偶极天线用于高功率微波功率测量的研究

论文摘要

在高功率微波功率测量中,减小测量中接收天线的有效面积以降低其所接收的微波功率,具有非常重要的实际意义。本文采用数值模拟和实验相结合的方法,对具有较小有效面积的短偶极天线进行了较为系统、深入的研究。首先,对常规偶极天线进行了数值模拟研究,得到了一些天线参数与其尺寸的关系。在此基础上,从减小天线的有效面积,从而减小测量系统接收功率的角度出发,提出了用短偶极天线进行高功率微波功率测量的思路。通过数值模拟,研究了中心频率为1.75GHz偶极天线的特性:当缝隙长度在20～44mm范围内变化时,天线增益在-23～-10dB内变化,缝隙长度在λ/4附近处,天线的增益有最大值。当缝隙宽度在0.6～2.0mm范围内变化时,天线的增益在-15～-11dB内变化,天线的增益随缝隙宽度变大而变大。天线的有效面积对缝隙长度较为敏感,缝隙长度在λ/4附近处,天线的有效面积有极大值。有效面积对缝隙宽度较为敏感,短偶极天线的缝隙宽度在0.6～2mm范围内变化时,天线的有效面积在0.8～2.0cm2内变化。缝隙长度在λ/4附近处,天线的反射率有极小值63%。在频带1.15～2.25GHz内,天线的增益随频率变大而变大。在短偶极天线特性研究的基础上,设计了一个中心频率为1.75GHz的短偶极天线。其同轴线内导体半径为1.5mm,外导体内半径为3.5mm,外导体外半径为5.5mm。缝隙长度取35mm,缝隙宽度取1mm。反射率为78.1%,增益为-12.4dB,有效面积为1.34cm2。其次,用数值模拟的方法,设计了一个中心频率为3.65GHz短偶极天线。同轴线内导体半径为1.5mm,外导体内半径为3.5mm,外导体外半径为4.5mm。缝隙长度取10mm,缝隙宽度取2mm。得到S波段短偶极天线增益为-12.8dB,有效面积为0.28cm2,在频带3.45～3.85GHz内,增益与频率近似为线性关系。最后,通过实验,分别验证了所设计的L波段短偶极天线和S波段短偶极天线用于高功率微波功率测量的可行性。其中,L波段偶极天线增益的模拟结果-12.4dB与标定值-12.5dB只差0.1dB。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高功率微波功率测量技术简介
• 1.2 高功率微波功率测量中存在的问题
• 1.3 本课题的研究内容
• 第二章 常规偶极天线的研究
• 2.1 常规偶极天线的辐射特性
• 2.1.1 偶极天线的辐射场分布
• 2.1.2 偶极天线的辐射电阻
• 2.2 常规偶极天线系统的馈电方式
• 2.3 常规偶极天线的仿真与分析
• 2.3.1 电磁场数值算法在天线分析和设计中的意义
• 2.3.2 常规偶极天线模型的建立
• 2.3.3 常规偶极天线增益特性的研究
• 2.3.4 常规偶极天线反射特性的研究
• 2.3.5 常规偶极天线频率特性的研究
• 第三章 短偶极天线的研究与设计
• 3.1 短偶极天线的提出
• 3.2 短偶极天线模型的建立
• 3.3 短偶极天线增益特性的研究
• 3.3.1 短偶极天线的增益与缝隙长度的关系
• 3.3.2 短偶极天线的增益与缝隙宽度的关系
• 3.4 短偶极天线有效面积的研究
• 3.4.1 短偶极天线的有效面积与缝隙长度的关系
• 3.4.2 短偶极天线的有效面积与缝隙宽度的关系
• 3.5 短偶极天线反射特性的研究
• 3.5.1 短偶极天线的反射率与缝隙长度的关系
• 3.5.2 短偶极天线的反射率与缝隙宽度的关系
• 3.6 短偶极天线频率特性的研究
• 3.6.1 短偶极天线的增益与频率的关系
• 3.6.2 短偶极天线的有效面积与频率的关系
• 3.6.3 短偶极天线的反射率与频率的关系
• 3.7 短偶极天线的设计
• 3.7.1 L波段短偶极天线的设计
• 3.7.2 S波段短偶极天线的设计
• 第四章 短偶极天线的实验研究与分析
• 4.1 L波段短偶极天线的实验装置和测量方法
• 4.2 L波段短偶极天线的实验系统的定标
• 4.2.1 衰减器和检波器的定标
• 4.2.2 接收天线的定标
• 4.3 L波段短偶极天线的实验结果及分析
• 4.3.1 实验结果
• 4.3.2 数据处理
• 4.4 S波段短偶极天线的实验装置及测量布置
• 4.5 S波段短偶极天线的实验结果及分析
• 第五章 结束语
• 5.1 主要工作和结论
• 5.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果和参加的科研项目