L波段小型化同轴扩张型天线设计

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线。通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性:在1.3~1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi;天线最大辐射方向在物理结构轴向。基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致:工作频率从1.3~1.6 GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi;E面方向图主瓣宽度大于60,轴向轴比大于35 dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波测量天线低增益小型化要求。     

Design of a small-sized expanded coaxial line antenna at L-band

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线.通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性:在1.3～1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi；天线最大辐射方向在物理结构轴向.基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致:工作频率从1 3～1 6GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi；E面方向图主瓣宽度大于 60°,轴向轴比大于35dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波渊量天线低增益小型化要求.     

一种空中辐射场测量用低轴比圆极化天线设计

在进行高功率微波(HPM)空中辐射场测量时,由于来波信号极化角度难以确定和受空中平台姿态影响等因素,普通线极化接收天线难以确保极化匹配,天线的极化失配会进一步降低辐射场参数测量的精确性。为了降低极化失配影响,在梯形微带圆极化单元天线分析设计的基础上,采用四阵元依次旋转90°和依次移相馈电的方式组建了一种低轴比微带圆极化阵列天线,该天线采用功分器和移相器作为馈电网络,天线在9.7 GHz实测增益约为9.4 dB,1 dB波束宽度约17.4°,轴比约0.4 dB。应用该圆极化天线可将极化失配引入的不确定度降低到0.2 dB以下,可满足高功率微波空中辐射场的精确测量需求。     

X波段高功率微波馈源辐射总功率阵列法测量技术

 分析了采用阵列法测量高功率微波(HPM)馈源辐射总功率的相关技术环节。仿真计算了某型X带HPM馈源辐射场分布,设计了积分法测量辐射总功率的参数,并对积分总功率与端口注入功率的关系以及积分方法引入的测量误差进行了计算。设计了由8路HPM辐射场功率密度测量系统组成阵列,对馈源辐射场功率密度进行测量,保证功率密度测量结果一致性和重复性。测量结果表明：多路测量系统测量波形相同,单路系统多次重复测量偏差在±0.1 dB内,多路测量系统对同一点辐射场功率密度测量偏差在±0.3 dB内,馈源热测E面方向图与冷测结果基本符合,积分总功率与等效辐射功率测量结果吻合较好。     

一种小型化高功率微波辐射场功率密度测试系统

为解决现有高功率微波辐射场功率密度测量系统测量环节多、系统复杂以及长电缆无法适应复杂电磁环境测量等问题,研制了一款小型化、一体化辐射场功率密度测量系统。系统采用天线-耦合器-转换器作为接收前端,后端采用同轴信号处理单元,在屏蔽箱内完成信号衰减、功率探测及电光转换,可实现系统远程测量与监控,可用于连续波、单次脉冲、连续脉冲辐射场功率密度测量。同时,系统采用模块化校准,可有效降低测量系统不确定度。该系统具备30 dB动态,最小可测脉宽50 ns,可测辐射场功率密度100 MW/m^2,系统结构紧凑,简便易携,采用光纤传输,抗电磁辐射,可实现X波段GW级高功率微波辐射场功率密度快速测量。     

大口径天线短脉冲微波辐射特性

为了开展大口径天线短脉冲微波辐射特性研究,建立了一套大口径天线微波短脉冲特性测试系统。该系统可产生快上升沿、脉冲可调(脉宽最短可到0.5 ns)的微波激励脉冲、接收动态范围大于52 dB。利用该测试系统进行实验,获得了不同微波激励脉冲宽度条件下,天线方向图和辐射场波形脉冲宽度变化曲线。测试结果表明:在天线远场距离处,改变微波激励脉冲宽度,对天线主轴辐射场波形基本无影响;而在偏离主轴处,辐射场波形会出现不同程度的脉冲展宽及幅值减小等波形畸变现象,偏离主轴角度越大,微波激励脉冲宽度越小,畸变越明显。     

高功率微波拍波辐射场高精度测量方法

在进行高功率微波(HPM)拍波辐射场测量时,由于常规测量系统中天线、衰减环节、检波器等器件是按照频率设计和进行指标测试的,当接收包含多个频率分量的拍波信号时,存在着难以判定和选择对应频率点技术指标的难题。并且由于检波器的非线性特性,单一检波器用于拍波信号测量时会产生新的拍频信号,该拍频信号叠加在检波电压包络上,使得检波电压包络振荡起伏,给测量带来较大的测量偏差。为解决上述问题,设计了基于频率分离测量和场强回推叠加的测量方法,可将拍波功率测量不确定度降低到0.3 dB以内,适用于HPM微波拍波辐射场高精度测量场合。     

