超宽带脉冲天线及其阵列波束扫描的研究

论文摘要

无载波的脉冲技术和超宽带技术在目标识别、成像、反隐身、抗干扰以及超宽带通信等方面已经得到了广泛的应用,作为脉冲和超宽带系统的关键部件之一的天线,也己成为研究重点。本文主要围绕几类超宽带脉冲天线、超宽带脉冲天线阵列及其波束扫描进行了研究,内容主要集中于脉冲天线阵列时/频域特性、平面超宽带天线小型化设计、电连接超宽带槽天线阵列设计、阵列波束扫描以及用于波束扫描的延时器设计等五个方面。本文的工作和创新成果如下:1.利用介质覆层的方式来提高天线的增益,仿真得到了有效的结果,单层介质可提高天线的增益约3dB。介质材料应用于微带天线是新型高增益天线的一个重要发展方向。这种研究对于媒质在天线中的应用具有很好的指导作用,而且对小型化高增益天线的开发具有重要的参考价值。2.为了配合某项目“xxxxxx”要求的小口径（7cm）天线,本文优化设计了几种超宽带脉冲天线,这些天线都具有加载技术新颖、面积小、带宽宽,增益高,方向性好、剖面低的特点。每一种加载技术都解决了一定的技术问题:提高辐射效率及降低频率应用了加载束缚口径环技术;为了消除脉冲波形的振铃及谐振严重的问题,采用了环形双贴片引导技术;为了使该系统的工作频带不与GSM系统发生串扰,采用了重叠加载环技术在GSM-1800处形成阻带。3.设计了一种采用共面波导馈电的新型锁芯结构贴片天线,最大口径为5cm,该天线的带宽从1.4GHz到11GHz均为通带,且具有良好的全向性,测试与仿真得到了一致的结果。4.为了使高斯脉冲辐射具有更高的保真性,提高天线的辐射效率,在课题组研究的一体化槽天线的基础上,本文通过电连接一体化天线的方法提高天线的辐射效率,使天线辐射低频信号的能力增强,阻抗带宽也得到了明显的改善。一体化单天线的阻抗带宽为295MHz到560MHz,带宽仅为265MHz;而电连接后其阻抗带宽为186MHz到760MHz,带宽为574MHz,低频特性得到了明显的改善,有效地提高了天线的辐射效率,因此更适用于超宽带脉冲武器辐射装置。5.超宽带冲激雷达包含了激光延迟控制器,脉冲源和发射天线阵列等重要部分。利用超宽带天线阵列和延时控制器的设计来实现UWB时域天线阵列扫描有着广泛的应用前景,比如移动目标的检测与跟踪技术的实现。本文仿真测试了一简单的两单元线阵的波束扫描情况,其扫描精度与计算值相吻合。6.本文设计了一种低成本、高量程、多路输出、结构简单的延时器,其扫描精度较高。根据波束扫描理论拟合出了一个扫描角度与对应光纤长度的经典公式,为设计延时器每集光纤的延时量提供了理论计算基础。超宽带脉冲天线又称时域天线,它作为一种新型的天线,成为了近年来国内外天线领域研究的焦点之一。由于它具有辐射脉冲信号的能力,并和激励脉冲保持很好的保真性,同时具有极宽的带宽,这意味着此类天线作为电磁脉冲武器的辐射器,应用于军事领域具有广阔的前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究工作的背景和意义
• 1.2 超宽带脉冲天线的发展概况及现状
• 1.3 几类经典的超宽带脉冲天线
• 1.3.1 双圆锥天线
• 1.3.2 V 锥天线、 TEM 喇叭天线、蝴蝶结天线
• 1.3.3 Vivaldi 天线
• 1.3.4 单极子天线
• 1.4 本文内容安排
• 第二章 脉冲天线理论及提高天线增益的方法
• 2.1 脉冲天线的性能参数
• 2.2 高斯脉冲源及其脉冲天线辐射波形频谱分析
• 2.3 高斯脉冲信号激励下的几种天线性能
• 2.4 利用脉冲天线作为电磁脉冲定向能武器的理论基础
• 2.5 利用介质覆层提高天线增益的研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 几种超宽带天线的设计
• 3.1 几种可用于脉冲雷达的超宽带脉冲天线设计
• 3.1.1 椭圆蝶型超宽带天线
• 3.1.2 加载电小环的椭圆蝶型超宽带脉冲天线
• 3.1.3 椭圆蝶型超宽带脉冲天线的消振铃技术
• 3.2 一种具有阻带特性的新型超宽带脉冲天线频域分析
• 3.3 一种新型锁芯形超宽带天线
• 3.4 新型电连接超宽带脉冲天线设计
• 3.5 低频接收天线的设计与时、频域分析
• 3.5.1 天线的设计
• 3.5.2 频域特性分析
• 3.5.3 时域特性分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 超宽带脉冲天线阵列及其波束扫描
• 4.1 电连接超宽带脉冲天线阵列的研究
• 4.1.1 电连接超宽带脉冲天线阵列的研究
• 4.1.2 电连接超宽带脉冲天线阵列辐射慢衰减特性的研究
• 4.2 波束扫描理论
• 4.2.1 瞬态电磁脉冲系统波束扫描原理
• 4.2.2 阵列超宽带脉冲天线波束扫描特性研究
• 4.2.3 阵列超宽带脉冲天线波束扫描原理与实例分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 用于波束扫描的实时延时线设计
• 5.1 研究背景及其前景
• 5.2 光实时延时基本原理
• 5.3 OTTD 系统的设计
• 5.3.1 总体原理图的设计及延时线长度计算的拟合公式
• 5.3.2 光纤集束分光原理
• 5.3.3 利用集束分光实施延时以及光能的思考
• 5.3.4 通过二级分束后能量的估计与计算
• 5.4 在集束分光下采用激光选择延时线组实现波束扫描
• 5.4.1 激光光路选择的实现
• 5.4.2 光纤耦合器的设计
• 5.5 延时器整体原理图及其总能量计算
• 5.6 实用光纤分束实时延时器设计指标
• 5.7 实时延时器研制的关键工艺技术
• 5.8 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 论文的主要工作及其创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果