TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线性能比较

在反射面尺寸一定的情况下,优化设计了 TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线,并对比了两种天线的辐射性能。分析了反射面型脉冲辐射天线的工作机理,通过准静态近似,分别得到了两种天线的远区辐射场解析解。通过理论求解,得到了两种馈源在反射面口径造成的场分布,为天线结构设计提供参考。通过分析不同脉冲宽度时两种天线的辐射情况,比较了这两种馈源性能的优劣。完成了上述两种GW级高功率高效率馈源的研制,并开展了对比实验,实验结果与理论分析相吻合。     

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。     

高功率超宽带馈源设计与实验

针对大型抛物反射面天线中的高功率超宽带馈源, 提出一种恒阻抗不平衡-平衡转换结构(巴伦)加切比雪夫渐变线TEM喇叭的馈源设计方法, 采用数值模拟研究了其阻抗特性、传输特性与辐射特性, 并进行了测试实验。结果表明:该种馈源结构在较小的体积下具有低反射、高带宽和高馈电效率的优点。该馈源已成功应用于大型高功率抛物反射面天线。     

超宽带天线辐射中心的时域测量方法

 采用时域方法测量超宽带天线的辐射中心时,找出一个参考点,使天线以此点为中心的辐射波在辐射主轴某一范围内的波形时延最小,该参考点即为天线的辐射中心。该方法无需考虑馈入脉冲的频率,仅需观察天线辐射场各方向的波形时延。用时域测量方法测量了超宽带TEM喇叭天线的辐射中心,并用TEM喇叭做为馈源的抛物反射面天线进行了验证,结果证明了该方法的可行性与准确性。     

物理光学法分析反射面天线辐射场

利用物理光学方法分析天线的远区辐射场具有计算速度快和内存需求少的特点,目前已被广泛应用于反射面天线的远区辐射场计算中。推导了利用斯特拉顿-朱兰成远场积分方程计算天线远区电场的表达式,计算了某一偏馈反射面天线的方向性,与文献中已有结果比较表明,方向图结果是正确的。馈源的方向图模型设置为余弦函数的q次方,利用增益公式近似推导了天线的增益,将这一计算方法应用于赋形反射面天线的远场分析中,通过对比反射面天线赋形前后波束扫描过程中不同扫描角度处的方向图,验证了赋形设计对于提高天线增益平坦度的有效性。     

口径天线冲激脉冲辐射场方向性的时域分析

为分析口径天线辐射场方向性,在计算等效面磁流的同时,引入等效面电流的作用,对辐射远场方向性进行了修正,解析公式更适合描述自由空间中口径天线的辐射场;在时间域对冲激脉冲口径辐射场方向性进行分析,得到以下结论:馈入脉冲宽度变宽、口径尺寸减小、口径场幅度锥削分布,以及球面波前均会降低辐射场方向性;辐射场存在时域波形延拓现象,即存在空间色散问题;球面波使口径辐射场方向性迅速恶化,在远区得到一个主轴附近峰值场强相对平坦,而在一定角度峰值场强迅速下降的场。     

2.5维模拟中时域有限差分近-远场变换方法

 为进行从高功率微波源到天线辐射整个系统的2.5维模拟,在近场模拟的基础上对2.5维模拟中时域有限差分(FDTD)的近-远场变换方法进行了研究。先将2.5维近场模拟区的输出边界绕对称轴旋转一周,得到封闭的3维圆柱面;然后根据等效原理由该封闭面上的FDTD近场求得等效电磁流;再根据自由空间中电流及磁流的时域辐射场公式计算出电磁流的远区辐射场。给出了2.5维模拟中TM01模式及TE01模式激励下圆锥喇叭远区辐射算例,所得计算结果与3维全电磁模拟软件CST的计算结果符合较好。     

基于TEM喇叭的辐射波模拟器天线的近场特性

 给出一种新型核电磁脉冲辐射波模拟器天线，并用时域有限差分方法分析和优化天线的结构。天线的激励源是由同轴线馈入的强电压脉冲。优化了平行板传输线和TEM喇叭的尺寸，并对天线的近场进行分析，给出了天线尺寸对近场特性的影响。数值模拟结果表明，在距离天线口径100m处的电场强度可达20kV/m。     

阵馈抛物柱面天线合成超宽带高功率微波

在时域推导了超宽带脉冲空间功率合成的条件,得到了多路脉冲信号在极化方向相同,幅度、波形一致的条件下,可实现最大化功率输出的结论。基于此提出了一种阵馈的抛物柱反射面天线。采用10喇叭单元叠状排列形成一维馈源阵列放置于焦线上,照射抛物柱反射面后形成相干脉冲,在主轴方向合成超宽带高功率微波波束。仿真结果表明,该阵馈天线较最优口径的单馈源天线,远场辐射功率密度提高了87倍以上,且波束宽度由66°减为8°,实现了超宽带高功率微波的高效空间功率合成。     

