论文摘要
IRA （Impulse Radiating Antenna）天线是目前主要使用的超宽带脉冲信号辐射天线中一种较好的设计。IRA因为有抛物面反射器,辐射能量在时间和空间上都很集中,且背向辐射很少。在超宽带通信、探地雷达、电磁兼容等瞬态电磁场领域获得了大量的应用。本文以IRA天线为研究对象,研究了脉冲辐射口径场在轴向对阶跃输入的响应,口径场积分的计算方法和偏离轴向的辐射远场的计算。对IRA天线结构参数之间的关系进行了计算,探讨了其对天线性能的影响。在对IRA天线的时域远场辐射脉冲进行理论分析的基础上,讨论了辐射主脉冲的形状以及预脉冲和拖尾的产生原因和影响因素。继而对IRA天线时频域特性的关系和研究方法进行了分析。本文对IRA天线的设计进行了仿真计算。提出了两种新形式的馈电臂设计方法,尖端馈电臂设计和指数渐变形馈电臂设计。又提出了一种调整馈电臂与水平方向夹角的方法,可以得到更加均匀的口径场,提高了IRA天线的增益。在相同口径的条件下,综合运用尖端馈电臂设计和改变馈电臂放置角度的方法可以将IRA的频带拓宽至0.67-19.22GHz,在1-20 GHz频带内增益比普通的IRA设计平均提高3dB。综合运用指数渐变馈电臂设计和改变馈电臂放置角度的方法可以将IRA的频带拓宽至1-37GHz,在1-20 GHz频带内与普通的IRA设计相比增益平均提高4dB。对于天线的时域特性分析,利用频域分析转换法对不同的IRA天线结构的时域辐射波形进行了仿真计算,得出了较系统的时域辐射波形特点总结。研究了输入波形相同时焦径比等天线参数对天线辐射波形的影响。时域天线的辐射波形与所用激励信号的上升时间等参量有关。本文中对同一个IRA天线用上升时间不同的脉冲激励,得出了时域远场辐射波形,研究了激励脉冲特性对天线远场辐射脉冲波形的影响。并对各种改进形式的IRA天线的辐射波形进行了计算,得出了改进形式对天线时域特性的影响。除了轴向辐射脉冲的计算,还对改进的尖端馈电臂IRA天线在偏离轴向处的辐射脉冲进行了计算。