高功率超宽带脉冲辐射源的4×4阵列天线设计

论文摘要

近年来,高功率超宽带脉冲辐射源在军事上和空间领域中的应用得到了人们广泛地关注。为了更好地发挥高功率微波在电磁辐射领域中的应用,需要一种高增益、方向性极强的天线充当辐射源的发射天线将电磁波辐射出去,因此对天线的研究尤为重要。本文对辐射系统中的发射天线进行深入的研究,提出设计一种以电-磁振子UWB组合天线作为单个阵元的4×4阵列天线构成超宽带脉冲辐射源的发射部分。首先通过研究确定电-磁振子组合天线的结构,并阐述了其设计的原理,之后用ANSYS10.0有限元分析软件对其进行仿真,得出此种天线可以有效地辐射高功率超宽带信号。然后对阵列天线作为辐射源的发射天线进行研究,通过改变4×4等间距平面阵的阵元间距、不同列阵元的激励相位进行仿真分析得出相对最优的设计方案。最后得出的结论是:第一,增加同一平面上的各阵元间距,会使4×4阵列天线的方向图变窄,但间距过大时会产生较多的旁瓣;第二,改变不同列阵元的激励相位,对天线阵的方向图影响不大,但在一定程度上可以增加天线阵的增益。经过对辐射源发射天线要求的综合考虑,初步确定以间距为λ/3的等间距4×4阵列天线相对最佳的选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 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 超宽带短脉冲电磁学
• 2.2 高功率超宽带脉冲辐射源的组成和工作原理
• 2.3 PG 设备及工作原理
• 2.3.1 PG 的方框图
• 2.3.2 高压脉冲发生器“SINUS-160”
• 2.4 双极性电压脉冲形成器（BPF）
• 2.4.1 用途
• 2.4.2 工作原理
• 2.5 辐射源的发射天线（UWBTA）
• 2.6 辐射源的相关参数
• 2.6.1 PG 输出的双极性电压脉冲参数
• 2.6.2 UWBTA 的主要参数
• 2.6.3 辐射峰值功率为170MW
• 2.6.4 UWBRA 的主要参数
• 2.7 本章小结
• 第3章 天线的理论基础
• 3.1 基于天线的电磁场理论
• 3.1.1 边界条件和辐射条件
• 3.1.2 等效原理
• 3.1.3 互易原理
• 3.1.4 场区的划分
• 3.2 天线的基本参数
• 3.3 超宽带天线
• 3.4 本章小结
• 第4章 电磁场有限元法
• 4.1 有限单元法的变分原理
• 4.2 有限单元法求解微分方程的步骤
• 4.2.1 连续场的离散化
• 4.2.2 选择场变量模型
• 4.2.3 确定单元特性
• 4.2.4 集合单元特性得到方程组
• 4.2.5 求解方程组
• 4.3 电磁场方程的有限元解
• 4.4 三维有限元法
• 4.5 有限元法分析的软件
• 4.6 本章小结
• 第5章 单个阵元天线的选择和可行性分析
• 5.1 超宽带（UWB）组合天线的结构
• 5.2 电流环和TEM 喇叭辐射单元
• 5.2.1 电流环振子辐射单元
• 5.2.2 TEM 喇叭振子辐射单元
• 5.3 TEM 喇叭口处上下极板渐变方式的选择
• 5.4 本章小结
• 第6章 4×4 阵列天线的设计
• 6.1 单个阵元天线的仿真分析
• 6.1.1 建模及网格化
• 6.1.2 加载求解
• 6.1.3 后处理
• 6.2 阵列天线理论基础
• 6.2.1 一维均匀直线边射阵
• 6.2.2 二维均匀阵理论
• 6.2.3 16 个振子的选择
• 6.3 不同阵元间距的辐射情况
• 6.3.1 间距为λ/ 6 的情形
• 6.3.2 间距为λ/3 的情形
• 6.3.3 间距为λ/ 2 的情形
• 6.3.4 不同间距时的比较分析
• 6.4 不同激励相位时的辐射情形
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 详细摘要