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。     

TEM喇叭超宽带接收特性分析

 采用时域有限差分（FDTD）和离散傅里叶变换（DFFT）相结合的方法计算了不同长度及不同张角TEM喇叭接收天线的传递函数及灵敏度，采用最大相对误差和相对平均偏差分析了TEM喇叭超宽带接收的波形保真性与其几何尺寸之间的关系。分析结果表明：在设计高灵敏度及高波形保真性的超宽带TEM喇叭脉冲测量天线时，对TEM喇叭的张角和长度应进行折衷考虑。     

加脊TEM喇叭初步研究

针对恒阻抗TEM喇叭的上下面板电流分布不对称,采用小反射理论和阻抗渐变思想并通过设计脊结构对恒阻抗TEM喇叭进行了改进,研制了加脊TEM喇叭。仿真及实验研究结果表明:对于脉冲宽度约为1 ns的高斯脉冲,通过加脊在一定程度上改善了恒阻抗TEM喇叭上下面板电流分布的不对称性和E面辐射电场的不对称性;相对于相同口径的恒阻抗TEM喇叭,加脊TEM喇叭作为辐射天线和反射面脉冲天线馈源时系统的主轴远场辐射因子均有提高。     

TEM喇叭天线辐射机理分析和优化设计

在频域和时域研究了TEM喇叭天线的辐射机理。在频域,高频信号激励的TEM喇叭表现为口径天线的辐射特性,具有良好的方向性;低频信号激励的TEM喇叭可视作偶极子天线,具有全向辐射特性;在时域,脉冲激励的TEM喇叭天线辐射场由四个子波叠加构成,在不同方向上,各个子波的波形和相对时序不同,导致不同方向上辐射场波形也不相同。根据辐射机理研究结果,提出了一种TEM喇叭天线末端加载设计并给出了其优化设计方法,有效地改善了天线主轴辐射性能,提高了辐射因子和天线效率。     

TEM喇叭天线脉冲辐射特性

采用时域有限积分法（FIT）对相同几何口径尺寸下不同长度TEM喇叭天线的主轴辐射特性进行了研究,分析了有限长TEM喇叭天线与理想（无限长）TEM喇叭天线主轴辐射场存在差异的原因,导出了有限长TEM喇叭天线主轴辐射场在接近理想TEM喇叭天线辐射场条件下天线长度与激励脉冲宽度（或脉冲上升时间）之间的关系。在此基础上,根据文献中的研究结果,并结合激励脉冲波形,给出了TEM喇叭天线几何参数的优化设计方法。     

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。     

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。     

超宽谱短脉冲电场标准装置馈电结构

研究了超宽谱脉冲电场产生装置的馈电结构,分析了不同结构参数下馈电点不连续性及其时域响应特性,测试得到了馈电插针在不同插入深度下装置的阻抗匹配特性,结合理论计算和时域有限差分法获取了不同参数下的馈电点处脉冲响应特性,并与实测数据进行了比对。结果表明,当控制馈电结构插针深度为1.0 mm时,其对脉宽0.3~1.5 ns范围内单双极激励脉冲电压反射系数不大于4%。利用D-dot传感器测试了单锥内场脉冲电场波形,结果显示,在单锥TEM室有效时间窗口内,脉冲激励波形与脉冲场测试波形基本一致。     

3 mm圆锥喇叭聚焦天线的理论与仿真

介绍了基于传统光路法的聚焦透镜的设计方法。利用电磁仿真软件计算了透镜置于圆锥喇叭口的3 mm聚焦透镜天线的性能。根据圆锥喇叭最大方向系数及现有文献公式确定喇叭张角,仿真得到天线聚焦性能不够理想。然后仿真了张角12,20,30三种天线聚焦性能,其焦距随张角增大而增大,逐渐接近所设计焦距。从而验证了光路法需电磁波长相对喇叭口径足够小的结论。给出了喇叭张角12,20,30三种天线焦平面上电场分布。喇叭张角30天线焦斑小于2倍波长。     

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。     

基于小波分析的高斯脉冲成形的递归实现

基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形滤波器,可以进一步表示为高斯函数及其导数的线性组合.以高斯函数及其导数的递归近似实现算法为基础,研究了基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形的递归近似实现算法.仿真指数衰减信号和实际采样指数衰减信号的高斯脉冲成形表明,递归近似高斯脉冲成形与直接卷积高斯脉冲成形符合得非常好,体现了基于小波分析的高斯脉冲成形的特点.研究成果为进一步研究高斯脉冲成形在数字芯片上的实现提供了必要的数字算法基础. 关键词： 高斯脉冲成形 递归实现 小波分析     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

Ray theory for a locally layered random medium

We consider acoustic pulse propagation in inhomogeneous media over relatively long propagation distances. Our main objective is to characterize the spreading of the travelling pulse due to microscale variations in the medium parameters. The pulse is generated by a point source and the medium is modelled by a smooth three-dimensional background that is modulated by stratified random fluctuations. We refer to such media as locally layered .

