آنتن پلاسما در مأموریت های فضایی

نوع مقاله: مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسنده

پژوهشگاه هوافضا

چکیده

در این مقاله، ویژگی­های استفاده از فناوری پلاسما در آنتن­ سیستم­های ارتباطی حوزة فضایی مورد بررسی و پژوهش قرار می­گیرد. در راستای بررسی قابلیت جایگزینی آنتن­های فلزی با عناصر پلاسمایی معادل در سیستم­های فضایی و ایستگاه زمینی، مشخصات ساختاری و عملکردی آنتن پلاسمای نمونه ارائه می­شود. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل­های نرم­افزاری و اندازه­گیری­های انجام شده بر روی آنتن تحت تست درخصوص قابلیت تغییر فرکانس کاری در یک آنتن پلاسمایی، امکان استفادة مشترک و غیرهمزمان از یک آنتن در چند سیستم ارتباطی فراهم است و این ویژگی سبب می­شود علاوه بر کاهش تعداد آنتن­ها در یک فضای محدود، تداخلات الکترومغناطیسی آن­ها نیز کاهش یابند. بررسی نرم­افزاری استفاده از عناصر پلاسمایی در آرایه­ها، به­ویژه آرایه­های دایروی، از دیگر دستاوردهای این مقاله پژوهشی است. آرایه­های پلاسمایی دایروی می­توانند در جهت­یاب­های سیگنال­های رادیویی، به­ویژه در ایستگاه­های زمینی سامانه­های بازگشت­پذیر، مورد استفاده قرار گیرند و قابلیت چرخش الگوی تشعشعی بسیار جهت­دار و با دقت نشانه­روی بالا را در فضای دایروی فراهم کنند. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Plasma Antenna Technology in Space Missions

نویسنده [English]

  • fatemeh Sadeghi-kia
چکیده [English]

This study focuses on the characteristics of plasma antennas for their application in space communication systems. Structural and functional characteristics of plasma antenna are presented to evaluate their capability of being used in space missions. Numerical and experimental analysis results of the plasma antenna show that the resonant frequency of the antenna is controllable by changing the applied power, thus allowing different transmitting frequencies with a single element. This property leads to the reduction of the antenna elements in a limited area and the simplification in the layout of onboard communication systems as well as a decrease in the interferences of the electromagnetic waves. Analysis of the circular array of plasma antenna shows a novel beam forming mechanism with a high directivity in the space.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plasma antenna
  • Earth station
  • Spacecraft
  • Plasma array

[1]    MIL-STD-810G, Department of Defense Test Method Standard: Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests, Oct. 2008.

[2]    Kuhlman, E., “Space Shuttle Antenna Design and Development,” Antennas and Propagation Society International Symposium, Vol. 10, 1972, pp. 181-184.

[3]    Rush, J., Israel, D., Ramos, C. and et.al., Communication and Navigation Systems Roadmap Technology Area 05, National Aeronautics and Space Administration, April 2012.

[4]    Anderson, T., Plasma Antennas, Artech House, 2011.

[5]    Lieberman, M. A. and Lichtenberg, A. J., Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, New York, Wiley, 1994.

[6]    Dwyer, T. J., Greig, J. R., Murphy, D. P., Perin, J. M., Pechacek, R.E. and Raileigh, M., “On the Feasibility of using an Atmospheric Discharge Plasma as an RF Antenna,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 32, 1984, pp.141–146.

[7]    Borg, G.G., Miljak, D.G. and Martin, N.M., “Application of Plasma Columns to Radiofrequency Antennas,” Appl. Phys. Lett., Vol. 74, Isuue 22, 1999, pp. 3272–3274.

[8]    Alexeff, I., Anderson, T., Prameswaran, S. and et. al. “Experimental and Theoretical Results with Plasma Antennas,” IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 33, 2006, pp. 166–171.

[9]    Rayner, J.P., Wichello, A.P. and Cheetham, A.D., “Physical Characteristics of Plasma Antennas,” IEEE Transaction on Plasma Science, Vol. 32, No. 1, Februery, 2004, pp. 269-281.

[10] Sadeghikia, F., Noghani, M.T. and Simard, M. “Experimental Study on the Surface Wave Driven Plasma Antenna,” AEU - International Journal of Electronics and Communications, Vol. 70, No. 5, 2016, pp. 652-656.

[11] El-AzemMalhat, H., Badawy, M. M., HelmyZainud-Deen S. and Awadalla, K.H. “Dual-Mode Plasma Reflectarray/ Transmitarray Antennas,” IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 43, No. 10,  2015, pp. 3582-3589.

[12] Imbriale, W.A., Space Antenna Handbook: Wiley, 2012.

[13] Available, [on line]: http://nautilus.org/napsnet/ napsnet-special-reports/japans-signals-intelligence-sigint-ground -stations-a-visual-guide.

[14] Balanis, C.A., Antenna Theory, Analysis and Design, 3rd ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2005.

[15] Sadeghikia, F., Hodjat-Kashani, F., Rashed-Mohassel, J. Lotfi, A.A. and Ghayoomeh-Bozorgi, J. “Characterization of a Surface Wave Driven Plasma Monopole Antenna,” J. of Electromagn. Waves and Appl., Vol. 26, 2012, pp. 239–250.

[16] Sadeghikiya, F., Hojatkashani, F., Rashed Mohasel, J., and Ghiyome Bozorgi, S.J., "Space Application of a Linear Array of Plasma Antenna," Journal of Space Science and Technology, Vol. 5, No. 3, Fall 2012, pp. 59-66.

[17] Wu, X. P., Shi, J.M., Chen, Z. S. and Xu, B., "A New Plasma Antenna of Beam-Forming," Progress In Electromagnetics Research, Vol. 126, 2012, pp. 539-553.

[18]Sadeghikia, F., Hodjat-Kashani, F., Rashed-Mohassel, J., Lotfi, A.A. and Ghayoomeh-Bozorgi, J., “A Yagi-UDA Plasma Monopole Array,” J. of Electromagn. Waves and Appl., Vol. 26, 2012, pp. 885-894.

[19]Manheimer, W., “Plasma Reflectors for Electronic Beam Steering in Radar Systems,” IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 19, No. 6, 1993, p. 1228.

[20]Mathew, J. and et al., “Electronically Steerable Plasma Mirror for Radar Applications,” IEEE International Radar Conference, June 1995, pp. 742.

[21]Sadeghikia, F., “Analysis of Plasma Monopole Antenna Using Numerical method and an Equivalent Circuit,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letter, Vol. 99, 2017, pp. 1–1.

[22]    Badawy, M. M., Malhat, H. A., Zainud-Deen, S. H. and Awadalla, K.H., “A Simple Equivalent Circuit Model for Plasma Dipole Antenna,” IEEE Trans. on Plasma Sci, Vol. 43, No. 12, Dec. 2015, pp. 4092-4098.