衍射输出相对论磁控管高阶模辐射天线技术研究
发布时间：2021-01-08 22:40
无人机集群攻击一直是要地防御的难题。高功率微波（HPM）武器的发展,为无人机防御难题找到了可能的解决方案。研究表明,高功率电磁波可以干扰或破坏无人机的导航控制系统,如美军研制的PHASER反无人机系统取得了不错的演示验证效果。衍射输出相对论磁控管具有输出功率高,工作状态稳定,结构紧凑等优点,是理想的高功率微波辐射源,在无人机防御系统紧凑化方面具有巨大应用前景。但使用衍射输出结构的相对论磁控管输出的模式通常为高阶TEn1模,按照传统技术路线需要进行模式变换后才能用于定向辐射,导致链路结构复杂,大大限制了紧凑化HPM反无人机系统的发展。寻求直接使用这一高阶模式完成紧凑化辐射的技术途径成为论文研究的主要目的。本文详细分析了衍射输出多腔磁控管的典型工作模式,为了克服复杂模式变换链路带来的系统复杂度增大的缺陷,尝试使用波导缝隙天线实现高阶模的直接辐射,具体的研究内容如下:1.高阶模缝隙阵思路的探索。从经典矩形波导缝隙天线的工作原理出发,在深入研究圆波导高阶TEn1模式的基础上,对比发现两者之间的相似之处,充分利用该高阶模角向周期分布的特点,提出将矩形波...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Phaser反无人机系统
电子科技大学硕士学位论文4效率[19]。在2005年，国防科技大学使用双弯曲型圆波导实现了01TM至11TE的高效率转换[20]。此类模式变换结构的纵向尺寸通常较大，Ka波段模式转换结构的长度可达数十分米[21],[22]，该领域的研究热点之一也是缩短模式变换结构的长度。此外，一种新型的高功率微波源至喇叭天线的模式转换结构如图1-3所示。该模式转换器由袁成卫在2006年提出，通过在同轴波导中使用插板构造不同传播系数的扇形波导，并改变其长度，将输入的01TEMTM模转换成11TE模，进而使用喇叭天线进行高功率微波的辐射[23]。图1-3模式变换与高功率天线总体上说，针对模式变换器的研究已开展多年，相关技术得到了飞速发展。在转换效率方面得到了极大的提升，能够满足大部分的HPM应用系统研制需求。然而在功率容量要求逐渐增加的过程中，模式变换器的体积受工作原理的限制，为了保障高转换效率与寄生模式的抑制，其长度往往在十几个乃至几十个波长的波导尺寸下，限制了该技术在紧凑化平台上的应用范围。1.2.2.2变模天线技术的发展变模天线是一种特殊的天线类型。与常规天线不同，此类天线具有在完成辐射的过程中改变输入高阶模式场分布的能力，与传统的高功率辐射方案相比，减少了波导模式转换结构，在一定程度上简化天馈系统。常见的变模天线有Vlasov天线、COBRA天线、以及利用周期结构实现的平面透射阵天线等。Vlasov天线在上世纪七十年代由S.N.Vlasov等人提出，能够将圆波导中的00/nnTETM模直接转变成准高斯11HE模[24]，结构如图1-4a所示。根据电磁波在波导中的传输特性，通过在圆波导末端开阶梯型切口，实现电磁波的定向辐射，其辐射原理图如图1-4b所示。虚阴极振荡器模式转换器密封板喇叭介质透镜
第一章绪论5图1-4Vlasov天线及其辐射原理斜切型的Vlasov天线的提出是为了改善阶梯型Vlasov天线在辐射高功率时容易被击穿的问题，但其增益低于阶梯型的Vlasov天线。为了解决斜切型结构增益过低的问题，有学者提出使用反射面以增加斜切型Vlasov天线的增益。后来又提出锥形Vlasov天线，该结构将锥形喇叭与斜切型Vlasov天线相接，是一种兼顾尺寸与增益的紧凑型天线。斜切型、反射面型与锥形喇叭型的Vlasov天线如图1-5所示。由于其模式转换的逻辑过程简单直接，此类技术特别适用于高阶波导模式的转换和辐射，在回旋管等毫米波器件中获得了广泛应用，已成为现代横向提取回旋管中的核心部件。由于该技术基于空间场的衍射变换，设计过程中需要足够的尺寸完成复杂输入模式场向理想辐射或输出模式的转换，因此在低频系统应用中存在体积庞大，不利于系统集成的缺陷。