基于漏波波导X波段高功率微波天线的实验

在确定天线数值模型的基础上,结合高功率微波天线的真空需要与实验装置情况,设计并加工了X波段基于漏波波导的高功率微波天线,对该天线分别进行低功率和高功率条件下的性能指标测试。在低功率条件下天线测试结果表明:在9.6 GHz下天线增益为26.3 dBi,天线方向图与数值模拟结果一致。在SINUS881加速器上利用返波管进行了天线高功率测试,实验结果表明:天线功率容量大于200 MW,高功率测试方向图、低功率测试方向图和数值模拟取得较为一致的结果。     

小型L波段高功率微波辐射场测量系统接收天线

借鉴电-磁振子组合型天线结构,设计了一种基于同轴传输结构的小型L波段高功率微波(HPM)辐射场测量系统接收天线,解决了L波段传统波导型测量系统中接收天线体积大、使用不便的问题。通过仿真研究分析了天线结构尺寸与天线增益、驻波和方向图等特性参数之间的关系,优化设计了用于L波段HPM辐射场测量的接收天线结构,并对加工的天线实物进行了测试。结果表明:当天线口面尺寸与长度相等时,其边长与工作的中心频率对应波长存在着两倍的关系;选择边长为100mm可满足在1.2~1.8GHz频段内,天线驻波系数小于1.5,增益从2.8dB单调增大至6.1dB,方向图主瓣宽度大于70°,辐射主轴与天线几何主轴基本一致。     

L波段小型化同轴扩张型天线设计

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线。通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性:在1.3~1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi;天线最大辐射方向在物理结构轴向。基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致:工作频率从1.3~1.6 GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi;E面方向图主瓣宽度大于60,轴向轴比大于35 dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波测量天线低增益小型化要求。     

Design of a small-sized expanded coaxial line antenna at L-band

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线.通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性:在1.3～1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi；天线最大辐射方向在物理结构轴向.基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致:工作频率从1 3～1 6GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi；E面方向图主瓣宽度大于 60°,轴向轴比大于35dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波渊量天线低增益小型化要求.     

X波段高功率微波一维相扫漏波天线阵

研究了一种可一维相扫的X波段高功率微波漏波天线阵,该天线阵由高功率微波功分网络、移相器和漏波平面阵组成。漏波平面阵由8个矩波导漏波线阵组成,增益29.6dB,口面效率70%,设计功率容量0.91GW;功分器网络采用圆波导TM01-双矩波导TE01模式变换和串列式矩波导功分器形式,输出端口间的不平衡度小于1.6dB,设计功率容量1.1GW;移相器采用侧壁簧片弯进改变矩波导宽度,实现0~360°移相,单路功率容量150MW。整阵相扫性能的全波仿真分析结果表明,在主瓣增益下降3dB的情况下,扫描角度可达到±40°。     

具有三陷波特性的超宽带天线设计

设计了一款基于共面波导(CPW)馈电小型化具有三陷波特性的超宽带天线。该天线采用矩形贴片组合作为辐射单元,通过在辐射贴片上开倒U型、圆弧形和S形缝隙来实现陷波功能,有效地抑制了WiMAX（3.3~3.7 GHz）,WLAN（5.150~5.825 GHz）和X波段卫星通信系统下行频率段（7.25~7.75 GHz）对超宽带系统的干扰。结果显示:该天线在3.1~12.0 GHz内电压驻波比小于2,整个工作频段内具有稳定的增益和良好的辐射方向特性。     

X波段16单元矩形径向线螺旋阵列天线设计

研究了一种X波段16单元矩形径向线螺旋阵列天线。介绍了该矩形阵列天线的提出背景以及工作原理,分析了两种电磁耦合探针在X波段的耦合特性,开展了扼流结构与电磁耦合探针的协同设计,设计并数值模拟了中心频率为9.3 GHz的16单元矩形径向线螺旋阵列天线,并进行实验测试。测试结果表明:该口径为96 mm×96 mm的天线在中心频率9.3 GHz下,增益为19.51 dB,轴向轴比值1.05,驻波系数1.17。     

THz波段渐变波导中的多模传输特性

 根据耦合波理论,推导出轴对称渐变波导中, 考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组,并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减,在THz波段研究波导中的多模传输特性时,必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题,从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子,利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析,进而对结构进行设计和优化。     

Ka波段曲折双脊波导行波管的研究

提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现：在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22％;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9％.     

偶极天线用于高功率微波功率测量的研究

为了减小高功率微波尤其在低频段功率测量采用的接收天线的增益, 本文设计了一种低增益的L波段偶极天线. 通过理论分析和数值模拟, 得到该天线的优化结果为: 中心频率为1.75GHz, 相应的增益为－5.55dB; 在1.70GHz—1.80GHz频带内, 增益变化不超过1.1dB, 功率容量的估算值为0.1MW, 可以满足相应测量要求.     

