X波段极化可重构高功率微波辐射器仿真设计

为了提高高频段高功率微波反射面天线的馈电效率,同时使波束波导馈线更加紧凑,提出一种新型的X波段极化可重构高功率微波辐射器结构。通过波纹喇叭辐射器产生准高斯的HE11模辐射,采用双相位修正镜组成的波束变换系统实现将准高斯波束转换为电场分布更为均匀的平顶波束或其余期望分布的波束,平顶分布的输出波束可使得馈源在相同介质窗尺寸下获得更高的功率容量,同时实现了波束传播方向的90°转弯;此外采用双圆极化栅网的级联组合,实现了对输出波束极化特性的调变。通过全电磁波仿真分析验证了该辐射器的设计思路。     

用于宽带高功率微波辐射的双层贴片天线特性

 研究了用于宽带高功率微波辐射的双层贴片微带天线输入阻抗带宽和辐射特性,提出一种适合于高功率微波辐射的圆锥传输线馈电结构以减小传统馈电探针的引线感抗,使天线的功率容量提高到百MW级,同时作为同轴线到径向传输线的过渡变换,使反射系数降低近50%。通过数值计算分析了不同的介质基底厚度组合和贴片尺寸对天线带宽的影响,优化参数后的天线带宽达到了34.9%(电压驻波比小于3),带内平均增益高于6.5 dB,最大增益8.3 dB,主辐射方向上的远场辐射因子与馈入宽带脉冲幅度比值大于1.3。分析了天线的功率容量,模拟计算表明该天线可用于辐射幅值300 kV的宽带高功率微波。     

一种高功率共面馈电脉冲辐射天线的设计实验

设计了一种高功率共面馈电脉冲辐射天线。该天线馈源采用双组电大尺寸共面极板馈臂,将馈电点置于焦点处,与直径2.1 m的抛物反射面相配合,实现超宽谱短脉冲的有效定向辐射。提出了一种由同轴输入到4端输出的高功率馈电巴伦,解决了高功率情况下同轴线到4馈臂共面馈电问题。对所设计天线进行测试实验,结果表明:在馈电脉冲宽度为450 ps、峰值电压为142 kV时,辐射因子达到800 kV。     

模式匹配与积分方程在HPM模拟中的应用

针对具有电大尺寸、厚介质罩且馈源采用特定模式激励的高功率微波(HMP)传输及辐射结构研究了一种新型的电磁建模技术。将模式匹配方法与积分方程方法进行混合,构建了电磁模型的方程组,采用多层快速多极子技术、预条件器等进行求解加速,最终形成了可对电大尺寸HPM传输、辐射系统进行高效全波电磁仿真的技术。以电大变张角喇叭馈源、功率合成天线、波束波导及波束波导天线作为实例,构建了几何及电磁模型,并进行了包括远区方向图、近区功率密度分布在内的数值模拟,对该技术的正确性和通用性进行了验证。结果表明,该技术边界拟合准确,内存消耗低,且对馈电模式能予以准确反映,适用于HPM传输发射的高效高精度模拟。     

求解波束波导中激励-传输-辐射问题的积分方程方法

针对波束波导系统结构和馈电特性,应用体面积分方程建立了任意结构波束波导中电磁波的激励、传输和辐射问题所对应的物理模型.在激励端,采用模式展开方法描述输入口面场分布,并利用模式匹配方法精确模拟波束波导馈电端的匹配状况.通过对波束波导内部的实际结构的精确拟合,基于积分方程建立了激励-传输-辐射的电磁模型,并以高效数值解法给...     

无人机机载天线高功率微波耦合响应研究

无人机易于受到高功率微波干扰和损伤,无人机机载天线是高功率微波干扰的重要耦合途径。为了研究无人机机载天线高功率微波耦合响应,以数据链天线和导航接收机天线为研究对象,根据无人机实际布局,建立高功率微波辐照下无人机机载天线的耦合模型,通过仿真天线辐射模型远场辐射方向图及S11参数验证天线模型的准确性,得到不同辐照场景和高功率微波辐射场参数下数据链天线和导航接收机天线端口的耦合电压,并进行了典型场景试验验证,结果表明：L波段高功率微波辐照下数据链天线的耦合电压较S、C和X波段更高,相较于水平极化,垂直极化辐射场对无人机数据链的干扰效果更佳,耦合电压与辐射场强成线性关系,受脉宽和前沿的影响较小;空中高功率微波辐照场景下导航接收机天线的耦合电压较地面高功率微波辐照场景更高,该研究将在高功率微波武器打击无人机方面提供理论参考依据。     

