Влияние диэлектрического покрытия и плазмы на направленные свойства и коэффициент усиления щелевых антенн

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного
исследования, сформулированы цель работы и задачи исследования, основные
положения, выносимую на защиту, показана научная новизна и практическая
значимость результатов работы.
В первой главе дан обзор областей применения антенн с
диэлектрическими покрытиями, методов их исследования, включая области
использованиясферическойщелевойантенны,покрытойслоями
диэлектрического материала и плазмы антенн для летательных аппаратов,
работающих в неоднородной среде.
Во второй главе с помощью электродинамической модели, не требующей
матричного подхода и свободной от присущего ему накопления ошибок с ростом
числа слоев и приложения MATHCAD рассчитаны коэффициенты отражения,
поглощения и передачи при распространении электромагнитных волн в плазме,
в двухслойной среде и в трехслойной среде, учитывающие электрофизические
параметры слоев. Электромагнитные волны, поступающие в плазму, могут
вызывать различные реакции со стороны плазменного слоя (отражение,
поглощение или пропускание) в зависимости от концентрации электронов. Для
проверки адекватности модели и разработки методики контроля параметров
плазмы проведены эксперименты как показано на рис.1 с использованием макета
из люминесцентных ламп, содержащих плазму, как эквивалента трехслойной
среды в виде плазмы между слоями стекла с применением точной аналитической
модели. Чтобы сделать возможным применение аналитической модели с учетом
малой толщины стенок ламп и малого их диаметра по сравнению с длиной волны
системе плазменных трубок со стеклянной оболочкой ставится в соответствие
эквивалентная система из трех плоским слоев материала с таким же общим
объемом плазмы и стекла.
Размеры лампы: толщина слоя стекла – 0,5 мм; внешний диаметр – 2,5 см;
а эквивалентные размеры трехслойной структуры; эквивалентная толщина
первого слоя стекла – 0,77 мм; эквивалентная толщина плазменного слоя
– 1,81 см; эквивалентная толщина второго слоя стекла – 0,77 мм.
Это можно обосновать тем, что при малой общей толщине слоя
электрическое поле, поскольку оно поляризовано параллельно трубкам,
вследствие граничных условий непрерывности касательных составляющих мало
изменяется в пределах области плазмы и стекла. А отраженное и прошедшее
поля измеряются на расстояниях, значительно больших, чем расстояние между
соседними лампами. В этих условиях вторичное поле, индуцируемое токами
поляризации, зависит от общего объема плазмы и стекла и в меньшей степени от
их распределения в пределах шага решетки. Трехслойная плоская структура с
сохранением последовательности слоев стекла и плазмы достаточно близка к
реальной структуре макета.

Рисунок 1 – Общий вид макета из плазменной решетки (расположение ламп)

Применительно к случаю нормального падения плоской волны,
поляризованной параллельно люминесцентным лампам, и с направлением
распространения вдоль координаты z компоненты поля в соответствии с новыми
результатами, известными из литературы, можно представить в виде
1  R( z )
z
E ( z )  E (0) exp( i  k ( z )dz ),(1)
1  R( z )
1− ( )
( ) = ( ) ,(2)
( )(1+ ( ))
где E (0)  E0t (0)(1  R(0))  напряженность полного поля (сумма падающей и
отраженной волны) перед неоднородной средой, а коэффициент отражения R(z )
удовлетворяет уравнению Риккати:
W ‘ ( z)
R  2ik ( z ) R 
‘
(1  R 2 )  0.(3)
2W ( z )
В отличие от известного приближения WKB (Венцеля – Крамерса –
Бриллюэна) соотношения (1), (2) являются точными и учитывают отражения в
неоднородной среде. С их помощью можно рассчитать плотность поглощаемой
плазмой мощности ( ), которая определяется как производная средней за
период плотности потока мощности (половине реальной части комплексного
вектора Пойнтинга ):

( ) = − ,(4)

1− ( )
| ( )|2 ()
( )(1+ ( )
=(5)
240
Для кусочно – линейной аппроксимации волнового сопротивления ( )
коэффициент отражения ( ), как решение уравнения Риккати (3), может быть
представлена в виде:
( )
1+ ()
( )
( ) = ( ( )
− ),(6)
1− ()
( )
0 ( )+ −
где = 2 0 ( )− (0) , = √1 + 2 , =, 0 = √ 0 / 0 , k- коэффициент
( )+ +
распространения свободного пространства, ( ) . (0)- нормированные к
характеристическому импедансу свободного пространства 0 граничные
значения характеристического импеданса.
