雷达使用无线电波使飞机、舰船和地面站能够在夜间和恶劣天气下也能远距离观察周围环境。这些波背后的金属天线也会强烈反射雷达,使它们对他方高度可见——这在战时是一个致命的劣势。一类新型非金属无线电天线在停用时可以变得对雷达隐形——通过停止反射无线电波。这项名为等离子天线技术的创新基于对密封管中的气体进行通电,以形成自由移动的电子和带电离子云。
尽管等离子天线的概念已经在实验室中流传了几十年,但 Haleakala Research and Development(一家位于马萨诸塞州布鲁克菲尔德的小公司)的总裁 Ted Anderson 和田纳西大学诺克斯维尔分校的物理学家 Igor Alexeff 最近重新燃起了人们对该概念的兴趣。他们的研究重新开启了紧凑型、抗干扰天线的可能性,这些天线使用适量的功率,产生少量噪声,不干扰其他天线,并且可以轻松调谐到多个频率。
当射频电脉冲施加到这种管子的一端(Anderson 和 Alexeff 使用荧光灯)时,来自脉冲的能量会使内部气体电离,从而产生等离子体。“等离子体内部的高电子密度使其成为极好的导电体,就像金属一样,” Anderson 说。当处于通电状态时,封闭的等离子体可以轻松地辐射、吸收或反射电磁波。通过调整施加的功率来改变等离子体密度,可以改变它广播和接收的无线电频率。此外,调谐到正确等离子体密度的天线可能对较低的无线电频率敏感,同时对大多数雷达使用的高频率无响应。但是,与金属不同,一旦电压被关闭,等离子体会迅速恢复为中性气体,天线实际上就消失了。
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Alexeff 报告说,这种消失术可能有多种应用。国防承包商洛克希德·马丁公司很快将对一种等离子天线(封装在坚韧的非导电聚合物中)进行飞行测试,该天线旨在免受雷达探测,即使它发射和接收低频无线电波。与此同时,美国空军希望这项技术能够保护卫星电子设备免受可能从敌方导弹发射的强大干扰信号的干扰。美国陆军正在支持可操纵等离子天线阵列的研究,其中雷达发射器-接收器被等离子天线反射器环绕。“当其中一个天线停用时,从中心辐射的微波信号会穿过开口窗口,形成高度定向的波束,” Alexeff 说。相反,相同的装置可以充当定向接收器,以精确定位无线电发射器。
然而,并非所有熟悉该技术的研究人员都对其前景如此乐观。海军研究实验室的等离子体物理学家 Wally Manheimer 回忆说,十多年前,美国海军探索了等离子天线技术。它希望等离子体可以成为对美国海军宙斯盾巡洋舰和其他舰船上今天使用的金属相控阵雷达进行紧凑且隐身升级的基础。来自这些天线元件阵列的微波束可以电子方式导向目标。 Manheimer 回忆说,海军研究人员试图使用磁场引导的等离子天线技术来创建更精确的“敏捷镜面”阵列。为了良好地发挥作用,由此产生的波束需要以二维方式进行引导;不幸的是,科学家们只能在一个方向上移动它们,因此美国海军取消了该计划。
信号云
您的侦察队伤亡惨重,被切断在敌方领土深处。您需要快速撤离,但周围的群山阻挡了您的通讯。您该怎么办?等离子天线研究人员可能有一个解决方案。几位研究人员已获得一项概念的专利,根据该概念,当更传统的通信链路失效时,依靠等离子气体的天线可以发射和接收信号。本质上,炸药会推动等离子体射流高入空中,然后由此产生的电离气体云将强烈传播来自特殊无线电装置的电磁信号。