可重构等离子体角反射器天线的设计与仿真

本文设计了一款由低成本荧光管构成,工作频率为3GHz的新型可重构等离子体角反射器天线,并采用电流密度卷积时域有限差分(JEC-FDTD)算法对该新型天线的辐射特性进行了计算和分析.计算结果表明,等离子体角反射器天线能够在微秒量级内完成全向、单波束及双波束的天线波形切换,实现天线辐射特性的快速动态重构.此外,与金属天线相比,该天线还具有工作频带宽更宽,天线增益高,能更好的将辐射波束向指定方向发射等优点.因此具有广阔的应用前景.     

基于等离子体的定向天线阵理论与实验研究

当前国内学者对等离子体天线的研究主要集中于柱状天线和反射面天线, 而在国外已有学者以等离子体阵列结构设计了功能多样的智能天线系统. 为了较系统地了解这一新的设计思路, 基于等离子体散射理论对中心单元激励的圆形定向天线阵进行了理论和实验研究. 设计了一个16元等离子体无源振子的圆形天线阵, 实现了天线电磁波单波束和多波束的定向辐射. 通过理论计算和分析, 阐述了天线电磁波单波束和多波束辐射的原理. 通过建立实验系统, 测试了圆形天线阵的定向辐射特性. 实验结果和理论值接近, 说明该等离子体圆形天线阵可以实现天线电磁波的定向辐射和多波束辐射. 另外, 该天线阵还具有快速切换辐射方向、参数快速重构、雷达隐身性良好的优点. 关键词： 等离子体 定向天线阵 单波束 多波束     

等离子体天线表面电流分布与辐射特性研究

建立了表面波驱动等离子体天线装置,提出了一种等离子体天线表面电流指数分布模型,并利用该表面电流分布模型计算了天线的辐射方向图.研究结果表明,等离子体密度随轴向距离的增大呈指数衰减趋势.正常工作状态下表面波波矢虚部随等离子体密度的增大而下降,遵循与等离子体密度类似的指数衰减规律,但其实部则基本保持不变.等离子体天线的表面电流呈振幅指数衰减行波模式.利用该表面电流分布模型计算得到的辐射方向图呈现典型的8字形分布,与实验测量结果良好符合.当射频功率减小,等离子体天线辐射方向图宽化.     

C/Ku波段共口径宽角度扫描相控阵天线

设计了一款具有高功率容量与宽角度扫描特性的C/Ku双频段共口径平面相控阵天线。在同一辐射口径内,相控阵天线包含有基于平面偶极子单元的C波段4×4阵列,以及基于混合零阶谐振贴片单元的Ku波段8×9阵列。所设计的相控阵天线的宽角度扫描性能归功于双频段阵元天线的宽波束辐射特性。下层混合零阶谐振贴片天线既能作为Ku波段的宽波束辐射单元,又能够为C波段的偶极子天线提供零反射相位,进而基于镜像原理拓宽偶极子天线的波束宽度。并且,对天线进行了介质埋入式设计,避免了空气击穿以提高天线系统功率容量。全波仿真结果表明,所提出的共口径相控阵天线在C和Ku双频段均实现了±45°的波束扫描,增益波动小于3 dB,天线阵列在各单元输入功率之和为1 W时功率容量达18.9 MW。     

等离子体天线输入阻抗测量及分析

通过矢量网络分析仪测量了不同激励功率条件下柱形等离子体天线系统的输入阻抗随频率的变化关系,实验结果表明柱形等离子体天线输入阻抗具有明显的谐振特性.结合放电管的等效电路模型与柱形等离子体天线输入电流特性,定性分析了等离子体天线输入阻抗变化与等离子体参数之间的关系.此种测量方法有助于等离子体天线动态重构特性的研究和实现快速阻抗匹配. 关键词： 等离子体天线 输入阻抗 表面波     