超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统

 介绍了一套自行研制的高功率超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统，该系统主要由TEM喇叭接收天线、同轴传输线、宽带示波器及微型计算机组成。其中，TEM喇叭上极板为等腰三角形金属板，顶角14°，高60 cm，下极板为80 cm×30 cm矩形金属板，两金属板间夹角为7°，采用同轴线直接馈电方式，馈电点高度1 mm。分析了测量系统的基本理论，采用时域有限差分和离散傅里叶变换相结合的方法对TEM喇叭接收天线的传递函数进行了计算，建立了信号衰减补偿方法。实测了抛物反射面脉冲辐射天线的辐射场，测得主轴上远区辐射场主脉冲波形与辐射天线的激励信号近似成微分关系，当激励信号的前后沿变快时，测得的辐射场也相应增大。测量结果表明，该系统能够反映脉冲辐射场的变化特性，具有良好的波形保真性和宽频带特性。     

X波段高功率微波辐射场测量角锥天线特性

 利用电磁仿真软件模拟了不同结构角锥喇叭天线的增益特性,选择了增益较低的角锥喇叭天线作为X波段高功率微波测量天线。同时,对角锥喇叭天线电磁脉冲响应、有无法兰和有无直波导进行了数值计算和实验研究。数值计算结果表明：角锥喇叭天线不会对20 ns短脉冲波形产生大的影响,能够用于短脉冲测量;法兰和300 mm直波导对角锥喇叭天线增益的影响小于0.2 dB。实验结果表明：角锥天线增益随频率变化无振荡现象,300 mm直波导对角锥喇叭天线增益的影响小于0.2 dB,方向图主瓣宽度约为50°,适用于测试环境较复杂的高功率微波辐射场测量。     

单极性亚纳秒脉冲激励口径的辐射特性

 通过解析积分运算，获得了阶跃脉冲激励口径天线瞬态辐射场的解析表达式, 分析了辐射电场脉冲的持续时间与口径尺寸、观察距离及观察角度的关系。研究了在高斯脉冲激励下口径辐射场特性的分析方法，并探讨了脉冲口径天线主轴方向上辐射场的分区依据。     

电-磁振子组合型宽带高功率微波辐射天线仿真与设计北大核心CSCD

为了满足宽带高功率微波辐射系统紧凑化的需求,设计了一个口径面尺寸为20cm×20cm 的电 磁振子组合型天线,采用三维全波电磁场仿真,得到该天线在0.3～1.7GHz 带宽内的驻波比小于3,且在此带宽内天线增益均大于2.仿真分析了该天线结构的尺寸、电流环长度以及天线开口角度对电 磁振子组合型天线阻抗带宽和增益的影响.在此基础上,给天线馈入峰值为226kV 的宽带信号,仿真得到天线的最大辐射因子为150kV,等效峰值功率为358.8 MW,辐射效率约70.6%.仿真结果表明：组合振子天线能够满足宽带高功率微波的辐射要求,同时满足辐射系统紧凑化和高辐射效率的要求.     

不同渐变方式的喇叭结构对电-磁振子组合型超宽带天线特性的影响

 电-磁振子组合型超宽带（UWB）天线的物理结构包括3部分：天线的馈电系统、TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元。采用CST MICROWAVE STUDIO电磁场数值计算软件,对该组合型天线的结构与端口S参数和时域辐射特性的关系进行了分析。仿真结果表明：当TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元由3段金属板构成时，天线的端口S参数较小，主轴辐射功率较大，方向性较好。     

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。     

电-磁振子组合型小型化超宽带天线研究

 采用频域分析的方法，对电-磁振子组合型超宽带天线物理特性进行了研究，结果表明：天线中的电振子和磁振子在波的传输和辐射过程中起互补作用，扩展了小尺寸天线的工作频带，提高了天线的辐射效率。还给出了50cm天线的模拟和测量结果：电压驻波比小于3时，天线带宽大于10倍频程，模拟与测量结果基本吻合。     

高功率超宽谱双反射面天线优化设计与实验

对高功率超宽谱双反射面天线系统进行了优化改进设计,兼顾辐射性能、馈入反射和功率容量。采用沿能流线设计的粗胖实体结构代替板状TEM喇叭极板结构,增加低频电流的回流通道,从而改善天线馈入反射特性。将副反射面设计为尼龙箱体内、外两部分,使其与尼龙箱体之间的连接螺钉不再突出于高压电场中,优化后最大场强下降了约70%,功率容量达到59 GW,通过Taguchi优化算法对组合馈源喇叭结构进行整体优化,天线辐射因子rE(辐射场峰值与观测点距离乘积)提高了1.2倍。优化后的天线系统进行了高功率实验,实验结果表明:天线系统功率容量达到30 GW,辐射因子超过8 MV。     

