超宽带脉冲辐射源中平衡非平衡转换器的设计

摘要

高功率超宽带脉冲辐射源的研究属于一种基础理论的研究范畴，但它的开发应用却涵盖了目前世界正在发展和引起人们倍加关注的许多前沿科学。特别是在军事上，可用做高功率电磁武器，扩大了其在军事与空间等领域的应用。
　　 当高功率超宽带辐射装置所发出的脉冲经由同轴线到天线直至最后变成电磁波发射出去的时候，会由不平衡的同轴线到平衡的天线，由于阻抗的不连续变化，会导致信号的反射，使传输效率降低，因此，有必要在天线与传输线连接的部分加一转换器，即平衡非平衡转换器，使信号传输的过程中线路阻抗为连续变化。
　　 有限元法是近些年来逐步发展起来和受到广泛重视，并用于计算机辅助设计(CAE)的一种近似求得近似解的数值分析方法，特别是将其与电路学和电磁学相结合，更加促进了CAE技术的发展。ANSYS有限元软件就是一个多用途的有限元计算机设计程序，可用来求得结构、流体、电力、电磁场及磁碰撞等问题的解答。用此软件进行产品的设计比用传统的方法来完成降低了成本，节省了时间。
　　 鉴于以上几点，本文对高功率超宽带脉冲辐射源组成及工作原理做了简要的介绍，对辐射系统中平衡非平衡转换器以及传输线的理论进行了大量的深入的研究，尤其对平衡非平衡转换器的形式进行了详细的理论分析；并利用ANSYS有限元软件对平衡非平衡转换器进行了建模、仿真，得出了电压驻波比等一些有价值的数据和结论。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的提出

1.2 国内外发展现状

1.3 超宽带短脉冲电磁学

1.4 本课题主要研究内容

第2章 高功率超宽带脉冲辐射源

2.1 高功率超宽带脉冲辐射源的组成和工作原理

2.2 PG设备及工作原理

2.2.1 PG的方框图

2.2.2 高压脉冲发生器“SINUS-160”

2.3 双极性电压脉冲形成器(BPF)

2.3.1 用途

2.3.2 工作原理

2.4 辐射源的发射天线(UWBTA)

2.5 辐射源的相关参数

2.5.1 PG输出的双极性电压脉冲参数

2.5.2 UWBTA的主要参数

2.5.3 辐射功率为170MW

2.5.4 UWBRA的主要参数

2.6 本章小节

第3章 电磁场有限元法

3.1 有限元法的变分原理

3.2 有限单元法求解微分方程的步骤

3.2.1 连续场的离散化

3.2.2 选择场变量模型

3.2.3 确定单元特性

3.2.4 集合单元特性得到方程组

3.2.5 求解方程组

3.3 电磁场方程的有限元解

3.4 三维有限元法

3.5 有限元法分析的软件

3.6 本章小结

第4章 传输线的基本理论

4.1 电报方程

4.2 正弦时变条件下传输线方程的解

4.3 对传输线方程解的讨论

4.3.1 传输线上的入射波和反射波

4.3.2 传输线上任意位置处的输入阻抗

4.3.3 负载匹配时的传输线

4.3.4 电压反射系数

4.4 传输线的工作状态

4.4.1 行波状态

4.4.2 驻波状态

4.4.3 行驻波状态

4.5 传输线的基本参数

4.5.1 特性阻抗

4.5.2 波在传输线中的传输速度

4.5.3 传输线的电容

4.6 传输线的类型

4.6.1 平行双线传输线

4.6.2 平行板传输线

4.6.3 同轴线

4.7 本章小结

第5章 平衡非平衡转换器及天线的选择

5.1 二项式多节匹配变换器

5.2 切比雪夫多节匹配变换器

5.2.1 切比雪夫多项式

5.2.2 切比雪夫变换器

5.3 天线选择

5.3.1 超宽带天线

5.3.2 TEM喇叭天线

5.3.3 改进型TEM喇叭天线

5.4 本章小结

第6章 平衡非平衡转换器的设计仿真

6.1 平衡非平衡转换器仿真分析

6.1.1 模型的建立

6.1.2 加载和求解

6.1.3 后处理

6.2 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