Люминесцентные лампы с плазмой низкого давления, эквивалентные ее
тонкому слою, поглощают почти половину мощности падающей волны. При
этом расчётная плазменная частота  p , соответствующая измеренным
параметрам рассеяния, составляет 2.2*1010 рад/сек. При сравнении
характеристик включенной и выключенной плазмы, расхождение результатов
расчетов и экспериментов не превышает 4%, и это подтверждает адекватность
электродинамической модели распространения волн в неоднородной среде и
модели Друде и подтверждает правомерность использования в нашей работе
этих моделей для исследований антенной системы, проводимых в последующих
главах.
В третьей главе исследуется влияние одиночного слоя (диэлектрика или
плазмы) на работу сферической щелевой антенны. В случае, когда антенна
покрыта слоем диэлектрика, было исследовано влияние частоты и толщины
диэлектрика на диаграмму направленности. В случае покрытия антенны слоем
плазмы было изучено влияние концентрации электронов плазмы, толщины слоя
плазмы, а также размера антенны на её работу. В дополнение к этому, было
проведено исследование работы антенны на частотах за пределами рабочего
диапазона. Для построения общей модели использован метод интегро-
функциональных уравнений (ИФУ). ИФУ относительно внешнего магнитного
поля для однородного диэлектрического тела с параметрами . µ имеет вид:

 ( H e v)

S  r s i
 G  [[ H e v ] G
s i ]   r [ rot H e , v ]Gi ds  H oi

(rVe ) ,(7)

где r   i  e , r  i e – относительные диэлектрическая и магнитная
проницаемости тела,H e – искомое внешнее поле,Gi – функция Грина
однородного пространства с параметрами тела ( ki    i i ),  s – оператор
градиента по координатам точки интегрирования r s .
Геометрия сферической щелевой
антенны, покрытой слоем материала,
показано на рис.2. Где: – радиус
сферы, 1 – радиус слоя, , µ –
параметры покрытия, ,µ – параметры
внешнего пространства, предполагаем,
что µ = µ . Предположим, что радиус
сферическойщелевойантенны
( о ) = 1 м; толщина слоя покрытия
( 1 − о ) = 5 см.
В зависимости от элементов
конструкции и требований системыРисунок 2 – Сферическая щелевая
частотавлияетнадиаграммуантенна с однослойным покрытием
направленности (ДН):

F ( )  4iW  Dn n i n Pn1 (cos  ),(8)
где Dn – коэффициент -ой гармоники разложения полей,  n – коэффициент
передачи во внешнее пространство, W – волновое сопротивление внешнего
пространства, и ( )- ассоциированный полином Лежандра.
Описанная однослойная модель используется далее последовательно для
слоя диэлектрика и слоя плазмы.
Для покрытия из диэлектрика диаграмма направленности достаточно
стабильна в диапазоне от 1 до 10 ГГц с небольшими колебаниями уровня
излучения и не выявлено значительного влияния радиуса антенны на ее форму.
Значительно увеличивается уровень излучения, когда радиус сферической
щелевой антенны приближен к половине длины волны. Такое поведение
антенны можно объяснить тем, что размер антенны приближается к значению,
соответствующему резонансу поверхностных токов на сфере. Ввиду
относительно малой толщины слоя диэлектрика вклад в излучение токов
поляризации невелик.
