YBCO超导材料在天线中的应用研究

论文摘要

制作了中心频率400MHz、以YBCO带材为辐射元的半波对称阵子天线与规格相同的铜带材天线。解决了对称阵子天线与同轴馈线相连的对称网络分析仪测试结果显示:回波损耗S11=–10dB时两者的通频带宽相同,而在S11=–15dB时, YBCO天线较铜天线有20%的频带展宽。提出了YBCO螺线管线圈在超低频SLF(30Hz～300Hz)通讯中的两个应用:单极发射天线加载线圈和水下磁场环接收天线。YBCO螺线管线圈在单极发射天线中起到改善辐射部分电流分布、降低线圈功率损耗的作用;在磁场环接收天线中可降低线圈功率损耗、减小等效热噪声场(ENF)。分别采用硅钢和十号钢作为单极天线线圈与水下磁场环接收天线的铁芯。仿真软件模拟铁芯磁场对带材的影响,得到交变电流作用下YBCO螺线管线圈带材的磁场分布。对实验室测量的短样带材交流损耗数据积分得出YBCO线圈带材部分的整体损耗,根据公式计算,得到水下磁场环天线的ENF。结果显示单极发射天线中YBCO螺线管线圈的带材损耗功率小于相同规格铜带材的千分之一,水下磁场环接收天线的ENF低于相同规格铜带材磁场环天线30～40dB。薄膜方面,从改善高温超导微带天线窄带宽的角度,设计了一种中心频率3GHz、氧化镁为衬底的单面YBCO薄膜微带天线。在仿真软件中改变微带天线的衬底厚度、探针芯径等参量,得到相对带宽20%的结果。除了单面YBCO薄膜作为微带天线辐射元外,双面YBCO超导薄膜可在天线阵列中充当口径耦合馈电部分。尤其是外太空卫星阵列天线,背阳面环境温度低于高温超导材料的临界温度,可实现馈电效率高的优点。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外高温超导天线的研究概况
• 1.3 论文的内容安排
• 1.3.1 论文研究内容安排
• 1.3.2 本文的主要工作
• 第二章 超导电磁理论与交流损耗简介
• 2.1 高温超导YBCO材料
• 2.2 高温超导带材的交流损耗
• 第三章 YBCO天线的分析方法
• 3.1 YBCO对称阵子天线匹配方法
• 3.2 超导螺线管线圈在天线方面的应用
• 3.2.1 单极天线的加载螺线管线圈
• 3.2.2 水下磁场环接收天线
• 3.3 高温超导HTS微带天线的研究方法
• 第四章 YBCO带材对称阵子天线
• 4.1 YBCO对称阵子天线的制备过程
• 4.2 实验结果与分析
• 第五章 YBCO螺线管线圈在天线中的应用
• 5.1 单极发射天线
• 5.2 超导磁场环接收天线
• 第六章 YBCO薄膜微带天线
• 6.1 E型宽频带YBCO天线的设计
• 6.2 YBCO双层膜与口径耦合馈电网络
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