图1-5其他类型的Vlasov天线另一种变模天线是COBRA（CoaxialBeam-RotatingAntenna）天线，如图1-6左图所示。该天线在2000年由CourtneyCC等学者提出[25]，其工作原理是将主反射面分为若干个分区，每个分区距离初级馈源的距离存在规律性的差异，以此调节主反射面反射电磁波的相位，从而实现天线视轴方向的高增益辐射。国防科技大学在2005年提出了一种多扇区介质透镜，如图1-6右图所示，该天线通过不同介质厚度修正模式相位，辐射笔状波束[26]，其实现思路与COBRA天线相似，属于同一类型。此类天线在轴对称模式辐射方面具有一定的优势，但在应对高阶波导模式方aa阶梯型Vlsov天线vbVlaso天线辐射原理a斜切型b两级反射面型c圆锥喇叭型
【参考文献】：
期刊论文
[1]相对论磁控管技术及其应用[J]. 何朝雄,李天明,胡标. 真空电子技术. 2016(06)
[2]L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟[J]. 廖勇,孟凡宝,张现福,徐刚,陈世韬,谢平,王冬,秦奋,张勇,于爱民,马弘舸. 强激光与粒子束. 2016(11)
[3]国外高功率微波发展综述[J]. 蒙林,李天明,李浩. 真空电子技术. 2015(02)
[4]波导缝隙阵列天线高功率微波应用探索[J]. 杨一明,袁成卫,钱宝良. 强激光与粒子束. 2013(10)
[5]轴向输出相对论磁控管真空室过渡段设计[J]. 徐张,李天明. 微波学报. 2010(S2)
[6]8mm波段高功率TE01-HE11模式变换系统[J]. 于新华,蒙林,牛新建,方智. 真空科学与技术学报. 2010(03)
[7]波导缝隙阵天线的快速优化设计[J]. 谢拥军,辛娟,王鹏. 电子学报. 2006(09)
[8]过模弯曲圆波导模式耦合设计[J]. 牛新建,喻胜,李宏福,邓学,徐勇. 红外与毫米波学报. 2006(01)
[9]TM01-TE11弯形圆波导模式转换器的优化设计[J]. 张玉文,舒挺,袁成卫. 强激光与粒子束. 2005(04)
[10]圆波导TM01模激励加多扇区介质透镜圆锥喇叭的时域分析[J]. 袁海军,钟辉煌. 微波学报. 2005(01)
博士论文
[1]新型高功率微波共轴模式转换器及模式转换天线研究[D]. 袁成卫.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]高功率微波平面阵列天线技术研究[D]. 毛伟.电子科技大学 2018
本文编号：2965437
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Phaser反无人机系统
电子科技大学硕士学位论文4效率[19]。在2005年，国防科技大学使用双弯曲型圆波导实现了01TM至11TE的高效率转换[20]。此类模式变换结构的纵向尺寸通常较大，Ka波段模式转换结构的长度可达数十分米[21],[22]，该领域的研究热点之一也是缩短模式变换结构的长度。此外，一种新型的高功率微波源至喇叭天线的模式转换结构如图1-3所示。该模式转换器由袁成卫在2006年提出，通过在同轴波导中使用插板构造不同传播系数的扇形波导，并改变其长度，将输入的01TEMTM模转换成11TE模，进而使用喇叭天线进行高功率微波的辐射[23]。图1-3模式变换与高功率天线总体上说，针对模式变换器的研究已开展多年，相关技术得到了飞速发展。在转换效率方面得到了极大的提升，能够满足大部分的HPM应用系统研制需求。然而在功率容量要求逐渐增加的过程中，模式变换器的体积受工作原理的限制，为了保障高转换效率与寄生模式的抑制，其长度往往在十几个乃至几十个波长的波导尺寸下，限制了该技术在紧凑化平台上的应用范围。1.2.2.2变模天线技术的发展变模天线是一种特殊的天线类型。与常规天线不同，此类天线具有在完成辐射的过程中改变输入高阶模式场分布的能力，与传统的高功率辐射方案相比，减少了波导模式转换结构，在一定程度上简化天馈系统。常见的变模天线有Vlasov天线、COBRA天线、以及利用周期结构实现的平面透射阵天线等。Vlasov天线在上世纪七十年代由S.N.Vlasov等人提出，能够将圆波导中的00/nnTETM模直接转变成准高斯11HE模[24]，结构如图1-4a所示。根据电磁波在波导中的传输特性，通过在圆波导末端开阶梯型切口，实现电磁波的定向辐射，其辐射原理图如图1-4b所示。虚阴极振荡器模式转换器密封板喇叭介质透镜