Для каждой n-ой моды действительная и мнимая части ДН немонотонно
зависят от 1 . Когда < 1 ( - волновое число свободного пространства), величины функций Бесселя и Неймана порядка единицы мало влияют на излучаемую мощность. С другой стороны, для большего чем 1 величина функции Бесселя быстро убывает с увеличением . В этих условиях излучение отсутствует. Но при некоторых значениях 1 возникает резонанс соответствующей моды в покрытии и значительно увеличивается излучаемое поле. В этом случае излучение будет в основном из-за этой моды, которая также повлияет на форму диаграммы направленности. При увеличении толщины диэлектрического покрытия ожидаемо возрастает вклад в излучение антенны токов поляризации, что приводит к качественно новым эффектам в виде резонансного возбуждения поверхностных волн в покрытии. Влияние диэлектрического покрытия отражается в снижении уровня излучения, но это снижение зависит не только от толщины диэлектрического слоя. Зависимость уровня излучения от толщины диэлектрического слоя немонотонна и осциллирующий характер. Значения ДН примерно одинаковы при толщине 5 и 10 см. Кроме того, при увеличении толщины покрытия также наблюдается изменение формы диаграммы направленности с основной гармоники на вторую гармонику при примерно одинаковом уровне излучения. Это соответствует возбуждению второй гармоники тока поляризации в слое диэлектрика. Для идеально согласованного состояния коэффициент отражения должен быть равен нулю. При этом реальная часть диаграммы направленности достигает максимума, а мнимая часть приближается к нулю при толщине диэлектрического покрытия 5,53 см (рис.3). Т. е. наблюдается эффект радиационного резонанса, при котором мнимая часть диаграммы направленности близка к нулю и максимальное излучение смещается в экваториальную плоскость. Соответственно толщина диэлектрического покрытия определяет вид возбуждаемой гармоники и режим согласования. F ( ) Re ( F ( ) ) 0 Im( F ( ) ) 2 4 6  Рисунок 3- Диаграмма направленности при толщине диэлектрического покрытия 5.53 см. В случае плазменного покрытия, её параметры значительно влияют на зависимость характеристики диаграммы направленности от частоты. Кроме того, можно наблюдать, что, когда радиус сферической щелевой антенны приближен к половине длины волны или кратен ей, есть значительное увеличение уровня излучения. При этом увеличение уровня излучения при 1 и 2 ГГц является результатом соответствия или близости между размером антенны и рабочей длиной волны. Но увеличение уровня излучения при 10 ГГц происходит из-за отношения частоты антенны к плазменной частоте. В общем случае наличие плазмы возле антенны приводят к изменению диаграммы направленности по форме и уровню в зависимости от ее толщины. С увеличением толщины плазменного слоя в целом уровень излучения понижается по сравнению с выключенной плазмой, но в то же время зависимость от толщины немонотонная. Так, в частности, уровень ДН при толщине 2 см ненамного меньше, чем при толщине 6 см. Кроме того, при толщине 5 см (радиус сферической щелевой антенны в длинах волн, близок к кратной толщине плазмы, окружающей сферическую антенну), происходит значительное увеличение уровня излучения и это демонстрирует эффект радиационного резонанса на толщине определенной длины волны. Что касается влияния плотности плазмы, то оно зависит от соотношения между угловой частотой ω и угловой плазменной частотой ωi. ДН имеет максимальное значение при плотности электронов в плазме 1010 см-3. Т. е. когда ω ≥ ωi электромагнитные волны от антенны распространяются через плазму в свободное пространство без потерь. С другой стороны, когда ω < ωi, уровень излучения уменьшается до минимального значения, особенно когда плотность плазмы составляет 1013 см-3. Эти низкие уровни в диаграмме направленности показывают величину потерь из-за прохождения электромагнитных волн в плазменном слое с высокой концентрацией, где высокая плотность плазмы приводит, соответственно, к увеличению движения свободных электронов, которое приводит, в свою очередь, к затуханию излучаемой волны. В некоторых редких случаях (рис. 4а), возникает резонансный эффект излучения на основной гармонике слоем плазмы, что приводит к возникновению конструктивной интерференции, как это видно для плазмы с концентрацией 1012 см-3. Это приводит к увеличению коэффициента усиления примерно в четыре раза по сравнению со случаем концентрации 1010 см-3. С другой стороны, незначительное изменение концентрации в сторону уменьшения или увеличения (0.99*1012 и 1.1*1012 ) приводит к уменьшению усиления примерно в четыре раза по сравнению с 1010 см-3 (как показано на рисунке 4-б, в). Увеличение длина антенны относительно длины волны, которая здесь представлена волной, отраженной от слоя плазмы при этих концентрациях, приводило к появлению боковых лепестков. В свою очередь появление больших боковых лепестков приводит к тому, что излучаемая энергия распределяется между основным и боковыми лепестками, ослабляя передаваемую энергию в основном лепестке. 