复合振子天线阵列的数值模拟

 用时域有限差分方法模拟了由复合振子天线单元组成的天线阵列的辐射特性;计算了天线从同轴线的馈电效率，给出了天线阵列的辐射场和能量方向图;比较了不同排列方式下阵列的辐射方向图。模拟结果表明：这种天线阵列具有宽带特性和较高的馈电效率，适合于超宽带电磁脉冲的辐射应用。     

分布式阻抗末端加载的TEM喇叭天线设计

基于功率容量和口径匹配扩展低频工作带宽两方面的考虑,设计了一种具有分布式阻抗末端加载结构的超宽带TEM喇叭天线。首先,对渐变式同轴-平板的巴伦结构进行了优化设计,扩展了馈电结构的工作带宽,提高了馈电效率;其次,对指数型TEM喇叭天线末端进行了分布式阻抗的匹配设计,其端口特性和辐射特性均得到了明显改善,并采用功率方向图和能量方向图对天线的辐射效果进行评估。实验结果表明,相对于指数型TEM喇叭天线,加载分布式阻抗匹配末端结构后,天线低频带宽展宽了330 MHz,天线主轴辐射电场峰峰值提高了10%,馈电效率提高了17%。     

超宽带折线型TEM喇叭天线实验研究

基于功率容量和口径匹配的考虑,设计了一种超宽带折线型TEM喇叭天线。相比传统恒阻抗TEM喇叭,主要改进在于采用了同轴到平板过渡的馈入结构,辐射极板改为两段折线形式。通过理论模拟和实验研究对两种天线的输入、辐射特性进行了比较和分析。结果表明:采用960ps宽度的高斯脉冲激励,同轴平板过渡峰值功率传输效率达到85%;相比于恒阻抗喇叭,折线TEM喇叭辐射峰值电场提高30%,H面方向图主瓣宽度由80°压缩至60°,同时改善了700 MHz频带内的传输辐射特性,瞬态脉冲峰值功率容量达到15GW。     

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。     

电-磁振子组合型超宽带天线数值分析

 采用CST MICROWAVE STUDIO电磁场数值计算软件,对电-磁振子组合型超宽带（UWB）天线结构参数与天线性能之间的物理关系进行了分析。电磁组合型天线的物理结构包括三部分：天线的馈电系统、TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元。激励源采用高斯脉冲，边界为6层理想吸收边界（PML6）。仿真结果表明：组合天线的外导体屏蔽和电流环分别改善了不同频带内的端口参数；当电流环周长(105 cm)约等于天线尺寸(50 cm)的2倍时，天线的反射能量较小，端口参数曲线平坦；天线的物理尺寸决定其辐射带宽，尺寸越大，低频辐射特性越好。     

考虑互耦的半波振子线阵辐射和散射方向图综合

对于半波振子阵列天线,可用感应电动势法算得其阻抗矩阵,依据等效电路原理计入单元间的互耦计算辐射场.将其推广至考虑互耦的散射场计算,基于此辐射场和散射场的计算公式,提出一种考虑互耦同时综合半波振子阵列天线辐射和散射方向图的新方法.运用粒子群优化算法,通过优化振子的间距,同时综合指定辐射和散射方向图.运用该方法,通过对中心工作频率处的辐射和散射特性以及在威胁角度给定频带内的散射特性优化,有效降低半波振子阵在中心工作频率处的辐射和散射方向图的副瓣电平,并减小其在威胁角度给定频带内的雷达散射截面.计算结果与FEKO仿真结果吻合良好,验证方法的正确性.     

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。     

高功率超宽带脉冲辐射实验装置研制

 研制了高功率超宽带脉冲辐射实验装置。该装置主要由脉冲充电电源、超宽带脉冲产生装置、超宽带脉冲发射天线三部分组成。达到的主要指标为：脉冲电源输出电压600 kV、重复频率100 Hz；脉冲压缩输出峰值功率约10 GW、脉宽1.2 ns；在辐射天线轴上220 m处，辐射峰值电场16.1 kV/m、等效辐射功率0.42×10¹² W；辐射场E面方向图半功率宽度为8°，H面方向图半功率宽度为9°。     

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。     

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。     

X波段4单元微带天线阵辐照响应

采用时域有限差分法,并结合导体边缘奇异性处理技术,在不降低计算效率的情况下,保证了计算精度,得到了高功率电磁脉冲辐照下X波段4单元微带天线阵的响应。计算结果表明:馈电点最大响应电压峰值由天线阵各阵元接收的入射脉冲在馈电点叠加引起,且天线阵中主要存在与馈电点激励天线阵不同模式的波。响应电压峰值随着入射脉冲波矢量与正z轴夹角的减小而增大,随着入射脉冲波矢量xOy平面投影与正x轴夹角的增大而增大,频谱随着上述两个夹角的增大均向低频转移。     

