プラズマ

Sep 02, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10156 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

スロット構造を放電電極と組み合わせて、プラズマ放電の統合により入射する高出力マイクロ波を制限しました。 9.45 GHz の目標共振周波数では、表面電流が電極に集中し、提案された設計によって電界が強化され、入射信号の応答電力レベルが低下しました。 低電力信号が注入されると、プラズマは生成されず、入射波は挿入損失なしで進みます。 2 段スロット構造を利用して周波数領域の帯域通過特性を拡大し、実証されたプラズマ リミッターは 9.45 GHz で 1.01 dB の挿入損失を示しました。 上下電極間の最短距離100μmでキセノンガス圧力を最適化し、プラズマの放電電力を低減した。 高出力信号入力の場合、キセノンガスの破壊が起こるため、送信信号はゼロに近くなり、高出力信号の大部分は 40.55 dB の阻止効率で反射されました。 実証された結果は、無線探知測距システムの受信機を高出力マイクロ波から保護するのに役立ちます。

高出力マイクロ波は、高度な通信技術においてますます注目を集めています。 高出力マイクロ波は、トカマクにおけるプラズマの駆動やリニアコライダーにおける高周波加速に使用されます 1。一方、軍事用途の場合、戦闘機、軍艦、ミサイルの探知に使用されます 2、3、4。 無線探知測距（RADAR）システムの場合、信号対雑音比の改善と長距離検出を実現するには、システムの出力電力が増加します5、6。 基本的なレーダー動作メカニズムの理論は、送信と反射に分けることができます。 アンテナを使って送信パルスを放射し、遭遇した対象物から電磁波を散乱させます。 散乱信号の一部は受信アンテナに戻され、最終的に処理されます。 ただし、地面の反射 7、近くの金属表面からの反射 8、意図的な電磁干渉 9、および自然に発生する雷電磁パルス (EMP)10、11、12 から生成される高出力の電磁波は、特にシステムに一時的または永久的な損傷を引き起こす可能性があります。その機能は小さな信号を増幅することであるためです13、14、15、16、17。

これらの EMP の脅威は、フロントドア カップリングとバックドア カップリングに大別されます。 フロントドアカップリングは、電力を接続するように設計された通信機器のアンテナを介してレーダーに接続される EMP です18、19。 バックドア結合とは、EMP が構造上の穴やギャップを介して通信ネットワークや機器に接続するケーブルや機器の一部に結合された場合の機器の誤動作や破壊を指します20、21、22。 このEMP保護技術を確立するために、カップリングの種類に応じて分類されます。 フロントドアカップリングから保護するレーダーシステムテクノロジーは、ソリッドステート、フェライト、プラズマタイプなどのさまざまなタイプに分類できます。 理想的に動作する場合、保護デバイスとして機能するには、挿入損失が特定の入力電力値を下回る必要があり、特定の入力電力値を超えると損失が発生する必要があります。 ソリッドステート リミッターと半導体ベースの保護デバイスは、PIN ダイオード、ショットキー ダイオード、および電界効果トランジスタ デバイスで構成されます23、24、25、26。 最も代表的な半導体リミッタは、並列 PIN ダイオードで構成されており、低電力入力信号における挿入損失値が低いという利点があります。 性能や動作周波数帯域は半導体デバイスの特性に基づいて決まります。 ただし、このデバイスには、高い入力電力に対して低い反射係数または吸収係数を示すという欠点があります24。 フェライトリミッターは入力マイクロ波電力に応じて非線形吸収を示します27,28,29。 これらの磁性材料は、システムを保護するために、臨界電力制限を超える電力を熱に変換します。 フェライト リミッターは、高入力電力に対して狭帯域応答特性を示します。 この特性は特定の周波数にのみ反応するため、ユーザーが動作周波数を選択することが難しいという欠点があります。 さらに、システムは反射ではなく吸収によって保護されるため、他のタイプのリミッターの場合と比較して追加の挿入損失が発生します。 一般にフェライトリミッターのサイズは大きく、しきい値電力値の調整が困難です。