6023 1 F(  )F(  )F(  ) Re( F(  ) )Re( F(  ) )Re( F(  ) ) Im( F(  ) )Im( F(  ) )Im( F(  ) ) 1 1  20 2 2  401233 123123   а)б)в) Рисунок 4 – Влияние концентрации электронов в плазме в см на диаграмму направленности -3 при: а) 1012 ; б) 0.99*1012 ; в) 1.1*1012 . Проведенные в данной главе исследования антенн с однослойными покрытиями служат основой для достижения цели данной работы в целом - исследования сферической щелевой антенны с двойным покрытием и достижения её улучшенных характеристик в следующей главе и дают отправные варианты решения этой задачи. Естественно ожидать, чтобы эти варианты имели также лучшие характеристики по частным критериям оптимизации. Для этого исследуем параметры однослойной системы в зависимости от длины волны, где параметры системы включают:  радиус антенны;  толщину диэлектрического или плазменного слоя; Учитывая, что уровень излучения в значительной степени определяется поверхностными токами на сфере, радиус сферической антенны можно выбрать в зависимости от длины волны рабочей частоты из условия обеспечения максимального уровня излучения без покрытия слоями диэлектрика или плазмы. Установлено, что, при радиусе сферы = λ ДН является многолепестковой и неустойчивой, поэтому целесообразно исключить этот вариант из рассмотрения. Разница в диаграммах направленности при λ/2, λ/3, и λ/4 небольшая, но именно при радиусе λ/2, уровень излучения является устойчивым и достигает максимального значения. При определенных толщинах покрытия некоторые моды становятся резонансными и, соответственно, увеличивают излучаемую мощность и влияют на диаграмму направленности. Рассматривая случай диэлектрического покрытия при ԑ = 2 можно заметить, что излучаемая мощность монотонно возрастает до толщины диэлектрика Td= λ/6 (5 см) , за пределами которой она колеблется между резонансами. При ԑ = 3, 4 и 5, излучаемая мощность монотонно увеличивается примерно до толщины диэлектрика Td= λ/8 (3,75 см). Таблица 1 – Зависимость уровня диаграммы направленности от толщины слоя диэлектрика ДиэлектрическаяТолщина диэлектрического слоя (Td) проницаемостьλ/30λ/20λ/10λ/8λ/6λ/4λ/3 (1см)(1.5см) (3см)(3.75см) (5см)(7.5 см)(10см) 2555.566.565 33.33.54.55.253.53.2 42.62.844.53.62.33.2 522.13.73.82.923 61.81.83.6321.82.9 71.61.93.22.21.421.75 81.41.752.851.751.22.41.2 Уровень максимума диаграммы направленности Кроме того, при больших значениях диэлектрической проницаемости диэлектрического слоя, как показано в таблице (1), максимальное значение ДН имеет место при других толщинах. Т.е., при диэлектрической проницаемости 6, 7 и 8 максимальное значение ДН достигается при значениях, близких к λ/10, т.е. 3 см. При этом, увеличение толщины диэлектрического слоя должно происходить за счет уменьшения его проницаемости, и, наоборот. Из таблицы можно видеть, что чем выше значение проницаемости диэлектрического материала, тем ниже значение уровня излучения. Таким образом оптимальная толщина диэлектрического слоя для нашей антенны системы примерно λ/6, то есть 5 см при ԑ = 2,1, как показано на рис.5а). Что касается определения толщины плазменного слоя необходимо отметить, что плазма оказывает прямое влияние на ослабление мощности электромагнитных волн по сравнению с отсутствием плазмы (рис.5б). Наблюдается так же, что максимальное излучение происходит, когда толщина плазмы имеет значения, близкие к λ/6. В этом смысле значение λ/6 можно считать оптимальной толщиной плазмы. а)б) Рисунок 5 – Уровень ДН при различных значениях толщины: а) диэлектрического слоя (Td); б) плазменного слоя (Tп) Кроме того, для других более высоких плотностей плазмы максимальный уровень излучения может также возникать примерно при λ/6. При толщине λ/6 и менее возрастает уровень излучения, а потери, возникающие в результате прохождения электромагнитных волн через плазменный слой, намного меньше по