并联介质加载偶极天线脉冲辐射特性的研究

应用FDTD方法和PML技术，对馈电区一侧放置介质块的电阻加载偶极天线的时域辐射特性进行了研究，发现这种天线具有良好的方向性.分析了加载介质块的尺寸和介电常数对脉冲辐射特性的影响，给出了能够产生良好方向性而且辐射效率又不至于很低的天线结构参数.并联介质加载脉冲天线的低轮廓特点使其容易与电路集成，非常适用于UWB这样的超宽带无线通信系统. 关键词： 脉冲天线 辐射特性 介质加载 时域有限差分方法     

大型垂直极化EMP辐射波模拟器时域辐射近场的快速预估

将二维轴对称柱坐标系中基于MPI平台的并行FDTD （MPI-FDTD）方法与基于基尔霍夫表面积分表达式（KSIR）的场变换相结合，实现"MPI-FDTD+MPI-KSIR"的混合并行技术，并应用于无电阻加载的大型垂直极化电磁脉冲（EMP）辐射波模拟器时域辐射近场的快速预估.验证算例所得辐射近场不仅与商用软件及并行FDTD的整体模拟符合很好，且与并行FDTD整体模拟相比可以节约80%的计算时间.给出并行加速比和并行效率的测试结果.该方法可用于其它大型垂直极化EMP辐射波模拟器时域辐射近场和辐射远场的快速预估.     

Numerical Analysis of Electromagnetic Fields in Multiscale Model

Modeling technique for electromagnetic fields excited by antennas is an important topic in computational electromagnetics, which is concerned with the numerical solution of Maxwell's equations. In this paper, a novel hybrid technique that combines method of moments(MoM) with finite-difference time-domain(FDTD) method is presented to handle the problem. This approach employed Huygen's principle to realize the hybridization of the two classical numerical algorithms. For wideband electromagnetic data, the interpolation scheme is used in the MoM based on the dyadic Green's function. On the other hand, with the help of equivalence principle, the scattered electric and magnetic fields on the Huygen's surface calculated by MoM are taken as the sources for FDTD. Therefore, the electromagnetic fields in the environment can be obtained by employing finite-difference time-domain method. Finally, numerical results show the validity of the proposed technique by analyzing two canonical samples.     

垂直极化平行板有界波电磁脉冲模拟器辐射近场的快速估算方法

为快速估算出垂直极化平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器的时域近场,将散射传递函数法应用于该类型模拟器近场的时域计算中,即对于给定的脉冲源,先寻找有效频谱范围能覆盖该源的高斯脉冲源,并应用时域有限差分(FDTD)方法计算该高斯脉冲源激励时模拟器中测试点场的时域响应,再利用傅里叶变换、系统的传递函数及傅里叶逆变换计算得到给定脉冲源激励时各测试点场的瞬态响应。所得计算结果与直接使用给定脉冲源激励时FDTD方法的计算结果符合较好。所述方法可用于同一模拟器在不同脉冲源激励时辐射近场的快速估算,能大大减少FDTD模拟计算的次数,尤其对于中大型模拟器能有效减少计算时间和内存。     

阵列馈源偏置抛物面天线合成高功率微波的研究

 运用物理光学分析方法，对使用7单元的扇形喇叭一维阵列和角锥喇叭或圆锥喇叭三角形阵列喇叭束作为单偏置抛物面天线的馈源，空间合成高功率微波进行了比较研究，数值分析表明在阵元输入功率、口面最大场强、天线口径、净空间及天线边缘照度相同,且阵列馈源具有准轴对称主瓣条件下，扇形喇叭构成的一维阵列馈源与单偏置抛物面组成的天线系统的方向性系数和溢出效率优于采用角锥喇叭三角形阵列馈源或圆锥喇叭三角形阵列馈源的天线系统。若将喇叭束直接作为辐射天线使用，由于圆锥喇叭三角形阵列方向性系数对阵元间相位波动的稳定性较好，而更具优势。     

A High-Power Reflector Impulse Antenna with Dual-Tem Source

There are different demands on radiation efficiency and direction pattern according to various ultra-wideband (UWB) antennas and high power applications. To obtain more radiating gain on bore-sight of paraboloidal reflector and centralized radiating direction, a novel feeding structure called dual-TEM source has been designed and applied in half-paraboloidal reflector impulse radiating antenna (IRA) applications. Simulation results proved that this proposed half-paraboloidal reflector IRA with dual-TEM source provided greater radiation performance on bore-sight as a result of the synthesized power in the aperture space of paraboloid. Moreover, lots of simulation work and comparison have been done in different feeding models to summarize a relative optimal feeding structure.     

10 nm Spatial Resolution Fluorescence Imaging of Single Molecules by Near-Field Scanning Optical Microscopy Using a Tiny Aperture Probe

We demonstrate high-resolution fluorescence imaging of single molecules using near-field scanning optical microscopy (NSOM) with a tiny aperture probe for two different wavelengths in visible range in the illumination mode of operation. The spatial resolutions obtained at both excitation wavelengths were almost the same and the highest resolution realized was about 10 nm. To discuss the achievable resolution in aperture NSOM, we also employed a computer simulation by the finite-difference time-domain method for various aperture sizes and wavelengths. The resolution of 10 nm is predicted to be contributed by the single peak of localized near-field light around the rim of the aperture.