切比雪夫馈电网络开口谐振环天线阵列

提出了一种基于切比雪夫馈电网络的13×14开口谐振环天线阵列。该天线阵列由天线单元和切比雪夫馈电网络组成。根据八木天线原理,该天线阵列设计的辐射贴片作为天线单元的引向器,金属地面作为反射器;辐射贴片由开口谐振环结构以及I型谐振结构组成,增强天线单元的辐射能力并提高增益;天线单元的馈电端由圆弧单极子组成,提高调节天线单元阻抗匹配的灵活性;电流矩阵指导非均匀电流分布切比雪夫馈电网络的设计,减小天线阵列的旁瓣;天线单元竖直插入馈电网络的基板,减少带有馈电网络阵列的口径大小。通过实物加工后,测试结果表明,该天线阵列在工作频率点10.1 GHz处实现了22.3 dBi的增益,E面和H面旁瓣电平分别为-16 dB和-17.66 dB,具有高增益、低副瓣的特点。     

L波段高功率线极化径向线阵列天线理论分析与数值模拟

 探索了L波段的高功率线极化径向线阵列天线。基于三角形栅格形式实现了径向线圆形平面阵列天线,分析并给出了径向线并联馈电网络,并以同轴馈电的水平单圆环线极化天线为基础,利用径向线并联馈电网络设计出了间距小于一个波长下L波段高功率线极化径向线阵列天线。研究结果表明：这种结构实现径向线阵列天线的线极化辐射是可行的,该天线在中心频率1.57 GHz下,增益为19.97 dBi,轴比为-52.06 dB,反射系数为0.105 2;在1.37～1.77 GHz的频率范围内增益大于18.64 dBi,轴向轴比值小于-46.45 dB。     

高功率无移相器自旋转波束扫描天线设计

设计了一种无移相器结构的平板高功率天线,通过辐射层自旋转方式改变口径场相位分布,从而实现空间波束扫描,满足轻质、低剖面集成要求,辐射增益36 dB,波束扫描范围-30°至+30°,GW级功率容量,满足Ku波段工作的系统指标与能力要求。对天线进行了实物加工与测试,测试结果说明该天线具有良好的波束扫描特性和较高的口径辐射效率。无需加载移相馈电网络便可改变波束指向,具有伺服简单,结构紧凑,平面化、低剖面、轻质等优点,可广泛应用于机载、车载、舰载等高功率微波系统的表面共形发射。     

L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统,系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量,天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板,除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明,设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时,增益为22.7 dBi,天线口径效率为98.3%,反射系数为-25 dB,带宽达到5%,带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2。系统功率容量达到1.92 GW。     

用束波导与真空椭圆软波导传输的高功率微波发射系统研究

对两种高功率微波传输与发射系统进行了研究、比较，其中，束波导传输偏置抛物面系统适用于过模波导用入．真空椭圆软波导传输抛物面系统适用于单模波导输入的情况，对以上两种发射系统进行了物理光学数值分析（ＰＯ／ＰＯ）．在Ｓ波段，在未优化设计前，前者截获效率８６．６％，增益４０ｄＢ，后者截获效率９６．７％，增益４２．５ｄＢ．     

功率容量大于1GW的组合式旋转关节

用耦合波理论分析了过模圆波导中不同模式之间的转换和波导弯曲半径之间的关系,研制了弯曲角度为90°的过模圆波导弯头,设计了一种结构简单的TM01过模圆波导旋转结构。对圆波导弯头和旋转结构的高功率测试证明,它们在X波段功率容量均大于1 GW,微波传输效率均大于93%。在此基础上,提出了一种组合式旋转关节,该关节能够在方位和俯仰上实现360°旋转,可应用于高功率微波的发射天线。     

9.4 GHz过模光滑壁TE11HE11模式变换器设计

采用半径微扰的光滑壁圆波导产生HE11模,避免了常规微波领域中采用的波纹渐变转换器在高功率微波领域应用时易发生齿间打火的不足。采用基于模式耦合理论的迭代综合方法优化了不规则的半径渐变轮廓,使输出产生组成HE11模的混合模式。并通过全电磁波仿真软件进行了对比, 输出波束标量高斯含量在9.1~9.7 GHz范围内均高于99.5%,功率容量4.9 GW。     