第一章绪论5图1-4Vlasov天线及其辐射原理斜切型的Vlasov天线的提出是为了改善阶梯型Vlasov天线在辐射高功率时容易被击穿的问题，但其增益低于阶梯型的Vlasov天线。为了解决斜切型结构增益过低的问题，有学者提出使用反射面以增加斜切型Vlasov天线的增益。后来又提出锥形Vlasov天线，该结构将锥形喇叭与斜切型Vlasov天线相接，是一种兼顾尺寸与增益的紧凑型天线。斜切型、反射面型与锥形喇叭型的Vlasov天线如图1-5所示。由于其模式转换的逻辑过程简单直接，此类技术特别适用于高阶波导模式的转换和辐射，在回旋管等毫米波器件中获得了广泛应用，已成为现代横向提取回旋管中的核心部件。由于该技术基于空间场的衍射变换，设计过程中需要足够的尺寸完成复杂输入模式场向理想辐射或输出模式的转换，因此在低频系统应用中存在体积庞大，不利于系统集成的缺陷。图1-5其他类型的Vlasov天线另一种变模天线是COBRA（CoaxialBeam-RotatingAntenna）天线，如图1-6左图所示。该天线在2000年由CourtneyCC等学者提出[25]，其工作原理是将主反射面分为若干个分区，每个分区距离初级馈源的距离存在规律性的差异，以此调节主反射面反射电磁波的相位，从而实现天线视轴方向的高增益辐射。国防科技大学在2005年提出了一种多扇区介质透镜，如图1-6右图所示，该天线通过不同介质厚度修正模式相位，辐射笔状波束[26]，其实现思路与COBRA天线相似，属于同一类型。此类天线在轴对称模式辐射方面具有一定的优势，但在应对高阶波导模式方aa阶梯型Vlsov天线vbVlaso天线辐射原理a斜切型b两级反射面型c圆锥喇叭型
【参考文献】：
期刊论文
[1]相对论磁控管技术及其应用[J]. 何朝雄,李天明,胡标. 真空电子技术. 2016(06)
[2]L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟[J]. 廖勇,孟凡宝,张现福,徐刚,陈世韬,谢平,王冬,秦奋,张勇,于爱民,马弘舸. 强激光与粒子束. 2016(11)
[3]国外高功率微波发展综述[J]. 蒙林,李天明,李浩. 真空电子技术. 2015(02)
[4]波导缝隙阵列天线高功率微波应用探索[J]. 杨一明,袁成卫,钱宝良. 强激光与粒子束. 2013(10)
[5]轴向输出相对论磁控管真空室过渡段设计[J]. 徐张,李天明. 微波学报. 2010(S2)
[6]8mm波段高功率TE01-HE11模式变换系统[J]. 于新华,蒙林,牛新建,方智. 真空科学与技术学报. 2010(03)
[7]波导缝隙阵天线的快速优化设计[J]. 谢拥军,辛娟,王鹏. 电子学报. 2006(09)
[8]过模弯曲圆波导模式耦合设计[J]. 牛新建,喻胜,李宏福,邓学,徐勇. 红外与毫米波学报. 2006(01)
[9]TM01-TE11弯形圆波导模式转换器的优化设计[J]. 张玉文,舒挺,袁成卫. 强激光与粒子束. 2005(04)
[10]圆波导TM01模激励加多扇区介质透镜圆锥喇叭的时域分析[J]. 袁海军,钟辉煌. 微波学报. 2005(01)
博士论文
[1]新型高功率微波共轴模式转换器及模式转换天线研究[D]. 袁成卫.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]高功率微波平面阵列天线技术研究[D]. 毛伟.电子科技大学 2018
本文编号：2965437
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