сравнению со слоем толщиной, превышающей λ/6 при плотности 1010 см-3 и также для более высоких плотностей плазмы. Поэтому, мы можем рассматривать эту толщину как границу, когда требуется обеспечить прохождение электромагнитных волн через окружающий слой плазмы с минимальными потерями. В четвертой главе на основе результатов, полученных выше (в третьей главе), рассматривается антенная система, которая состоит из сферической щелевой антенны, покрытой двумя слоями (диэлектрическое покрытие в качестве первого слоя и плазма в качестве второго слоя) (рис. 6), где радиус антенны составляет λ/2, толщина диэлектрического слоя λ/6 и толщина слоя плазмы так же λ/6. Проводится исследование и рассматриваются пути улучшения антенной системы и повышения ее эффективности. Особенностью данной главы является то, что в ней впервые рассмотрена возможность использования нелинейных свойств плазмы для управления работой антенны в более сложных условиях относительно плотности плазмы, ее толщины путем подборарабочейчастотыи диэлектрической проницаемости. В целом, при плотности электронной плазмы1010см-3 наблюдается значительный уровень излучения при удовлетворении условия равенства или превышения угловой частоты угловой плазменной частоты (ω ≥ ωi) (рис.7). Этот факт четко подтверждается в соответствии с уравнениями ниже и рис.8, где коэффициент передачи составляет около 0,6.Рисунок 6 – Сферическая щелевая антенна, покрытая слоями диэлектрика и плазмы 1.5 ( )  ( ) (  ) 0.5  Рисунок 8 – Коэффициенты отражения, Рисунок 7 – ДН при различных значениях пропускания и поглощения первой концентрации плазмы (ne) гармоники при ne=1010 см-3  n j ( R1 )  n h ( R1 )   n h ( R1 )  n j ( R1 )    n ( R2 )  n ( R1 )   n ( R1 )  n ( R2 ) , hhhh n  j,  n j ( R1 )  n h ( R2 )   n h ( R2 )  n j ( R1 ) n  n ( R1 )  n h ( R2 )   n h ( R2 )  n j ( R1 ) где: , , и - коэффициенты пропускания, отражения и поглощения соответственно. Уровень излучения начинает уменьшаться с увеличением плотности плазмы при 1011, 1012 и 1013 см-3. Т. е. когда разница между двумя частотами становится больше. Это снижение продолжается до концентрации 10 14 см-3. Кроме того, при плотности плазмы 1010 см-3, диэлектрическая проницаемость диэлектрического покрытия и плазмы положительны. Таким образом, основным важным параметром является толщина первого слоя, которая определяет резонансы мод. Следовательно, вычисленные пики четко определены для определенной толщины самого диэлектрического покрытия. Слой плазмы может поддерживать распространяющиеся моды, и проникновение энергии во внешнюю область почти сохраняется при постоянной его толщине. С другой стороны, при концентрации плазмы1013 см-3, диэлектрическая проницаемость внутреннего покрытия (диэлектрика) положительна (ԑ =2,1), а плазмы – отрицательна (ԑ = -2-50i). Таким образом, основным важным параметром является толщина первого слоя, которая определяет резонансы мод. Слой плазмы не может поддерживать распространяющиеся моды, и проникновение энергии во внешнюю область быстро уменьшаться с увеличением его толщины. И также при концентрации плазмы 1014 см-3, диэлектрическая проницаемость плазмы отрицательна (ԑ = -30-504i). Кроме того, при концентрации плазмы 1014 см-3 излучения от антенной системы нет, как если бы антенна была заперта. Уменьшение уровня излучения напрямую связано с отражением и поглощением, вызванным слоем плазмы при данной концентрации плазмы. Высокая плотность плазменного слоя затрудняет прохождение электромагнитных волн через этот слой из-за медленного движения электронов. Движение электронов плазмы становится очень ограниченным и электромагнитные волны перестают течь внутри слоя плазмы. При этом наблюдается нулевой коэффициент пропускания γ, нулевой коэффициент отражения σ и максимальный коэффициент поглощения α, соответственно. Т.