高功率微波系统中脉冲辐射天线的研究

摘要

高功率微波(HPM)系统是伴随着脉冲功率技术发展起来的一门新兴学科,它在国防军事、高能物理、电磁干扰以及能源工业等领域具有广阔的应用前景。因此,各国对它的研究都投入了大量的心力,并取得了一定的成果。目前,高功率微波技术已经走过了单纯性理论探讨和单一追求功率的初级阶段,开始了相关的实际应用研究。脉冲辐射天线作为高功率微波系统的辐射单元成为了现阶段研究的热点之一。
　　目前,国内外对于时域脉冲天线还没有一个统一的理论认识。因此,本文首先研究整理了时域脉冲天线的相关理论,提出了描述脉冲天线辐射性能的指标参数,并且以圆片单极子天线为例对理论指标进行了相关验证。接着,本文借助电磁仿真软件CST-MicrowaveStudio对几类传统的超宽带天线进行了仿真对比,证明了传统的超宽带天线与时域脉冲天线并不是同一类天线,不能直接拿来应用替换。
　　然后本文给出了高功率微波系统中常用的几种微波器件,重点介绍了同轴波导、谐振腔以及双锥天线。讨论了高功率微波系统中双锥天线的辐射性能,同时指出了锥体角度是影响双锥天线脉冲辐射能力的主要结构参数。接着,在一般双锥天线的基础上,提出了几种改进型的双锥天线,进一步提高了双锥天线在高功率微波系统中的脉冲辐射能力。
　　最后,本文在综合了各类高功率微波器件性能的基础上,提出了一种新型的脉冲辐射天线,即同轴单极子式锥体天线,目的是通过结构上的融合来进一步提高单一高功率微波器件对脉冲辐射的能力。文章首先对新型天线结构能否辐射超宽带短脉冲信号进行了分析探讨,并且证明了这种新型的同轴单极子式锥体天线是一种全向性的频域超宽带天线,对脉冲信号具有较高的保真度,而且辐射出的波形场强有较高的峰值,是一种较好的高功率脉冲辐射天线模型。然后,文章又在对天线的各部分结构独立分析的基础上,进一步优化了新型天线的模型,使其满足课题对天线性能的要求。
　　此外,本课题还依据仿真模型制作了天线实物,分别测量了天线的反射损耗、方向图和辐射出的脉冲信号强度,并与仿真结果进行了对比。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及指标

1.4 本文内容的主要结构安排

1.5 本章小结

第2章 时域脉冲天线理论

2.1 时域脉冲天线的性能参数

2.2 高斯信号激励下的天线性能

2.3 圆片单极子天线的时域性能指标

2.4 本章小结

第3章 高功率微波器件

3.1 同轴波导

3.2 谐振腔

3.3 影响谐振腔与波导的功率容量的因素

3.4 双锥天线

3.5 本章小结

第4章 同轴单极子式锥体天线

4.1 天线模型

4.2 模型各部分分析

4.3 改进同轴单极子式锥体天线

4.4 本章小结

第5章 测试及分析

5.1 实物加工及测试

5.2 结果分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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