0.22 THz二维电磁带隙波导和阵列天线设计

基于二维电磁带隙（EBG）结构,设计了工作在0.22 THz的直波导传输线和90弯波导传输线。数值模拟结果显示:直波导和弯波导的S21参数在0.22 THz处均大于10-5 dB,20 GHz模拟频带内的S21参数分别大于-0.001 dB和-0.003 5 dB。EBG结构很好地阻止了电磁波在电磁带隙内部的传播。基于EBG结构波导,设计了3 dB功分器和H面扇形喇叭阵列天线。数值模拟结果显示:功分器的S21参数在0.22 THz处为-3 dB,阵列天线方向性为17.1 dBi,具有较小的旁瓣和后瓣,E面和H面方向图均具有良好对称性。     

时间延迟对偶极子光导天线空间功率合成影响分析

对偶极子光导天线空间功率合成中时间延迟的影响进行了分析。利用太赫兹时域光谱技术分别获取了34, 500, 1000 m偶极子光导天线的太赫兹时域光谱。采用数值模拟方法分析时间延迟对空间功率合成的影响。结果发现:在满足空间功率合成时域相干度60%的条件下,两个34, 500, 1000 m偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为350.7, 467.6, 450.9 fs;三个34, 500, 1000 m偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为191.1, 250.5, 267.2 fs;四个34, 500, 1000 m偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为167, 200.4, 217.1 fs。试验结果表明,空间功率合成数值模拟仿真能为偶极子光导天线阵列的物理实验提供重要依据。     

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。     

宽带高功率贴片天线阵列辐射特性

 为提高宽带高功率微波辐射天线的总体功率容量和增益,研究了2×2宽带高功率贴片天线阵列的阵元互耦特性、馈电功分器设计及对宽带电磁脉冲的辐射特性。阵元采用宽带高功率双层贴片天线,分析了阵元反射和互耦系数随阵元间距的变化关系,结合增益变化曲线,选取阵元间距为30 cm。优化设计了1分4的同轴功分器,采用阻抗渐变方法,提高了功分器的带宽,使其在224~415 MHz时的反射系数小于0.1。模拟了带功分器的完整天线阵,结果表明天线阵带宽达到了57.4％,280~390 MHz频带范围内的增益大于12 dB,在360 MHz时达到最大增益14.23 dB,对中心频率320 MHz,带宽10％的宽带电磁脉冲辐射效率为868％,峰值功率增益大于11 dB。     

3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线研究

从理论、模拟和实验等角度详细研究了高功率径向线螺旋阵列天线。从该阵列天线的设计思想出发,提出并设计了中心频率为4.0 GHz的3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线,特别提出了螺旋单元天线的L型电磁组合耦合馈电,并对阵列天线进行了模拟和实验两方面的验证。实验结果表明,在3.6~4.1GHz的范围内,天线驻波比小于1.4,增益大于22.9 dB,口径效率大于65%。     

Effect of aperture field distribution on the maximum radiated power at atmospheric pressure

The air breakdown in the high-power antenna near-field region limits the enhancement of the radiated power. A model coupling the field equivalent principle and the electron number density equation is presented to study the breakdown process in the near-field region of the circular aperture antenna at atmospheric pressure. Simulation results show that, although the electric field in the near-field region is nonuniform, the electron diffusion has small influence on the breakdown process when the initial electron number density is uniform in space. The field magnitude distribution on the aperture plays an important role in the maximum radiated power above which the air breakdown occurs. The maximum radiated power also depends on the phase difference of the fields at the center and edge of the aperture, especially for the uniform field magnitude distribution.     

X波段左手材料高功率微波天线罩实验研究

为改善高功率微波天线的性能,设计了一种新型X波段左手材料高功率微波天线罩,并对其进行了实验冷测研究。结果表明,加载一到四层左手材料天线罩均可在一定频率范围内汇聚波束和提高增益,其中加载一层左手材料天线罩时,天线增益提高最大,在频率为9.32 GHz时增益提高最大幅度约为9.64 dB。将实验结果与理论仿真进行对比发现,两者并没有吻合一致。分析了天线罩的功率容量,可以实现高功率微波的应用。     

X波段4单元微带天线阵辐照响应

采用时域有限差分法,并结合导体边缘奇异性处理技术,在不降低计算效率的情况下,保证了计算精度,得到了高功率电磁脉冲辐照下X波段4单元微带天线阵的响应。计算结果表明:馈电点最大响应电压峰值由天线阵各阵元接收的入射脉冲在馈电点叠加引起,且天线阵中主要存在与馈电点激励天线阵不同模式的波。响应电压峰值随着入射脉冲波矢量与正z轴夹角的减小而增大,随着入射脉冲波矢量xOy平面投影与正x轴夹角的增大而增大,频谱随着上述两个夹角的增大均向低频转移。