新型天线技术研究进展

由于现有的天线技术固有的缺点（阵列耦合、可重构难度大、射频隐身性能差等）或无法满足新形式下的应用需求（植入式设备、星载应用等），研究人员近年对新型天线展开了系列研究——液体天线、等离子体天线、超材料天线、纳米光线天线、植入式天线、可折叠天线等。

1、液体天线

液体天线的出现，打破了传统固体天线的概念，其特有的性能和优势，为天线理论和应用开辟了一片新天地。液体天线是指用液体取代固体天线辐射单元所使用的固态材料，构成以液体为辐射单元的天线，与传统的固态天线相比，液体天线可塑性、可重构性强，具有低雷达散射截面，能有效改善电磁耦合特性，在无线通信方面具有很大的潜在应用价值。

液体天线，是指用导电液体取代普通天线辐射单元所使用的金属材料所构成的天线。液体天线有使用离子液体作辐射单元的，也有采用液态金属或液晶材料的。相比于传统的金属天线，液体天线能够在不施加压力的状态下变化成各种形状，弯折也不会导致材料疲劳，甚至能在被破坏之后自我修复并且能消除空气缝隙，具有巨大的优势和发展前景。

液体的诸多优点为我们提供了天线设计的新思路。液体或是液态金属良好的结构柔韧性为天线制造提供了两大优势突破。

（1）天线结构的稳定性。由液体来体现稳定性，听上去好像很不合理，但是当天线能够工作在液体或是液态金属状态下时，我们再也不必担心电影里那些爆炸场景的出现，液态天线将在受到冲击的几秒钟内恢复到原样并继续工作，这一情景将是革命性的。

（2）液体给天线的重构提供了极大地便利条件。我们可以通过控制液体的形态来改变天线的结构，从而使天线在不同的频段下都可以工作，非常灵活。这对于小型通讯设备的天线设计中所遇到的空间小、排线复杂等难题提供了解决方法。

2、等离子体天线

等离子体天线是一种气态可重构天线，采用电离惰性气体形成的等离子体代替传统金属天线发射或接收电磁波。由于等离子体固有的特性，等离子体天线具有突出的隐身性能，即使在工作状态也不会反射通常的雷达波。而且，等离子体天线的宽带、可重构性能特别适用于扩频、跳频等主动隐身技术。

等离子体天线的主要结构是一段封闭有惰性气体的绝缘介质腔体（例如石英玻璃管）。当该腔体的一端（通常是底部）耦合有射频能量时，惰性气体开始电离生成等离子体。随着入射能量的增加，整个腔体可以逐步被等离子体柱体充满。由于等离子体的导电性，束缚在介质腔体的等离子柱体可以如同金属天线一样发射和接受电磁波。

由于等离子体具有独特的物理特性，等离子体天线具有许多不同于金属天线的优点：

a) 隐身特性。当天线关闭时，等离子体天线系统几乎没有金属部件，雷达散射截面将很小，在电子战中实现隐身，提高生存能力。

b) 降低互耦。在阵列天线中，非工作单元与工作单元之间几乎不会产生互耦，大幅度降低了阵列单元间的干扰，提高了天线的性能。

c) 辐射部件电控制。不需要改变天线的物理结构，通过改变等离子体的气体成分和电子浓度等物理参数就可以对天线的频率、带宽和方向性等参数进行动态重构，实现了天线的电控。

d) 解决大功率问题。采用高压脉冲等离子体天线，可以解决目前微波天线设计中的大功率问题，避免了高压烧毁馈线和天线的情况。

e) 结构精巧。天线中的放电管可以是强度高的石英玻璃管，相对于金属天线，玻璃制品的重量更轻，体积更小，提高了装配效率。

等离子体天线的主要技术问题

困扰等离子体天线研究的最大技术问题是难以达到普通金属天线的性能指标。根据国外已公开文献研制的等离子体天线样机，其增益通常比同规格金属天线低20分贝左右，基本上没有实用价值。

另外，由于等离子体天线的耦合与匹配方式与金属天线完全不同。等离子体天线除了馈入正常的微波信号，还需要在底部馈入激励功率以形成并维持等离子体柱体。这两路射频功率需要接入天线底部的同一个耦合腔体，不但会带来严重的相互干扰，而且匹配效率也非常低。因此，等离子体天线不但增益难以达标，而且为激发等离子体形成天线所需的功耗也非常惊人。

3、超材料天线

Metamaterial(超材料)，其中拉丁语词根"meta-"表示"超出、另类"等含义，因此一般文献中给出人工电磁材料的定义是"具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。"也就是大家津津乐道的"超材料"。Meta材料具有自然界中原有材料所不具备的独特性质，其中出现了许多全新的物理现象。目前关于Meta材料的物理特性研究，及其在定向辐射高性能天线、电磁隐身、空间通信、探测技术和新