е., вся излучаемая мощность антенны поглощалась слоем плазмы. Более того, это имеет место, когда частота меньше плазменной частоты (ω < ωi) и разница между ними становится значительной. Т. е. чем выше концентрация, тем ниже уровень излучения. В этом режиме плазменный слой можно использовать как переключаемый экран для открытия или закрытия излучения. С другой стороны, при фиксированной толщине плазмы в λ/6 и подборе толщины диэлектрика для разных значений диэлектрической проницаемости, обнаруживается, что уровень диаграммы направленности достигает максимального значения только в том случае, когда толщина диэлектрического слоя принимает оптимальное значение (таблица 1). Таким образом уровень диаграммы направленности незначительно зависит от общей толщины двух слоев, Уровень диаграммы направленности сферической щелевой антенны, покрытой двумя слоями, примерно равен уровню диаграммы направленности в случае сферической щелевой антенны, покрытой однослойным диэлектриком, за вычетом небольшого уменьшения уровня диаграммы направленности из-за затухания в плазменном слое. Для улучшения направленных свойств антенной системы для работы при более высокой концентрации плазмы, например, при 1014 см-3, предлагается три способа: 1. Выбор рабочей частоты. В антенной системе без потерь, диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость плазмы положительны, когда частота выше плазменной частоты, и отрицательны, когда частота меньше плазменной частоты. Рассматривается возможность использования этого явления для улучшения диаграммы направленности антенной системы, при работе на частоте, намного большей, чем плазменная частота. Для этого рассматривается частота 300 ГГц вместо рабочей частоты 1 ГГц. Обнаружено, что коэффициент усиления при плотности 1013 и 1014 см-3 возрастает и сохраняется даже при более высоких концентрациях плазмы. Диэлектрическая проницаемость плазмы при плотности плазмы 1014 см-3, при 1 ГГц составляет (-30-504i), но при 300 ГГц диэлектрическая проницаемость плазмы становится (0.91-0.0005i). Другими словами, диэлектрическая проницаемость плазмы становится положительной. Плазменный слой может поддерживать распространяющиеся моды, а проникновение энергии во внешнюю область поддерживается на постоянном уровне. Кроме того, при концентрации плазмы 1014 см-3, коэффициент передачи γ увеличивается до 0,7 по сравнению с коэффициентом передачи, близким к нулю на прежней частоте. Это связано с тем, что новая угловая частота антенны стала выше угловой плазменной частоты. 2. Выбор напряжения возбуждения щели U. Касательная составляющая электрического поля на поверхности щелевой антенны связано с напряжением на щели U и граничными условиями соотношением EL  (U / Ro ) (  0 ) , где  (  0 ) - дельта-функции Дирака. Напряженность электрического поля определяет давление на плазму, окружающую антенну, и, соответственно, пространственное распределение электронной плотности и диэлектрической проницаемости плазмы. Эти параметры изменяются под действием распространяющейся в плазме волны большой амплитуды. Часть плазмы большой плотности выталкивается в радиальном направлении, а плазма меньшей плотности остается вблизи. Следовательно, профиль амплитуды волны проявляется в плотности плазмы. Плотность изменяется в соответствии с полем, и диэлектрическая проницаемость плазмы, рассчитываемая по формуле = 1 − 2 , изменяется от отрицательной к положительной, позволяя электромагнитным волнам проходить через слой плазмы. Поскольку является функцией частоты возбуждающей волны, амплитуда электрического поля прошедшей волны изменяется с частотой и электрическое поле усиливается при взаимодействии микроволн с плазмой. Регулировка величины напряжения возбуждения должна определяться в соответствии с плотностью плазменного слоя и, следовательно, в соответствии с его диэлектрической проницаемостью. То есть напряжение возбуждения должно быть больше некоторого значения, при котором диэлектрическая проницаемость плазмы становится положительной. Чем выше плотность плазмы, тем большее напряжение возбуждения антенны требуется для обеспечения прохождения электромагнитной волны через этот слой плазмы. F ( ) Re ( F ( ) )0 Im( F ( ) ) 5  10  а)б) Рисунок 9. ДН при плотности плазмы: а) 1014 см-3; б) а) 1013 см-3 При концентрации плазмы 1014 см-3 увеличение величины напряжения возбуждения до значения 104 В приводит к тому, что диэлектрическая проницаемость плазмы переходит от отрицательного к положительному значению и слоя плазмы становится прозрачным (рис.9а). При плотности 1013 см-3 (рис.9б) этот эффект достигается при увеличении напряжения до значения 103 В. Т.е., при меньшем, чем в случае 1014 см-3. Эта величина должна увеличиваться с увеличением толщины плазменного слоя. Недостатком этого способа является уменьшение полосы пропускания и появление боковых лепестков. 