高功率超宽带电磁脉冲产生和辐射

摘要

该文研究高功率超宽带电磁脉冲产生和辐射,从理论和实验相结合的角度开展研究.超宽带电磁脉冲是正在蓬勃发展中的前沿性研究领域,它具有瞬态和超宽带的特点,有广阔的应用前景,作军事领域外,已在目标识别、地下目标探测、医学等民用领域开始应用.由于它在产生、辐射、传播、接收以及处理等方面与常规的电磁信号有很大区别,因此将极大地促进这些领域的技术进步,并有可能研制出全新的超宽带雷达和通信系统,对电子学的其它领域产生深远影响.然而,作为一个新兴的研究领域,超宽带电磁脉冲,特别是高功率超宽带电磁脉冲研究可以说刚刚起步,还有许多急待解决的问题.该文集中探讨高功率条件下超宽带脉冲产生和辐射.包括抛物面反射器、TEM馈臂和匹配电路等,半抛物面冲击脉冲辐射天线解决了与源的匹配和连接问题.该文用口径场的方法讨论了冲击脉冲辐射天线的基本原理,导出了空间辐射场,研究出高压半抛物面冲击脉冲辐射天线系统,包括电压100kV、脉冲半高宽0.9ns、重频100Hz的冲击脉冲发生器和半抛物面天线系统,在30m远处辐射场达13kV/m.由于高功率超宽带天线增益不高,发展天线阵列是提高超宽带天线方向性和增益的一条重要技术途径.该文对线性超宽带稀疏天线阵列进行了理论分析和讨论.研制出高功率二组元超宽带天线阵列系统,两种天线输入阻抗50Ω,输入电压大于100kV,H平面辐射方向图由单天线的105°压缩到25°,8m处空间辐射电场为11.2kV/m,约是单天线的两倍.开展了光导开关产生超宽带电磁脉冲的实验研究工作,利用工作在线性模式的GaAs光导开关、平板Blumlein传输线和指数形TEM天线,实验获得辐射脉冲半高宽1.2ns、峰值功率100kM的超宽带电磁脉冲.超宽带电磁脉冲朝高峰值功率的方向发展,该文用充10MPa氮气的火花隙开关产生超宽带电磁脉冲,研制的单周期电磁脉冲发生器峰值功率达1.6GW.用同轴双锥天线辐射功率达500MW.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1简述

1.2世界超宽带电磁脉冲研究工作评介

1.3应用

1.3.1超宽带雷达

1.3.2探测地下目标

1.3.3电子对抗

1.4本文研究的内容和主要贡献

第二章超宽带电磁脉冲基础技术

2.1高压脉冲功率系统

2.2亚纳秒开关

2.2.1气体火花隙开关

2.2.2油火花隙开关

2.2.3光导开关

2.3单周期和冲击脉冲形成

2.3.1冲击脉冲形成的原理

2.3.2单周期脉冲形成的基本原理

2.4超宽带天线

2.4.1时域中天线特性

2.5 亚纳秒脉冲和超宽带电磁脉冲辐射测量

2.5.1电容分压器测量亚纳秒脉冲

2.5.2 TEM喇叭天线测量超宽带辐射场

第三章300kV、200Hz开环磁芯Tesla变压器

3.1引言

3.2理论分析

3.3结构设计

3.4实验结果

3.5小结

第四章高功率超宽带同轴双锥天线

4.1引言

4.2同轴双锥天线的辐射场

4.3天线结构

4.4测量结果和实验结果

4.5 小结

第五章半抛物面冲击脉冲辐射天线

5.1引言

5.2冲击脉冲辐射天线原理

5.3半抛物面反射器冲击脉冲辐射天线的辐射场

5.3.1轴上辐射场

5.3.2轴外辐射场(辐射方向图)

5.4半抛物面IRA设计

5.4.1设计方程[51]

5.4.2 IRA的基本参数

5.5实验

5.5.1实验装置

5.5.2实验结果及分析讨论

5.6小结

第六章高功率二组元超宽带天线阵列研究

6.1引言

6.2基本原理及实验设计

6.3实验

6.4实验结果及讨论

6.5 小结

第七章光导开关产生超宽带电磁脉冲辐射

7.1引言

7.2实验装置

7.2.1激光器

7.2.2扩束镜

7.2.3光导开关

7.2.4脉冲形成

7.2.5发射天线

7.2.6接收天线

7.2实验结果

7.3小结

第八章1GW超宽带单周期脉冲辐射源

8.1引言

8.2实验装置

8.2.1调制器

8.2.2单周期脉冲形成

8.2.3匹配负载

8.2.4天线

8.2.5系统测量

8.3实验结果和讨论

8.3.1源

8.3.2辐射

8.3.3讨论

8.4小结

第九章结论

9.1全文简要回顾

9.2主要贡献

9.3主要缺憾

9.4下阶段工作展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表论文和所获成果情况