基于宽波束磁电偶极子天线的宽角扫描线性相控阵列

设计并加工了两款基于宽波束磁电偶极子天线单元的宽角扫描线性阵列.首先,通过加载磁偶极子的方法拓展了天线单元的3-dB波束宽度.然后,基于该宽波束天线单元设计了两款具有良好宽角扫描特性的一维阵列天线.实测结果表明,天线单元的E面方向图3-dB波束宽度在9GHz—12 GHz均大于107°,H面方向图3-dB波束宽度在7GHz—12 GHz均大于178°.E面阵列中心单元的有源驻波比在9GHz—13 GHz小于2,相对阻抗带宽为36.36%.H面阵列中心单元的有源驻波比在9.6GHz—12.6 GHz小于2.5,相对阻抗带宽为27.03%.E面阵列在9GHz—12 GHz可实现±70°的有效宽角扫描.H面阵列在9GHz—GHz可实现±90°的有效宽角扫描.与传统的扫描阵列相比,设计的阵列可实现有效宽带宽角扫描,在X波段相控阵雷达方面具有广阔的应用前景.     

等离子体天线色散关系和辐射场数值计算

研究了电磁波沿轴向对称柱形等离子体天线传播的特性、色散关系及辐射方向图、增益等天线参数.通过对腔体材料介电系数、内外半径、等离子体密度、碰撞频率等参数的分析，结果表明要减小波沿等离子体天线传播的衰减，应当增加等离子体密度，减小碰撞频率，增加等离子体半径，减小腔体厚度，采用介电系数较小的材料.计算了在不同参数条件下，等离子体天线的辐射方向图、增益的变化，这些结果对于等离子体天线的设计很有参考价值. 关键词： 等离子体天线 色散关系 增益 辐射方向图     

单源单极等离子体天线辐射特性实验研究

为了对等离子体天线进行更深入的研究,必须结合实验获得其真实辐射特性,为此搭建了天线辐射特性测量平台,对单源单极等离子体天线的辐射特性进行了详细的实验研究。通过测量辐射远场区接收天线感应电压数据,得出了天线的辐射方向图、主旁瓣宽度和方向系数;通过与金属天线的辐射场最大值对比,得出了天线的辐射效率;通过测量输入功率和反射功率得出了天线的输入阻抗。此项工作弥补了在等离子体天线研究中实验研究不足的问题。     

星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化校正技术(I): 天线温度方程推导

星载极化相关型全极化微波辐射计是一种新型空间被动微波遥感仪器, 为海面风场等海洋大气环境参数的遥感探测提供了重要技术途径. 天线交叉极化校正是其数据预处理算法的重要环节. 本文针对星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化校正需求, 以极化相干检测理论为基础, 结合Stokes参数的定义, 自主推导了其适用的全极化天线温度方程. 该方程针对四个Stokes参数天线温度, 引入了Stokes参数之间交叉极化的振幅和相位, 并考虑了极化旋转角对天线方向图计算的影响. 最后, 建立了天线扫描波束与地球场景的几何对应关系, 对天线温度方程中各参数的确定方法进行了探讨. 全极化天线温度方程的建立为进一步开展星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化校正奠定了基础. 关键词： 全极化微波辐射计 天线交叉极化 天线温度方程 相干检测     

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。     

一种基于5—20 kHz交流激励的U形等离子体天线

以5—20 kHz交流电源作为等离子天线激励源, 建立了一款U形等离子体天线. 在详细阐述天线结构的同时并对其部分电特性进行了测量.结果发现, 在50—300 MHz频率范围内, 同工频交流与直流电源激励相比, 该天线的噪声电平非常低, 与相同构造的金属天线的噪声电平相接近.同时, 该等离子体天线具有很好的阻抗带宽特性, 且在较宽频带范围内也表现出了良好的增益特性.     

外部磁场与氩气流对等离子体天线辐射性能影响研究

本文建立了等离子体天线的二维轴对称模型,利用有限元法分析研究了低气压条件下氩气流和外部磁场对等离子体天线辐射性能的影响.本文通过改变外部磁场强度和氩气流速等条件,引起等离子体天线内部电子密度等物理参量的空间分布变化,并分析讨论空间分布变化产生的原因及其对天线辐射性能的影响.研究结果表明通过控制外部磁场强度、氩气流的大小可在一定程度上改善等离子天线的辐射性能.     

宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真

 针对单馈源超宽带抛物面天线波束较窄的问题，设计了一种宽波束双馈源超宽带抛物面天线。该抛物面天线是由一个普通的抛物面从中间对称分式，并在中间以平板连接而成的。馈源采用改进型平面TEM喇叭天线，同轴垂直馈电方式。两个馈源分别置于抛物面的两个焦点上。并利用时域有限差分数值方法分析了该天线的辐射性能。通过改变抛物面的结构，调节双馈源与天线主轴的夹角等方法可以有效改善天线的辐射性能。结果表明，所设计的宽波束双馈源抛物面天线可以在远区更宽的空间上形成峰值功率比较均匀的电磁脉冲，在不降低峰值功率的前提下有效地增加了波束的宽度；在抛物面天线两边进行少量切割不会对辐射场产生明显影响，节省了空间。     

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为优化表面波放电的狭缝天线阵设计,给表面波放电装置的设计提供理论依据,对狭缝天线布局进行了理论和仿真计算分析。结果表明,宽缝辐射的电磁场比纵缝强,同相激励天线辐射的电磁场比异相激励强,更容易击穿空气产生等离子体。基于磁场强度同相分布规律对已经采用的纵缝天线阵进行改进,纵缝按照两侧交互并间隔半个波导波长布置,各个纵缝均为同相,产生等离子体效果更好。     

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提出了一种用于高功率微波武器的等离子体通道天线(PCA),计算了该天线的辐射方向图。推导出了一般性天线的辐射方向函数;建立了PCA的近似电磁模型;给出了圆坐标系下PCA和周围空气中的电磁场,利用边界条件得出了PCA的色散方程,求出PCA的表面波波矢。重点讨论了PCA的辐射场随等离子体密度、天线长度、半径的变化,证实了PCA方向图的可控性。     

等离子体通道天线的辐射场计算

提出了一种用于高功率微波武器的等离子体通道天线(PCA),计算了该天线的辐射方向图。推导出了一般性天线的辐射方向函数;建立了PCA的近似电磁模型;给出了圆坐标系下PCA和周围空气中的电磁场,利用边界条件得出了PCA的色散方程,求出PCA的表面波波矢。重点讨论了PCA的辐射场随等离子体密度、天线长度、半径的变化,证实了PCA方向图的可控性。     

高功率半抛物面冲击脉冲辐射天线系统实验研究

 描述了研制的一种集高重复频率、高功率冲击脉冲源和半抛物面反射器冲击脉冲辐射天线为一体的新型超宽带辐射天线系统,内容包括天线理论分析、系统工程设计和实验。研制的紧凑型高功率半IRA实验系统,在轴上30m处电场达13kV/m。     

新型顶部加载单极天线

提出了一种新型顶部加U型负载的单极天线结构,给出了设计思想和结构模型,该天线采用同轴馈电,辐射轴向笔状波束且线极化特性良好的波,在理论分析的基础上具体对其进行了仿真,并依照仿真的尺寸结果,加工实物进行了实验研究。仿真结果表明:该天线实现了同轴馈电单极天线的轴向辐射,当工作频率在4.0 GHz时,天线轴向增益为8.33 dBi,轴向轴比为-69.64 dB,反射系数为0.034;在3.83~4.5 GHz的频率范围内反射系数小于0.1。实验结果表明:该天线在中心频率时测量增益为8.116 dBi,驻波比为1.098,并且在3.75~4.50 GHz的范围内驻波比都小于1.2,可以看出仿真结果与实验结果基本一致,互相进行了验证。     

托卡马克中极向静电天线的离子Bernstein波的耦合计算

本文采用均匀的等离子体模型,对在托卡马克低场边由极向静电天线激发离子Bernstein波(IBW)的耦合问题作详细的理论分析。为了能更符合实验中的实际情况,文中考虑天线为有限长度以及非零的极向波数(k_y≠0)对耦合特性计算的影响。计算表明,极向静电天线可以有效地在等离子体中激发IBW。比较该天线与传统的环向IBW天线的辐射功率谱和阻抗等计算结果,表明两种天线对IBW的耦合有相似的特性。 关键词：     

柱形单极等离子体天线模型的多物理场研究（英文）

基于柱形单极表面波的等离子体天线结构的多物理场情况考虑了天线内部粒子的反应和运动等因素,通过ComsolMultiphysics软件,模拟感应耦合场、粒子运动场等,得到了天线内部的粒子分布、电子能量分布等以及等离子体天线的相关参数,同时分析各物理场之间的关系对等离子体天线的影响,发现感应耦合等离子体场在天线工作中起主要作用,有助于等离子体天线的参数重构控制.