3. Выбор местоположения щели. В соответствии с уравнением EL  (U / Ro ) (  0 ) , уровень излучения уменьшается соответственно с уменьшением . Вдвухслойнойсистеме плазменный слой поддерживает распространяющиесямодыв первом диэлектрическом слое не только по величине, как мы упоминались выше, но и по направлению тоже. Следовательно, уровень излучения почти такой же, как и в случае антенны, покрытой диэлектрическим слоем (рис.10). В итоге, изменение местоположения щели может улучшить уровеньРисунок 10 - Диаграмма антенны, покрытой излучения, только когда слойдвумя слоями диэлектрического материала плазмы имеет положительнуюи плазмы диэлектрическую проницаемость. Заключение. Результаты работы можно квалифицировать как решение актуальной проблемы повышения технических характеристик изолированных антенн, размещаемых в плазме. Основные результаты работы: 1. Разработана и протестирована методика контроля параметров плазмы в слоистых структурах, содержащих слой плазмы. Расхождение результатов расчетов и экспериментов не превышает 4% в режимах включенной и выключенной плазмы, и плазменная частота приблизительно равна 2,2 ∗1010 рад/сек для достижения результата, эквивалентного измеренным параметрам рассеяния. 2. Осуществлена адаптация электродинамической модели для исследуемого диапазона параметров антенной системы, включающей сферическую щелевую антенну, покрытую слоем диэлектрика или плазмы, исследованы двухслойные однородные системы с постоянными электрофизическими параметрами, находящиеся вблизи поверхности идеально проводящей сферы с тонким щелевым излучателем в качестве антенны, обладающие осевой симметрией геометрических параметров и возбуждающих полей. 3. Определены параметры системы, влияющие на ее эксплуатационные свойства в режиме основной азимутальной гармоники, обеспечивающие максимальный коэффициент усиления антенны и направленность, следующим образом: Радиус сферической щелевой антенны составляет λ/2; Оптимальная толщина диэлектрического слоя, покрывающего полуволновую сферическую щелевую антенну, составляет примерно λ/10 - λ/6, в зависимости от величины диэлектрической проницаемости диэлектрика; Наибольшая толщина плазменного слоя, покрывающего полуволновую сферическую щелевую антенну, излучающую без затухания, составляет примерно λ/6; Оптимальная общая толщина двух слоев, покрывающих полуволновую сферическую щелевую антенну, составляет примерно λ/4 - λ/3, в зависимости от величины диэлектрической проницаемости диэлектрика. 4. Исследованы конструктивные параметры антенной системы для достижения максимального коэффициента усиления. Общая толщина двух слоев, покрывающих антенну, не оказывает существенного влияния на уровень диаграммы направленности антенны в случае положительных значений диэлектрической проницаемости внутреннего и внешнего покрытий. Вычисленные пики излучения четко определены для определенной толщины самого диэлектрического слоя покрытия. Плазменный слой может поддерживать распространяющиеся моды, и проникновение энергии во внешнюю область при постоянной его толщине. Таким образом, уровень диаграммы направленности в случае антенны, покрытой двумя слоями, практически почти равен уровню диаграммы направленности в случае антенны, покрытой одним диэлектрическим слоем. Но в случае, когда диэлектрическая проницаемость внутреннего покрытия положительна, а внешнего - отрицательна, уровень диаграммы направленности антенны зависит совместного влияния двух слое. Второй слой покрытия не может поддерживать распространяющиеся моды, и проникновение энергии во внешнюю область быстро уменьшаться с увеличением его толщины. 5. Исследована возможность улучшения работы антенны в нелинейном режиме при высокой плотности плазмы. Предлагается три способа чтобы улучшить антенную систему и заставить её работать в плазме с более высокой плотностью (например при плотности =1014 см-3) и управлять ею в соответствии с целями использования. Путём увеличения рабочей частоты. Коэффициент передачи γ увеличивается до 0,7 по сравнению со случаем нулевого коэффициента передачи, который был до увеличения частоты антенны. Путём увеличения напряжения возбуждения щели. Профиль амплитуды волны проявляется в плотности плазмы. Плотность изменяется в соответствии с полем, и диэлектрическая проницаемость плазмы изменяется от отрицательной к положительной, позволяя электромагнитным волнам проходить через слой плазмы. Путём изменения местоположения щели. Изменение местоположения щели не может улучшить уровень излучения, когда слой плазмы имеет отрицательную диэлектрическую проницаемость. Таким образом, решены все поставленные задачи исследования.