短螺旋-圆锥喇叭天线设计与分析

分析设计了一种适用于高功率阵列天线辐射单元的短螺旋-圆锥喇叭天线。数值模拟分析了不同单元间距下的短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦大小,并与短螺旋天线的互耦大小进行比较,结果表明：当单元间距等于0.9λ时,短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦与短螺旋天线相当;当单元间距小于0.9λ时,短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦比短螺旋天线略大;而当单元间距大于0.9λ时,短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦较短螺旋天线小。在此基础上,设计了口径大小为1λ、可用于阵列天线组阵的短螺旋-圆锥喇叭天线。该天线的方向性系数与同等口面下的短螺旋天线相比提高了1 dB,副瓣电平降低了约7 dB,互耦系数降低了约3 dB,一定程度地减小了单元之间的互耦。     

TE1n /TM1n激励圆锥喇叭辐射功率测量方法

研究了TE1n /TM1n模式激励的圆形口径喇叭天线的辐射场特征,导出了根据辐射场计算天线辐射总功率的方法:通过测定天线E面和H面的辐射场功率密度分布,分别进行球冠积分,其平均值即为天线的辐射总功率;并进行了数值仿真验证。分析了测量角度范围和测量点数目对测量功率的影响,提出了通过数据拟合来降低测量误差的一种方法;给出了测量角度范围和测量点数的选取原则,功率测量可在15 dB或18 dB波束宽度范围内进行,测量点数一般选15个左右。     

TE1n /TM1n激励圆锥喇叭辐射功率测量方法

研究了TE1n /TM1n模式激励的圆形口径喇叭天线的辐射场特征,导出了根据辐射场计算天线辐射总功率的方法：通过测定天线E面和H面的辐射场功率密度分布,分别进行球冠积分,其平均值即为天线的辐射总功率;并进行了数值仿真验证。分析了测量角度范围和测量点数目对测量功率的影响,提出了通过数据拟合来降低测量误差的一种方法;给出了测量角度范围和测量点数的选取原则,功率测量可在15 dB或18 dB波束宽度范围内进行,测量点数一般选15个左右。     

高功率平板波导螺旋阵列天线设计

提出了一种工作在C波段的高功率平板波导螺旋阵列天线。以平板波导馈电,降低了馈电复杂性和馈电结构高度;对基本的电探针结构进行改进,通过控制扇形缝隙的圆心角大小来调整耦合量,并采用上下脊结构消除反射;设计了短螺旋天线结构,通过分离的参数分别优化轴比和反射,得到天线的轴比在−7°～7°的范围内小于0.5 dB;构建了一个20单元的直线馈电阵列,通过电探针结构从平板波导中耦合能量,实现了20单元的等幅馈电。最后仿真了一个工作在4.3 GHz,包含20×20个单元的螺旋阵列天线,结果表明：该天线的增益为31.6 dB,口径效率为74%,在4.11～4.43 GHz的频带范围内反射小于−16 dB,功率容量3.6 GW。     

三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的设计与实验研究

 介绍了三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的工作原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线,并对此阵列天线进行了实验研究。实验结果表明：阵列天线在中心频率4.0 GHz 下,增益为15.3 dB,轴向轴比值1.58,驻波比为1.3,口径效率为86%;在3.8～4.2 GHz的频率范围内可实现圆极化定向辐射,增益大于14.9 dB,轴比值小于1.7,驻波比小于1.6。     

三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的设计与实验研究

介绍了三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的工作原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线,并对此阵列天线进行了实验研究。实验结果表明：阵列天线在中心频率4.0 GHz 下,增益为15.3 dB,轴向轴比值1.58,驻波比为1.3,口径效率为86%;在3.8～4.2 GHz的频率范围内可实现圆极化定向辐射,增益大于14.9 dB,轴比值小于1.7,驻波比小于1.6。     

C波段单层16单元矩形径向线螺旋阵列天线实验研究

 介绍了C波段单层16单元矩形径向线螺旋阵列天线的模拟优化结果,对按照优化结构尺寸加工的天线模型进行了实验研究。在实验中,利用设计的用于连接标准接口和耦合输入口的阻抗变换器,采用标准线极化天线比较法对阵列天线辐射特性进行了测试。实验结果表明：在3.8～4.2 GHz的频率范围内天线增益大于17 dB,口径效率大于74%,天线轴比小于 1.3 dB,驻波系数小于1.2,与数值计算结果基本一致。     

