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。     

电磁带隙微带天线馈源阵设计

 针对阵列天线在大反射面馈电中的应用,设计一种基于电磁带隙（EBG）结构的馈源阵列。在深入研究EBG结构带隙特性的基础上,制作一个基于EBG结构的六边形7元微带天线阵,并对其性能进行了实测和分析。结果表明：EBG结构可以有效抑制天线阵元之间的互耦,改善天线匹配及圆极化特性;基于EBG结构的六边形馈源阵列较无EBG结构性能有较大提高,适用作反射面天线的焦平面馈电阵。     

超宽带双脉冲辐射天线

研究了一种高功率超宽带双脉冲辐射天线,其设计思想为:辐射天线辐射两路不同脉宽的超宽谱电磁脉冲,且两路脉冲在时间上有一定延时,从而达到拓宽辐射场频谱宽度的目的。设计了一种采用三馈源的半抛物反射面超宽带天线,并对其进行了数值模拟与实验研究。采用短时傅里叶变换对辐射组合脉冲进行了联合时频分析,结果表明该天线能有效辐射双路不同脉宽的超宽谱脉冲,双脉冲辐射场的频谱宽度比单脉冲辐射场有了明显的拓宽,验证了采用双脉冲辐射是拓宽辐射场频谱的有效方法。     

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。     

运用模匹配法设计高功率高效率多模馈源

 在高功率微波天线系统中,要求馈源具有高功率容量和良好的辐射特性,内壁光滑的变张角结构多模馈源能够满足这一要求。在单级模匹配理论的基础上,给出了多个突变结构级联S参数矩阵的实现方法,并编制了数值计算程序。运用程序分析了各种不同结构光壁喇叭馈源,得到了其中各个模式之间的耦合关系及其口面辐射特性的变化。在大量计算的基础上,得到了Φ400 mm口面直径的高功率高效率多模馈源设计方案,理论功率容量大于1.5 GW,同时具有良好的轴对称辐射特性。实验与理论分析结果具有良好的一致性。     

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。     

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。     

大型双反射面天线近轴区辐射FDTD-TDPO模拟

针对大型双反射面天线尺寸过大、使用单一的时域方法无法单独模拟其远区辐射特性,以及使用单一的高频近似技术无法给出准确结果的局限,给出了用于大型双反射面天线时域辐射模拟的并行时域有限差分(PFDTD)-并行时域物理光学(PTDPO)混合方法。先创建两个用于并行计算的进程组,一个用于PFDTD计算,另一个用于PTDPO计算; 再根据PFDTD方法计算出双反射面天线馈源的近磁场,同时根据这些磁场使用基尔霍夫表面积分表达式(KSIR)并行计算出次反射面上及其附近的磁场,再使用KSIR并行计算出主反射面上的磁场; 最后使用PTDPO方法计算出双反射面天线的远区辐射场的瞬态响应。同时,还给出主反射面口径为40个波长的Cassegrain双反射面天线的算例,并对馈源相同而口径尺寸不同的双反射面天线进行近轴区的时域辐射模拟。     

高功率超宽谱双反射面天线优化设计与实验

对高功率超宽谱双反射面天线系统进行了优化改进设计,兼顾辐射性能、馈入反射和功率容量。采用沿能流线设计的粗胖实体结构代替板状TEM喇叭极板结构,增加低频电流的回流通道,从而改善天线馈入反射特性。将副反射面设计为尼龙箱体内、外两部分,使其与尼龙箱体之间的连接螺钉不再突出于高压电场中,优化后最大场强下降了约70%,功率容量达到59 GW,通过Taguchi优化算法对组合馈源喇叭结构进行整体优化,天线辐射因子rE(辐射场峰值与观测点距离乘积)提高了1.2倍。优化后的天线系统进行了高功率实验,实验结果表明:天线系统功率容量达到30 GW,辐射因子超过8 MV。     

基于超材料角反射面的高增益高效率双圆极化Fabry-Perot天线设计

基于射线跟踪模型,提出了一种超材料角反射面结构,实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升.首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析.然后,设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能.最后,对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试.结果表明,该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 d Bi和21.3 d Bi.相比馈源天线,增益分别提高了16.4 d B和16.3 d B.与传统Fabry-Perot天线相比,所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面,实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控.所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段,具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点,满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.     

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。     

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.     

线框馈电抛物反射面高功率电磁脉冲辐射天线

 研制了一种由高功率宽带模式转换结构、导电线框TEM喇叭馈电结构及抛物反射面构成的天线,用其辐射高功率亚纳秒电磁脉冲。时域测试表明,在半宽为700ps、峰值电压为200kV脉冲激励下,天线的主瓣宽度约为±3.8°,辐射效率约为37%。     

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。     

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。     

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%。     

带直角反射器的太赫兹等离子体-金属混合天线

为了满足可工作于太赫兹频段以及较好的方向性和高增益的需求,在等离子体天线的基础上提出了新型等离子体-金属混合八木天线,在其中将反射振子替换为夹直角反射板。根据等离子体天线及八木天线设计理论,设计了该天线的结构并初步确定了其结构参数。通过电磁仿真研究了不同天线-顶点间距情况下天线的回波损耗、增益、电压驻波比和辐射方向图,最终实现了结构参数优化。与不带反射板的天线的对比结果表明,该结构具有更高的增益与更优的前后比。