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%。     

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。     

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。     

超宽带电磁脉冲与地雷耦合的数值模拟

 用数值方法研究了超宽带电磁脉冲与地雷耦合问题。验证了截断有耗边界的完全匹配层方法，给出了超宽带信号经天线发射后在不同距离处的辐射场。通过数值模拟，给出了不同作用距离和作用角条件下地雷体内的耦合电磁场。     

超宽带TEM天线的数值模拟

用数值方法研究了超宽带电磁脉冲源经同轴型传输线输出到TEM天线上的发射问题。TEM喇叭天线的前端是平行板传输线。用时域有限差分方法模拟了超宽带电磁脉冲在平行板传输线和TEM波喇叭中的传输,给出了天线的输入阻抗和电压驻波比随频率的变化关系、天线的辐射场分布以及天线辐射的能量方向图等。     

超宽带TEM天线的数值模拟

 用数值方法研究了超宽带电磁脉冲源经同轴型传输线输出到TEM天线上的发射问题。TEM喇叭天线的前端是平行板传输线。用时域有限差分方法模拟了超宽带电磁脉冲在平行板传输线和TEM波喇叭中的传输,给出了天线的输入阻抗和电压驻波比随频率的变化关系、天线的辐射场分布以及天线辐射的能量方向图等。     

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。     

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。     

Design and Simulation of a Wide-Beam High-Power Parabolic Antenna with Dual-Source

For resolving the essential problem that the beam is too narrow in the application of the high-power UWB (Ultra-Wideband) antenna with single-source, a novel wide-beam high-power parabolic antenna with dual-source has been designed, and the edge of the paraboloid was cut in order to reduce the size of the antenna. Radiation properties of this proposed antenna are studied with finite-difference time-domain (FDTD) numerical method. The radiation properties of the proposed antenna can be improved by changing the structure of the parabolic antenna and adjusting the angle between the source and the axis of the antenna. The result shows that the beam-width has been improved significantly under the precondition of maintaining the peak power, and also the size of the antenna was minished by cutting the edge of the paraboloid.     

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.     

Dual-beam-reflection phenomenon due to leaky modes in a photonic band gap

We show a dual-beam-reflection phenomenon for a Gaussian beam illuminating a hybrid structure of a dielectric waveguide and photonic crystal (WG-PC) inside the photonic band gap by numerical simulations. One reflection beam has a giant negative lateral shift, but the other has a positive lateral shift. The finite-difference time-domain (FDTD) simulations show that this phenomenon has a time delay effect and comes from the leaky surface mode of the hybrid structure. Field profile of the leaky mode demonstrates a strong localized stationary field in the higher dielectric medium. Furthermore, the maximum lateral shift is almost two times of the waist of the incident beam.     

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。     

Ground-penetrating radar for soil and underground pipelines using the forward modeling simulation method

Ground-penetrating radar was simulated using the FDTD method with uniaxial anisotropic perfectly matched layers as absorbing boundary conditions. To study underground pipeline detection, the electromagnetic response properties of underground pipelines, under known soil conditions, were determined. Pipelines at different depths and with different diameters and different compositions were simulated and researched for their response. The simulation results were consistent with research and analysis, i.e., the deviation was in an acceptable range. This research is of great value to guide the detection of pipelines in cities and to explain the detection of materials underground.     

圆波导斜劈辐射天线的实验研究

为了使三腔渡越管振荡器高功率微波源的输出具有单向波束及线极化的辐射特性,设计了圆波导斜劈结构的伏拉索夫型天线。着重进行实验研究,给出了具体设计时应该考虑的因素以及实验情况。通过对圆波导前端模式变换器的同轴内导体长度的调节和鼻锥形状的选择以及各个部分的仔细分析,最后获得了较好的结果,证明了该天线的实用性和可靠性。     

圆波导斜劈辐射天线的实验研究

 为了使三腔渡越管振荡器高功率微波源的输出具有单向波束及线极化的辐射特性，设计了圆波导斜劈结构的伏拉索夫型天线。着重进行实验研究，给出了具体设计时应该考虑的因素以及实验情况。通过对圆波导前端模式变换器的同轴内导体长度的调节和鼻锥形状的选择以及各个部分的仔细分析，最后获得了较好的结果，证明了该天线的实用性和可靠性。     

高功率楔形介质填充天线设计

 针对高功率超宽带天线应用中的绝缘性及方向性等关键问题,设计了一种基于TEM喇叭天线形式的楔形介质填充天线,并利用时域有限差分数值方法分析了这种新型介质填充天线的辐射性能。数值模拟与测试结果表明,所设计的这种楔形介质填充天线不仅可以满足高功率天线的绝缘性要求,而且在主轴方向上具有较强的辐射场。     

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。     

光子晶体Vlasov天线辐射特性研究

 通过在Vlasov天线口径上加装金属面,再在金属面上环绕天线口径排布金属圆柱构成光子晶体,设计出一种新型的光子晶体Vlasov天线。数值仿真及实验结果均表明,光子晶体的带隙特性改善了天线的辐射特性,使得E面上的最大增益在工作频段内平均提高了2.43 dB。