plasmas 15 (2008) 166.‎

12. ‎‎‏ ‏T Anderson, U.S. Pat. No. 6,169,520, (2001).‎        

13. ‎T Anderson,‎‏ ‏I. Alexeff, 33rd AIAA Plasma dynamics and Lasers Conference, (2002).‎

14. ‎‎‏ ‏T Anderson, R Aiksnoras, U.S. Pat. No. 6,650,297, (2003).‎

15. ‎ T‎‏ ‏Anderson, U.S. Pat. No. 7,453,403‎‏.‏‎ (2008).‎

16. ‎‎‏ ‏T Anderson and F Dyer, Antennas and Propagation Society International Symposium, 366-367 (2014).‎

17. ‎‎‏ ‏T Anderson, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, (2002). ‎

18. ‎ T‎‏ ‏Anderson and I Alexeff, “High SNR Plasma Antenna”, Application Serial Number 12/324,876 (2008).‎

19. T‎‏ ‏Anderson, U.S. Pat.No. 5,963,169 (1999)‎‏.‏

20. ‎ T‎‏ ‏Anderson, U.S. Pat.No. 6,870,517 (2005)‎‏.‏

21. ‎‎‏ ‏E G Norris, D W O'Bryant, U.S. Pat.No. 5594456 (1997)‎‏.‏

22. ‎‏ ‏Harris, U.S. Pat.No. 6492951 (2002)‎‏.‏

23. ‎ ‏J P‎‏ ‏Rayner, A Ph Whichello and A D Cheetham. IEEE Transactions on Plasma Science 32 (2004) 269.‎

24. ‎ T Anderson and I Alexeff, U.S. Patent No. 6,624,719 (2003).‎

25. ‎ T Anderson and I Alexeff, U.S. Patent No. 6,812,895 (2004).‎

26. پ درویش، ب ذاکری، ا گرجی. مجله علمی پژوهشی رادار. 2، 4 (1393) 31.‏

27. ‎ N‎ A Krall and A‏‎ W Trivelpiece, “Principles of Plasma Physics”, McGraw-Hill Book company, USA (1973).‎

28. A A Rukhadze, A F Alexandrov and L S Bogdankevich, “Principles of Plasma Electrodynamics”, MOSCOW: ‎URSS (2013)‎‏.‏

29. ‎ J R Roth, “Industrial Plasma Engineering”, IOP Publishing Ltd, UK (1995). ‎

30. ‎K Chandrakar, BRIT. J. APPL. PHYS. 16 (1965) 449.‎

31. ‎ C A Balanis, “Antenna theory analysis and design”, Wiley, New Jersey (2005).‎

32. ‎ J D Jackson, “Classical Electrodynamics”, Wiley, New York (1999).‎

33. J R Reitz, F J Milford, and R W Christy, “Foundations of Electromagnetic Theory”,: Addison-Wesley ‎Publishing Company, USA (2008).‎

 

 

تحت نظارت وف بومی