利用波导截止特性测量微波源辐射功率

 对波导的截止特性作了理论分析，并分析了利用该特性进行高功率微波功率测量的可行性及准确性。在远场条件下，利用该特性对工作频率为1.75 GHz的磁绝缘线振荡器进行了微波功率测量。测量结果表明：微波源辐射功率2.3 GW，辐射模式为TM01主模，实测辐射模式方向图与模拟计算结果一致，微波脉宽大于40 ns，未发现明显的功率击穿现象；使用波导截止特性测量微波功率是可行的，有利于防止接收喇叭的功率击穿，测量精度较高。     

锁频锁相的高功率微波器件技术研究

综述了中国工程物理研究院应用电子学研究所锁频锁相的高功率微波器件最新研究成果,主要包括稳频稳相的相对论速调管放大器和注入锁相的相对论返波管振荡器.针对高功率长脉冲相对论速调管研究中遇到的问题,介绍了该放大器的束波互作用特点、杂频振荡抑制、脉冲缩短、高频段高功率运行、高增益等物理、设计与实验中的关键技术研究概况,使其功率、相位稳定性、增益等性能有了显著提高,S波段环形单注相对论速调管实现了高功率稳相输出,重频25 Hz运行时输出功率大于1 GW,脉宽大于150 ns、相位波动18°,高增益运行时在注入微波功率数kW条件下也实现类似功率和相位水平;采用同轴多注器件结构,突破了速调管高频段运行条件下高效率电子束引入和高功率束波转换技术等难题,使X波段相对论速调管在注入功率30 kW条件下实现了功率大于1 GW的放大输出,效率为34%,相位波动为15°.在掌握相对论返波管技术的基础上,利用返波管的高效率和结构紧凑的优点,开展了注入调制电子束锁相的相对论返波管研究,采用百kW级的种子微波实现了对GW量级输出微波的相位锁定.该研究结果对功率合成、粒子加速和多功能雷达等技术具有重要的推动作用.     

具有双陷波特性的超宽带天线设计

设计了一款基于共面波导馈电的小型化具有双陷波特性的超宽带天线,该天线的带宽在3～14 GHz内,电压驻波比(VSWR)小于2。在辐射贴片上通过开L型和半圆环缝隙实现了在3.3～3.7 GHz和5.150～5.825 GHz的双频段的陷波特性,抑制了802.16无线城域网和无线局域网对超宽带系统的干扰,在整个工作频段具有稳定的增益和良好的全向性。通过对天线模型进行加工制作并测量,测试结果表明:天线的带宽是3～14 GHz,在3.3～3.7 GHz和5.15～5.825 GHz频段内VSWR大于4,实现了天线的双陷波特性。该天线尺寸小、结构紧凑的特点,适合现代的无线通信系统。     

钻孔雷达全向天线的设计与分析

根据钻孔雷达全向天线的设计要求,为减少天线的结构尺寸增加带宽,设计了一种新型电阻加载全向天线。通过理论分析和数值优化,选择了较优的结构尺寸,得到了较佳方向图和带宽。天线外径为65 mm,使用10 mm厚天线罩封装后外径为85 mm;天线的S11小于-10 dB频带为70~260 MHz,带宽约190 MHz。该天线的带宽超过100 MHz,中心频率处增益大于-3 dB,辐射电场脉冲波形拖尾小于主峰幅度1/5,方向图在H面为全向。基于矢量网络分析仪的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致,结果表明设计的天线能够满足钻孔测井雷达系统小尺寸宽带的要求。     

X波段馈源输出窗高功率微波击穿实验装置

为了开展高功率微波(HPM)馈源输出窗介质击穿实验研究,设计了一种组合型X波段高功率微波(HPM)喇叭馈源击穿实验装置。装置采用变张角喇叭与可移动介质输出窗组合的结构,通过调节变张角喇叭口面与输出窗间的距离,使得介质输出窗内表面电场强度可调。数值模拟结果表明:在满足馈源喇叭驻波比小于1.15,E面和H面基本等化的情况下,当调节变张角喇叭口面与介质输出窗距离在0~400 mm范围内变化时,HPM馈源输出窗上的电场强度变化为32.6~87.0 kV.cm-1,满足了在真空度3×10-3Pa、脉冲宽度20 ns条件下,HPM介质击穿对电场强度变化的要求。根据数值模拟结果,设计加工了HPM介质击穿实验装置,并成功地应用于GW级HPM馈源输出窗介质击穿实验研究。