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50 的同轴传输线向特性阻抗为200 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%。     

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960 ps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15 GW。     

超宽带Cassegrain双反射面天线研究

为了减小馈线损耗和方便天线旋转,设计了超宽带Cassegrain双反射面天线系统。采用FEKO数值模拟软件在0.2~1.5 GHz频率范围内模拟了不同副反射面直径的4.5 m双反射面天线(焦径比为0.4)的辐射增益,并与相同口径和焦径比的前馈式反射面天线进行了比较。模拟结果表明:当双曲副反射面直径为70 cm,焦距为22.5 cm时,在0.2~1.0 GHz频率范围内,双反射面天线增益比前馈式抛物面天线高1～2 dB;在1.1～1.5 GHz频率范围内,双反射面天线增益比前馈式抛物面天线小1～2 dB。选择直径为70 cm、焦距为22.5 cm的双曲副面与TEM喇叭和4.5 m抛物面组成双反射面天线系统,分别用960 ps和3 ns脉宽的单极脉冲源对天线进行了实验研究。实验结果表明:用960 ps和3 ns脉宽的单极脉冲激励,Cassegrain双反射面天线在70 m轴上远场辐射场波形峰峰值分别为前馈式反射面天线的158%和162%。     

超宽带Cassegrain双反射面天线研究

 为了减小馈线损耗和方便天线旋转,设计了超宽带Cassegrain双反射面天线系统。采用FEKO数值模拟软件在0.2~1.5 GHz频率范围内模拟了不同副反射面直径的4.5 m双反射面天线(焦径比为0.4)的辐射增益,并与相同口径和焦径比的前馈式反射面天线进行了比较。模拟结果表明:当双曲副反射面直径为70 cm,焦距为22.5 cm时,在0.2~1.0 GHz频率范围内,双反射面天线增益比前馈式抛物面天线高1～2 dB;在1.1～1.5 GHz频率范围内,双反射面天线增益比前馈式抛物面天线小1～2 dB。选择直径为70 cm、焦距为22.5 cm的双曲副面与TEM喇叭和4.5 m抛物面组成双反射面天线系统,分别用960 ps和3 ns脉宽的单极脉冲源对天线进行了实验研究。实验结果表明:用960 ps和3 ns脉宽的单极脉冲激励,Cassegrain双反射面天线在70 m轴上远场辐射场波形峰峰值分别为前馈式反射面天线的158%和162%。     

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。     

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。     

传输线变压器匹配和响应特性的实验研究

针对传统变压器的局限,提出采用柔韧性好的同轴电缆和高导磁率的铁基非晶磁性材料绕制的1∶4阻抗变换的传输线变压器（TLTs）作为输出变换装置,并进行相关的实验研究。根据传输线理论及波的折反射分析了实际工程中的最佳匹配条件以及实际情况中阻抗失配引起的波形畸变;给出了磁芯材料对脉冲的响应分析。实验结果表明：TLTs对输出脉冲的响应良好,改善了波形前沿,减小了能量损耗,且与理论值具有较好的一致性。     

传输线变压器匹配和响应特性的实验研究

针对传统变压器的局限,提出采用柔韧性好的同轴电缆和高导磁率的铁基非晶磁性材料绕制的1∶4阻抗变换的传输线变压器（TLTs）作为输出变换装置,并进行相关的实验研究。根据传输线理论及波的折反射分析了实际工程中的最佳匹配条件以及实际情况中阻抗失配引起的波形畸变;给出了磁芯材料对脉冲的响应分析。实验结果表明:TLTs对输出脉冲的响应良好,改善了波形前沿,减小了能量损耗,且与理论值具有较好的一致性。     

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。     

分布式阻抗末端加载的TEM喇叭天线设计

基于功率容量和口径匹配扩展低频工作带宽两方面的考虑,设计了一种具有分布式阻抗末端加载结构的超宽带TEM喇叭天线。首先,对渐变式同轴-平板的巴伦结构进行了优化设计,扩展了馈电结构的工作带宽,提高了馈电效率;其次,对指数型TEM喇叭天线末端进行了分布式阻抗的匹配设计,其端口特性和辐射特性均得到了明显改善,并采用功率方向图和能量方向图对天线的辐射效果进行评估。实验结果表明,相对于指数型TEM喇叭天线,加载分布式阻抗匹配末端结构后,天线低频带宽展宽了330 MHz,天线主轴辐射电场峰峰值提高了10%,馈电效率提高了17%。     

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。     

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。     

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。     

64单元矩形径向线阵列天线馈电网络的设计

提出并设计了一种新型耦合探针,研究表明,该探针能有效地扩大耦合调节范围,并基于此探针,研究了中心频率为2.1 GHz的64单元矩形径向线天线阵馈电网络,并进行了优化设计。模拟结果表明:该口径为744 mm×744 mm的馈电网络在中心频率处能达到64路近似等幅馈电,中心频率处的反射系数小于0.1,在2.05～2.15 GHz的频带范围内,反射系数小于0.2。     

92单元三角栅格径向线子阵馈电系统的设计和实验研究

以探索更多单元数的三角形栅格径向线子阵馈电系统为目的,对92单元子阵馈电系统进行了研究,提出了一种新型耦合探针,以满足馈电系统对耦合量及幅频特性的要求。对馈电系统微波能量不均匀分布引起的探针难以实现耦合量的等幅输出问题进行了分析,并给出了相应的解决方案。实验测试结果表明：馈电系统在中心频率2.856 GHz处,驻波系数为1.1,各探针耦合量实现了近似等幅馈电;在2.76~2.92 GHz带宽范围内,驻波系数小于1.5,各输出端口的幅频特性一致性较好。实验测试结果与仿真设计结果基本相符。     

双微波源共轴辐射馈线结构的设计

设计了一种将两个不同波段微波源输出微波馈向同一个馈源喇叭的双波段馈线结构。该结构不仅对两个微波源输出的TM01模进行了有效的模式转换,而且实现了两个波段的微波共用辐射天线。采用双弯曲圆波导模式转换器实现高频段微波源输出微波的模式转换和轴线的定量平移;采用中间模式为矩形波导TE10模的圆波导TM01模-同轴波导TE11模的模式转换器,实现低频段微波源输出微波的模式转换及与高频段微波源输出微波的共轴输出。数值仿真结果验证了设计思路的正确性。