高功率双层径向线螺旋阵列天线实验研究

 介绍了高功率双层径向线螺旋阵列天线的模拟优化结果,对按照优化结构尺寸加工的阵列天线进行了实验研究。在实验中,设计了用于连接标准接口和天线输入口的阻抗变换器,对阵列天线辐射特性的测量采用了标准线极化天线比较法。实验结果表明：在3.8～4.2 GHz的频率范围内天线增益大于19.7 dB,口径效率大于42%,天线轴比小于4 dB,驻波系数小于1.6;实验结果与数值计算结果基本一致。     

高功率双层径向线螺旋阵列天线实验研究

介绍了高功率双层径向线螺旋阵列天线的模拟优化结果,对按照优化结构尺寸加工的阵列天线进行了实验研究。在实验中,设计了用于连接标准接口和天线输入口的阻抗变换器,对阵列天线辐射特性的测量采用了标准线极化天线比较法。实验结果表明：在3.8～4.2 GHz的频率范围内天线增益大于19.7 dB,口径效率大于42%,天线轴比小于4 dB,驻波系数小于1.6;实验结果与数值计算结果基本一致。     

36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线功率容量

对36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线的功率容量进行了研究。讨论了真空状态下的微波击穿和真空与大气交界面的微波击穿,以这两种状态下的击穿阈值为依据,论证了阵列天线实现1 GW高功率微波辐射的可行性。采用有限元软件数值模拟了中心频率为4.0 GHz的阵列天线的功率容量,给出了模拟结果并分析了功率容量降低的原因;提出了提高阵列天线功率容量的技术途径。结果表明：改进的高功率双层径向线螺旋阵列天线可以实现1 GW高功率微波的发射。     

X波段高功率微波选模定向耦合器

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势,提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务,使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量,然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式,设计了一种在线选模定向耦合器,进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时,模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB,在400 MHz带宽内定向性大于35 dB,对TM02模的抑制度大于15 dB,功率容量可达到3 GW以上。     

X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计

为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明：该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。     

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。     

24 GHz宽波束阵列天线的设计

利用Rogers 5880为介质材料设计了一款应用于车载防撞雷达前端的圆极化微带阵列天线,该阵列天线采用直线阵结构,运用了多个四分之一波长阻抗变换器实现了阻抗匹配。仿真和测试结果表明: 该阵列天线的阻抗带宽(S₁₁ < -10 dB)为23.45~25.65 GHz,最大增益为15.54 dB;轴比带宽24.56~25 GHz,轴比最小为1.25 dB;第一副瓣电平小于-20 dB,E面半功率波瓣宽度为10°,H面波瓣宽度为75°,其尺寸为70.94 mm×14.72 mm×0.508 mm。该天线具有高增益、低副瓣、体积小、性能稳定等优点,在汽车防撞雷达系统中有广阔的应用前景。     

VLASOV天线的研究

 使用频域矩量法(MM)和时域有限差分方法(FDTD)对VLASOV天线进行了系统研究。通过数值模拟：对VLASOV天线中的模式转换及其辐射过程进行有了清晰的物理描述；对VLASOV天线进行了参数化研究；并为实验提供了加工原型，实测结果与模拟结果吻合良好。在此基础上，结合VLASOV天线在高功率微波系统中的应用提出了一种新的设计方案。该方案实现了天线与天线罩的一体化设计，使辐射波束实现了较好的圆对称性，天线增益提高6dB，第一副瓣电平下降13dB。     

高功率椭圆形柱面介质透镜天线阵的设计

设计了一种椭圆形柱面透镜天线阵列。为改善天线的辐射性能,考虑到高功率应用中的高压击穿问题,提出在横截面为椭圆形组合矩形的天线罩内填充变压器油的方法,并将三元刀型天线阵列密封其内,形成介质透镜天线阵。利用椭圆的几何聚焦能力和介质的缩波效应,提高天线阵列的主瓣增益,并增加天线阵列的电尺寸。通过调整天线阵列的单元间距,相较于不加透镜的阵列结构,该结构的轴向远场电压峰峰值增加41%,远场辐射波束宽度变窄,前后比也得到改善,且增益提高了4.96 dB,功率容量提高338倍,达9.63 GW。     

X波段高功率微波选模定向耦合器

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势,提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务,使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量,然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式,设计了一种在线选模定向耦合器,进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时,模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB,在400 MHz带宽内定向性大于35 dB,对TM02模的抑制度大于15 dB,功率容量可达到3 GW以上。