米波宽带等离子体天线理论及其关键设备研究

发布时间：2017-09-28 07:34

  本文关键词：米波宽带等离子体天线理论及其关键设备研究

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【摘要】：米波,即VHF(甚高频)是电台、电视台广播,航空航海沟通的重要频段。随着通信技术的飞速发展,军事上现代战术电台通信的跳频范围越来越宽,民用中信道容量不断扩充、通信设备不断趋宽带化。这些新趋势,使得现代无线通信系统对天线的宽带化需求日趋强烈。由于等离子体天线自身具有重量轻,可隐身,自重构等很多传统金属天线不具备的优点,在军事上可提高军事设备的雷达隐身性能,在民用上可以更好的控制天线辐射特性,因此具有广阔的应用前景。本文围绕米波宽带等离子体天线展开研究,在米波宽带等离子体天线理论方面,针对米波等离子体激励装置、米波等离子体频率控制方法、宽负载型等离子体谐波滤波方法、米波信号提取方法等四部分展开研究,给出了相关设计机理与方法。依法设计了65~78、108~121MHz双频段米波等离子体天线,对其进行了仿真优化、实物加工测试。结果表明,实测值与仿真值、理论设计值符合,证明了所提设计理论与方法的正确性。在此基础上,为了进一步优化所设计天线的工作带宽,提出了两种方法,通过仿真验证了这两种方法均可以拓展天线带宽至65~100MHz(1.53倍频程)。其一为通过增加输入射频功率提高等离子体频率使天线展频,通过理论分析计算,得到此方法射频功率需求为65kW,能耗过大且工程难以实现;另一种为调整天线结构尺寸,微调等离子体中心振子并增长金属套筒24cm,仿真验证了方法的有效性,新尺寸的天线正在加工中。在电磁兼容方面,当前,国内外研究的等离子体天线多为窄带天线,而文中工作涉及宽带等离子体天线的实际研发,此时等离子体天线中的电磁兼容问题显得尤为重要。文中分析了米波宽带等离子体天线中射频激励源产生的电磁干扰及其带来的仪器过载、测量设备谐波失真、通信频带内谐波噪声等电磁兼容问题,这些问题在之前窄带等离子体天线研究工作中未被重视。在此基础上,针对等离子体天线中大范围可变负载的特殊应用,研究了宽负载型等离子体谐波滤波方法。将依法设计的滤波器应用于实际天线系统中,解决了仪器过载和测量设备谐波失真问题,有效抑制了通信频带内干扰谐波幅值,对典型的六次谐波(81.36MHz)抑制程度为23.4dB。此外,通过实验证明了谐波干扰信号在耦合路径上被放大,而这个问题很难通过分频滤波解决,因此有必要对传统射频激励等离子体天线系统进行优化。在等离子体天线系统优化方面,引入全光等离子体天线系统,该系统工作于全光模式下,从根本上解决射频激励等离子体天线系统中的电磁兼容问题。对其关键设备连续高压高重频脉冲源展开了研究,通过功能设计,冷却系统改造,工业设计等方式实现了脉冲源从实验系统向设备样机的过渡。在此过程中,自主设计开发一套脉冲源控制软件。
【关键词】：等离子体天线 宽带天线 电磁兼容 滤波 脉冲功率
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 米波宽带等离子体天线研究14-20
• 1.1.1 等离子体天线研究背景与意义14-16
• 1.1.2 国内外研究现状16-19
• 1.1.3 米波宽带天线的研究意义19-20
• 1.2 全光等离子体天线系统及其关键设备脉冲功率发生器20-24
• 1.2.1 全光等离子体天线系统概述20-22
• 1.2.2 连续高压高重频脉冲源的研究现状22-24
• 1.3 论文的主要内容与章节安排24-27
• 第二章 基础理论27-34
• 2.1 等离子体天线基本理论27-31
• 2.1.1 等离子体天线原理27-29
• 2.1.2 等离子体天线优势29-31
• 2.2 脉冲功率技术31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 米波宽带等离子体天线研究34-48
• 3.1 引言34-36
• 3.2 米波宽带等离子体天线设计与仿真36-43
• 3.2.1 天线分析与设计36-41
• 3.2.2 天线性能仿真41-43
• 3.3 米波宽带等离子体天线实测与分析43-47
• 3.3.1 天线实测结果43-45
• 3.3.2 天线测试结果分析与性能提升45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 米波宽带等离子体天线滤波器研究48-65
• 4.1 米波宽带等离子体天线系统中电磁兼容问题及其滤波需求48-52
• 4.1.1 等离子体天线系统中的电磁干扰48-50
• 4.1.2 等离子体天线滤波器功能需求分析50-52
• 4.2 天线信号馈线端滤波器设计实现52-55
• 4.2.1 天线信号馈线端滤波器实现方法52-54
• 4.2.2 天线信号馈线端滤波效果实测与分析54-55
• 4.3 等离子体射频激励源端滤波装置研究55-61
• 4.3.1 射频激励源输出频谱成分测量与分析55-57
• 4.3.2 等离子体射频激励端滤波装置设计与实现57-59
• 4.3.3 等离子体射频激励端滤波装置效果实测59-61
• 4.4 射频激励源谐波干扰抑制困难的探索研究61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 全光等离子体及其关键设备连续高压高重频脉冲源65-76
• 5.1 新型全光等离子体技术关键设备65-70
• 5.2 连续高压高重频脉冲源控制软件设计70-75
• 5.2.1 连续高压高重频脉冲源控制软件总体方案70-71
• 5.2.2 连续高压高重频脉冲源软件设计71-75
• 5.3 本章小结75-76
• 第六章 结束语76-78
• 6.1 论文主要工作76-77
• 6.2 后续研究工作77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文82-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 江伟华;;高重复频率脉冲功率技术及其应用:(3)磁开关的作用[J];强激光与粒子束;2012年06期

2 江伟华;;高重复频率脉冲功率技术及其应用:(1)概述[J];强激光与粒子束;2012年01期

3 戴奉周;刘宏伟;吴顺君;;宽带和窄带雷达在噪声中的检测性能比较[J];电子与信息学报;2010年08期

4 余道杰,牛忠霞,杨建宏,莫有权,周东方,胡涛;等离子体有源透镜天线的特性分析[J];强激光与粒子束;2004年07期

5 白希尧,张芝涛,杨波,白敏兟;用于飞行器的强电离放电非平衡等离子体隐身方法研究[J];航空学报;2004年01期

6 赵君科,夏连胜,任先文,张继昌,谢敏,丁伯南,刘云涛;陡前沿纳秒脉冲电源的研制[J];高电压技术;1999年02期

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本文编号：934642