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SOMMARIO
Introduzione iii CAP. 1 : Onde superficiali e plasma 1
1.1 - Relazione costitutiva di un plasma freddo, isotropo, senza collisioni 1 1.2 - Relazione costitutiva di un plasma freddo e isotropo, con collisioni 4 1.3 - Relazione costitutiva di un plasma freddo e senza collisioni,
in un campo magnetico di polarizzazione 5 1.4 - Relazione costitutiva di un plasma senza collisioni e isotropo, ma caldo 6 1.5 - Il concetto di onda superficiale 8 1.6 - Onde superficiali e plasma 10
CAP. 2 : Dispositivi sperimentali per lo studio di onde superficiali in un plasma 15
2.1 - Configurazione per il mezzo di propagazione 15
2.2 - Colonne al plasma 17
2.3 - Generatori di onde superficiali 17
2.4 - Determinazione della lunghezza d’onda 22 2.5 - Variazioni assiali, radiali e azimuthali dell’intensità di campo 25 2.6 - Misura dell’attenuazione d’onda 27
2.7 - Misura della velocità di gruppo 29
2.8 - Misura della densità di elettroni 30
CAP. 3 : Dispersione dell’onda superficiale 33
3.1 - Introduzione 33
3.2 - Identificazione del modo azimuthale 34
3.3 - Dispersione del modo m = 0 35
3.4 - Dispersione del modo dipolare ( m = 1 ) 44
CAP. 4 : Attenuazione dell’onda superficiale 49
4.1 – Introduzione 49
4.2 - Attenuazione d’onda dovuta alle collisioni elettrone-neutrone 50 4.3 - Attenuazione d’onda dovuta alle collisioni con le pareti del tubo 55 4.4 - Attenuazione d’onda da perdite dielettriche nel tubo di vetro 56
4.5 - Attenuazione di Landau 56
4.6 - Altri processi di attenuazione 59
CAP. 5 : Effetti non lineari connessi alla propagazione di onde superficiali 61
5.1 - Introduzione 61
5.2 - Combinazioni non lineari 61
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5.2.2 - Interazioni del terzo ordine generate da un’onda fondamentale 66 5.2.3 - Impulsi dell’onda superficiale ad ampiezza elvata 67 5.3 - Eco di onde superficiali in una colonna la plasma 70
CAP. 6 : Applicazione delle colonne al plasma come antenne a radio frequenza 73
6.1 – Introduzione 73
6.2 - Basi teoriche per un’antenna al plasma 73
6.3 - Risultati sperimentali 82
6.3.1 - Efficienza 82
6.3.2 - Rumore 83
6.3.3 - Applicazione delle colonne al plasma alla formazione del fascio 84
Conclusioni 87
Bibliografia 89
Appendice A: Normalizazione della curva di dispersione 93 Appendice B: Relazioni teoriche di smorzamento 95
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INTRODUZIONE
Negli ultimi anni, il rapido sviluppo dei sistemi radar e di comunicazione ha condotto ad una crescente richiesta in termini di prestazioni delle antenne. Tali richieste riguardano compattezza e leggerezza delle strutture d’antenna, rapida riconfigurabilità in termini di direzionamento del fascio, guadagno ed agilità in frequenza, nonché una bassa radar cross section. L’uso di gas ionizzati o plasmi come mezzi conduttori nelle antenne può offrire, a parità di efficienza e rumore una fattibile alternativa ai metalli nella soddisfazione di tali prerogative.Nella presente tesi vengono studiate le applicazioni di colonne al plasma alimentate da onde superficiali come antenne a radio frequenza. Queste onde sono studiate in termini di congruenza con i modelli teorici e di relazione di dispersione; vengono inoltre riportati esperimenti ed analisi riguardanti l’attenuazione ed i fenomeni non lineari connessi alla propagazione. I risultati sperimentali confermano che le prestazioni di tali antenne in termini di efficienza e di rumore non sono compromesse dall’uso di un plasma. Nel capitolo 1 sono presi in rassegna i vari modelli teorici di plasma e viene data una prima definizione di onde superficiali di plasma. Nel secondo capitolo vengono illustrate le varie configurazioni del mezzo di propagazione e le colonne al plasma utilizzate. In questo contesto verranno introdotti i lanciatori ed, infine, alcuni dispositivi sperimentali per la misura dei parametri dell’onda superficiale. I vari diagrammi di dispersione sono studiati nel terzo capitolo mentre nel quarto vengono presentati i vari meccanismi di attenuazione. I fenomeni non lineari come la generazione di armoniche sono tratttati nel quinto capitolo. Infine il capitolo 6 affronta le problematiche connesse alla realizzazione di antenne a radio frequenza mediante colonne al plasma.
