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。     

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。     

A multi-frequency circularly polarized metasurface antenna array based on quarter-mode substrate integrated waveguide for sub-6 applications

A miniaturized multi-frequency circularly polarized array is designed in this paper. The antenna array is composed of three independent sub-arrays employing modified quarter-mode substrate ntegrated aveguide (QMSIW) to achieve three circularly polarized frequency bands. By introducing strip-slot, the impedance bandwidth of the antenna array is broadened while the dimension is decreased by 75% to realize miniaturization. Meanwhile, metasurface causes the impedance bandwidth of the sub-array to be further enhanced. Moreover, the metal vias are employed in the antenna array design to further achieve miniaturization. The antenna array is manufactured and measured to verify the design. Both the measured and simulated results display that the array achieves the impedance bandwidths of 10%, 11.7%, and 14.8% and axial ratio bandwidths of 8.8%, 8.0%, and 8.5% at 2.5, 3.5, and 4.8 GHz, respectively. The gain is stable in the operating band within an uncertainty of 0.7 dBi. The whole dimension is 0.92λ×0.63λ×0.04λ, where λ₀ is the wavelength at the lowest resonant frequency. Furthermore, the simple structure and miniaturization provides great convenience in sub-6 applications.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

超宽带匹配馈电结构的设计与实验

设计研制了一种低阻抗传输线向高阻抗超宽带天线馈电的馈电结构,理想情况下,该馈电方法可实现特性阻抗为50Ω的同轴传输线向特性阻抗为200Ω的超宽带天线匹配馈电。分别用TEM喇叭天线和抛物反射面天线进行了实验验证,结果表明,与同轴线直接馈电相比,采用该匹配馈电结构后,TEM喇叭天线的辐射场强提高了15%,反射面天线的辐射场强提高了27%。