高功率微波双工器的模匹配方法优化设计

论文摘要

高功率微波在空间技术、环境保护、科学研究和军事领域已经展现出了广阔的应用前景。高功率微波武器通常由能源,高功率微波发生器,高增益天线和其它配套设备组成。微波武器利用高增益定向天线,将强微波发生器输出的微波能量会聚在窄波束内,从而辐射出强大的微波射束,直接毁伤目标或杀伤人员。由于高功率微波的重复频率太低,高功率微波武器不可能同时完成快速目标的跟踪和攻击任务。本文讨论了高功率微波双工器的应用,应用模式场匹配理论深入地研究了高功率微波发射系统中双工器的高频场结构。分析了平行板波导的场分布和本征模序列,给出了平行板波导场和空间场场分布的表达式,编写了相关的计算程序,画出了场匹配图。通过对矩形周期性光栅阵列的分析,改变光栅的截面形状和尺寸可以找到实现高功率微波双工优化的周期性光栅阵列。在此基础上,利用级联模匹配方法和阶梯近似相结合的方法,给出了分析任意截面形状的周期性光栅阵列的通用程序。然后,利用通用程序分别就光栅厚度、光栅周期宽度以及平面波的入射角度对平面波反射功率和透射功率的影响进行了模拟计算。最后优化设计出了X波段的高功率微波双工器。该双工器的光栅周期长度为1cm,截面形状为等腰三角形。等腰三角形高为0.5cm,底边宽度为0.4cm。该双工器在8GHz-12GHz频率范围内能够实现目标跟踪与高功率微波发射共用一副天线。该双工器基本能够对低功率跟踪源发生全反射,对高功率微波源发生全透射。论文工作为进一步分析设计实用型高功率微波双工器打下基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高功率微波双工器的应用
• 1.2 模匹配技术的发展与应用
• 1.3 光栅的研究与发展
• 1.4 本论文的主要工作
• 1.5 整个学位论文的组织
• 第二章 模匹配理论
• 2.1 横向单阶梯结构
• 2.2 连续阶梯不连续结构的级联
• 2.3 小结
• 第三章 光栅的模式匹配理论分析
• 3.1 平行平板波导的波型函数
• 3.1.1 平行平板波导的TM波型函数
• 3.1.2 平行平板波导的TE波型函数
• 3.2 矩形光栅的模式匹配
• 3.2.1 空间入射场Floquet模、平板波导场本征模展开
• 3.2.2 光栅端面的模式匹配
• 3.2.2.1 入射场为TM波时与光栅端面的模式匹配
• 3.2.2.2 入射场为TE波时与光栅端面的模式匹配
• 3.3 光栅的功率容量
• 3.4 任意截面光栅的模式匹配
• 3.5 小结
• 第四章 高功率微波双工器的初步分析
• 4.1 矩形高功率微波双工器的分析
• 4.2 梯形高功率微波双工器的分析
• 4.3 小结
• 第五章 高功率微波双工器的优化设计
• 5.1 双工器截面形状的选择
• 5.2 底边宽度的确定
• 5.3 光栅厚度的确定
• 5.4 平面波入射角度对双工器散射特性的影响
• 5.5 1GHz-4GHz波段等腰三角形高功率微波双工器的设计
• 5.6 X波段等腰三角形高功率微波双工器的设计
• 5.7 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果