圆波导斜劈辐射天线的实验研究

 为了使三腔渡越管振荡器高功率微波源的输出具有单向波束及线极化的辐射特性，设计了圆波导斜劈结构的伏拉索夫型天线。着重进行实验研究，给出了具体设计时应该考虑的因素以及实验情况。通过对圆波导前端模式变换器的同轴内导体长度的调节和鼻锥形状的选择以及各个部分的仔细分析，最后获得了较好的结果，证明了该天线的实用性和可靠性。     

2.4/4.8/7.2 GHz三频段谐波雷达天线的研究与设计

研究设计了一种应用于手持式谐波雷达的三频段单极子天线。天线采用共面波导馈电,通过在单极子天线主辐射体加载L型辐射枝节、在接近主辐射体的接地平面开三角形切口的方法,使其谐振于2.4 GHz,4.8 GHz和7.2 GHz三个频段。同时,在距离天线10 mm处加载金属挡板,使天线辐射方向性增强,并能接收多个方向反射的电磁波。所实现的天线尺寸为54 mm×53 mm×1.6 mm,在三个工作频段上的带宽分别为0.51 GHz(2.35～2.86),1.39 GHz(4.17～5.56),1.46 GHz(6.17～7.63),能够有效覆盖谐波雷达全部的工作频段;由天线的峰值增益和辐射方向图可知,天线在工作频段内增益性能和整体辐射性能良好。     

高功率微波波导缝隙阵宽角扫描特性研究

波导间缝隙的互耦会严重降低高功率微波宽边纵缝波导缝隙阵的宽角扫描能力。设计了一L波段高功率宽边纵缝波导缝隙阵,在阵列波导间设计扼流槽结构抑制缝隙互耦。数值模拟结果表明,没有扼流槽结构的阵列波束扫描增益下降3 dB的角度为24.7°,具有扼流结构的阵列扫描增益下降3 dB的角度为33°。同时扼流结构还可以明显改善阵列的有源反射系数,有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为6.6%,而没有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为5.0%。数值模拟结果还表明,波束扫描时(扫描角35°),阵列功率容量可达到957 MW, 比阵列无波束扫描时(1.008 GW)稍低一点。     

高功率谐振式波导缝隙阵宽角扫描技术

在传统高功率缝隙波导阵列中,缝隙间的相互耦合严重影响了阵列的宽角扫描能力。以实现阵列宽角波束扫描为目标,通过分析阵列扫描特性,从提高缝隙阵元间隔离度的角度出发,提出在阵列中引入隔离栅结构,降低了阵元间耦合对阵列大角度扫描时的影响。在此基础上,设计了基于波导窄边斜缝的谐振式阵列天线,采用电磁仿真软件优化阵列。数值模拟结果表明,未采取措施前阵列的最大扫描范围为±34°,引入隔离栅后扫描范围可扩大至±45°,波导端口S₁₁≤?10 dB,增益仅下降了2.3 dB,单根缝隙波导功率容量达330 MW,有应用于高功率微波领域的潜质。     

Radiation properties of ICRF waveguide couplers

The radiation spectra of a dielectric-filled waveguide (DWG) and a folded waveguide (FWG) antenna in the ion cyclotron range of frequencies are evaluated for tokamaks with the waveguide codes, which model the coupling of the waveguide modes to the plasma waves with outward radiating boundary conditions. The codes provide a self-consistent calculation of the fields across the waveguide apertures for various antenna phasings taking into account a complete set of waveguide eigenmodes including the reflected modes and, in the case of DWG, an arbitrary orientation of the antenna to the plasma magnetic field. In the studied cases, the spectra are found to be well described by a model which is based on a simplified wave field pattern determined by the antenna aperture geometry. Comparison to the corresponding loop antenna is carried out     

高功率单层径向线螺旋阵列天线的设计与模拟

 在研究磁探针耦合特性的基础上，设计了中心频率为4.0 GHz的3圈36单元高功率单层径向线螺旋阵列天线，各圈距中心位置分别为45，90，135 mm，单元个数分别为6，12，18。该天线采用磁探针代替电探针给短螺旋单元天线馈电，通过同轴-径向线模式转换器实现径向线TEM外行波激励，采用调整磁探针的探入深度和绕轴旋转短螺旋单元天线的方法改变单元的激励幅度与激励相位。数值模拟结果表明：该口径为324 mm的天线在中心频率上可获得21.58 dB的增益，口径效率可达78.2％，轴向轴比值为1.73；在3.8～4.2 GHz的频率范围内增益大于20.85 dB，口径效率大于73.2％，轴向轴比值小于2.0，反射系数小于0.27，辐射效率大于93%。