We show that, when the pulse is observed relative to its random arrival time, it stabilizes to a shape determined by the slowly varying background convolved with a Gaussian. The width of the Gaussian and the random travel time are determined by the medium parameters along the ray connecting the source and the point of observation. The ray is determined by high-frequency asymptotics (geometrical optics). If we observe the pulse in a deterministic frame moving with the effective slowness , it does not stabilize and its mean is broader because of the random component of the travel time. The analysis of this phenomenon involves the asymptotic solution of partial differential equations with randomly varying coefficients and is based on a new representation of the field in terms of generalized plane waves that travel in opposite directions relative to the layering.     

Mutual influence of the spectral components of perturbations on the modulation instability frequency interval in a cubic nonlinear medium

The influence of the shape of a Gaussian pulse propagating in a cubic nonlinear medium on the development of its modulation instability is analyzed, taking into account the time dispersion of the nonlinear response as well. Analytical dependences of the frequency interval of the perturbation development on the dispersion of the nonlinear response, the pulse duration, and the number of simultaneously acting perturbations, which affect each other due to the inhomogeneous pulse shape, are obtained. It is shown that, with increasing dispersion of nonlinear response, the frequency interval of the instability development initially narrows and then expands. Qualitative agreement between the analytical dependences and the results of computer simulation is demonstrated. The frequency interval of the modulation instability development in a medium without the nonlinear response dispersion that was previously determined by different authors under the assumption of “long” pulses is found to coincide with that obtained in this study for the Gaussian pulse under the assumption of the simultaneous action of a large number of perturbations.     

基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形

基于小波分析技术实现了指数衰减信号的高斯脉冲成形,高斯脉冲成形信号的峰幅度和峰位置分别表征了辐射粒子的能量信息和辐射事件发生的时间信息.仿真信号和实际采样信号的实验结果显示,指数衰减信号被成形为真正的高斯信号;这表明,基于小波分析的高斯脉冲成形技术是有效的,为进一步研究高斯脉冲成形的数字实现算法提供了必要的理论基础. 关键词： 指数衰减信号 高斯脉冲成形 小波分析     

高斯脉冲在半导体光放大器中传输的解析表征

采用解析方法,在考虑材料损耗和色散的情况下,详细研究了无啁啾高斯脉冲和啁啾高斯脉冲在半导体光放大器中传输的物理过程,分析了强度增益、脉冲宽度和频率啁啾与线宽增强因子、色散系数、小信号增益特征参数及初始啁啾之间的关系。结果表明:当输入变换极限的高斯脉冲时,色散会引起增益压缩,脉冲展宽和频率啁啾;同样情况下,线宽增强因子越大,脉宽加宽越明显,输出脉冲啁啾越大,且随着线宽增强因子的增大,输出脉冲啁啾极大值向特征参数值较小的一边移动。当输入啁啾高斯脉冲时,初始脉冲啁啾越大,增益压缩越明显,啁啾系数为正时,脉冲单纯展宽,输出啁啾随特征参数的增大而逐渐减小,啁啾系数为负时,初始啁啾与群速度色散导致的啁啾相互竞争,致使脉冲先被压缩后被展宽;脉冲最窄处对应的特征参数随线宽增强因子的增大而先增大后减小,输出啁啾随特征参数的增大而经历振荡后趋于平稳。     

UWB monocycle pulse generation based on optical cross-polarization modulation

A novel all-optical method for ultra-wideband （UWB） monocycle pulses generation based on cross polarization modulation （CPM） effect in highly nonlinear photonic crystal fiber is proposed and demonstrated. Due to the CPM effect between the probe light and the pump pulse, a pair of polarity-reversed Gaussian pulses is produced. After proper differential delay, an UWB monocycle pulse with 84-ps width and the fractional bandwidth of 153% is generated after photodetection.     

基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量

为提高脉冲星辐射脉冲到达时间的测量精度,提出了基于双谱的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量算法.理论上,双谱可以完全抑制加性高斯白噪声.通过进行自双谱与互双谱的比对及求解极值点,推导出时间延迟测量公式.实验结果表明,基于双谱的时间延迟测量算法可以有效抑制高斯白噪声,当累积脉冲轮廓观测值存在噪声项时,基于双谱的累积脉冲轮廓时间延迟测量精度优于泰勒提出的功率谱算法. 关键词： 脉冲星 脉冲到达时间 累积脉冲轮廓时间延迟 双谱     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化.获得了负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输.自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移.内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处.