[发明专利]一种可调谐、高分辨率、多频段增强等离子体发生装置

说明书

一种可调谐、高分辨率、多频段增强等离子体发生装置，涉及低温等离子体应用技术领域。本发明是为了解决现有多频段信号传输装置传输效率低，需配合信号放大器使用，单层等离子体增强装置带通频率特性差的问题。N个等离子体罩同轴嵌套，N个等离子体罩由内向外依次是一号等离子体罩、二号等离子体罩至N号等离子体罩，天线系统位于一号等离子体罩的罩内，偶极子天线用于发射多个目标波段电磁波或者接收背景电磁场经过N个等离子体罩输入的目标波段电磁波，每个等离子体罩增强偶极子天线发射的目标波段电磁波信号强度或从背景电磁场中提取并增强目标波段电磁波信号，增强范围为经过N个等离子体罩发射出的信号功率的对数增益≥10dB。用于增强信号。

技术领域

本发明涉及等离子体装置。属于低温等离子体的应用技术领域。

背景技术

随着现代微波通讯技术的发展，为了充分利用电缆的带宽资源，通常采用波分复用的方法来提高传输容量。其中，在信号发送端采用波分复用器将不同波长的载波合并进行传输，在信号接收端采用解复用器(等效光带通滤波器)将各路信号分开。为了确保通讯的质量，合波器和分波器需要具备低带内插入损耗、明显的区分隔离度以及高稳定的中心波长的特性。此外，在现代军事战争复杂电磁环境作战的背景下，敌我双方往往采用电子干扰的方式来使对方的通讯系统瘫痪。电子干扰的基本原理是制造电磁干扰信号，使其与有用信号同时进入对方电子设备的接收机，当干扰信号足够强时，对方接收机就无法从接受到的信号中提取所需要的信息。

另一方面，太赫兹波(THz)是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，太赫兹波(THz)的波段能够覆盖半导体、等离子体，有机体和生物大分子等物质的特征谱。THz技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通讯与传输、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域。THz源是THz研究的主要方向之一，目前最大的困难是没有高功率便携式连续可调且成本较低的THz发射源和满足要求的滤光片。

近年来发展起来的亚波长等离子体增强电磁辐射技术为解决上述微波通讯和THz应用中的技术瓶颈提供了一种新思路。采用亚波长等离子体结构(结构特征尺度小于入射电磁波波长，或与之相当)对电磁波调制增强，是进入21世纪以来快速发展的创新性前沿科技，其要点在于利用亚波长等离子体薄层结构包覆在信源近场区域，通过激发新的偶极振荡，实现对目标频段电磁波信号的显著增强。

针对上述实际问题，大量学者利用光子晶体的光子带隙(PBG)特性开展了相关理论和实验研究。2000年Qiao等人利用光子量子井替代传统的缺陷层结构设计了一种在微波波段具有多通道滤波特性的光子晶体；2003年Wu等人利用金属线阵列形成的具有亚波长微结构的超材料设计了一种THz高通滤波器；2011年Li等人设计了一种在微波波段具有梳状滤波特性的等离子体光子晶体并研究了等离子体参数对滤波特性的影响；2013年Liang等人基于多层超材料结构设计了一种带宽灵活可调的THz带通滤波器；由于超导体的低损耗、低色散以及良好的带宽特性，2014年Liu等人利用超导光子晶体设计了一种可调谐的THz多通道滤波器；2017年Eden等人利用微等离子体阵列设计的等离子体光子晶体从实验上实现了中心频率为157GHz的陷波滤波器。总的来说，这些滤波装置能够在一定程度上实现对目标频段电磁波的选择性提取，但是传输效率均不大于1，往往需要配合使用前级或后级信号放大装置；超导和超材料光子晶体不能灵活调整分辨率和中心频率且工程实现难度较大。