介质加载天线阵的瞬态辐射特性

 提高天线增益和辐射效率是瞬态天线研究的重要内容之一。通过设定高斯脉冲激励波形,导出了瞬态辐射的能量阵列因子,分析了1维对称均匀天线阵列的瞬态辐射特性。结果表明:阵列的辐射波形与观察时间区间和角度有关,瞬态与稳态特性差异明显,时域辐射方向图与脉冲宽度有关,阵列可实现时域波束扫描。设计了介质加载天线阵,并采用3维电磁场分析软件进行了时域仿真计算,分析了介质加载对天线辐射特性的影响。研究表明:有介质加载的天线前向辐射电场峰值比没有介质加载的天线增加逾1倍,即瞬态辐射功率增大了3倍多,通过对计算和仿真结果的分析比较,验证了分析和设计方法的正确性和有效性。     

切比雪夫渐变线TEM喇叭天线数值模拟

设计了一种采用切比雪夫渐变线的TEM喇叭天线,分析了其工作原理,采用数值模拟的方法研究了其阻抗特性、传输特性与辐射特性,并在不同的馈入脉冲下与常用的线性渐变TEM喇叭天线进行了性能对比。结果表明:切比雪夫渐变线TEM喇叭天线具有低反射、高带宽和高辐射场强的优点,其性能要明显优于线性渐变TEM喇叭天线,且馈入脉冲越宽,性能越明显。分析了最大反射系数对切比雪夫渐变线TEM喇叭天线辐射性能的影响,馈入脉冲越窄时,宜选择反射系数越大的辐射天线。     

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。     

折射率渐变透镜的数值设计

传统折射率渐变透镜的设计要求初级馈源天线具有稳定的相位中心,这就限制了透镜的应用范围。为拓宽透镜的应用范围,提出了一种折射率渐变透镜的数值设计方法,通过对馈源天线的极化电场离散采样获得相位信息,并据此设计透镜,随后用金属短线结构的新型人工电磁材料来实现这种透镜。这种设计方法简单灵活,对馈源天线没有限制。以经典矩形贴片天线为例,比较了贴片天线和透镜天线的回波损耗和远场方向图,结果表明运用这种方法设计的透镜使贴片天线的增益提高了2 dB,口径效率从62%提高到了99%。     

超宽带TEM天线的数值模拟

 用数值方法研究了超宽带电磁脉冲源经同轴型传输线输出到TEM天线上的发射问题。TEM喇叭天线的前端是平行板传输线。用时域有限差分方法模拟了超宽带电磁脉冲在平行板传输线和TEM波喇叭中的传输,给出了天线的输入阻抗和电压驻波比随频率的变化关系、天线的辐射场分布以及天线辐射的能量方向图等。     

高功率超宽带同轴双锥天线的设计和实验

 用口径场的方法对有限长同轴双锥天线进行了分析和设计。同轴双锥天线能工作在电压±100kV、重复频率100Hz、单周期脉冲全底宽3.6ns和输出阻抗50Ω的超宽带脉冲辐射源上,辐射功率大于100MW;天线带宽150MHz～1GHz;输入阻抗50Ω。E平面和H平面平行极化半功率点全宽度分别为50°和360°;天线的功率效率约为65%。     

L波段径向线螺旋阵列天线的优化设计

 以提高阵列天线的口径效率为目标,对辐射单元及阵列布局进行了优化,设计了中心频率为1.57 GHz的6元单圆环径向线螺旋阵列天线,采用时域有限积分算法软件对阵列天线进行了数值模拟,结果表明：口径为320 mm的该天线在中心频率上可获得14.4 dBi的增益,口径效率达99%,轴向轴比值为1.15,在1.5～1.7 GHz的频带范围内,增益大于13.9 dBi,口径效率大于97%,轴向轴比值小于1.35。     

高辐射效率超宽谱脉冲辐射天线的设计与实验

设计了一种采用共面TEM馈电结构的抛物反射面超宽谱脉冲辐射天线,分析了该种馈电结构的阻抗特性与辐射特性。实验表明当馈入电压为3kV、前沿180ps的超宽谱脉冲时,该天线主轴辐射场测试距离与峰值场强之积平均值达到18.3kV,相较于常用的TEM喇叭馈电的超宽带反射面天线,其辐射效率有了显著的提高。