共形高功率波导缝隙阵技术研究

发布时间：2017-12-07 21:10

  本文关键词：共形高功率波导缝隙阵技术研究

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【摘要】：随着高功率微波应用技术的发展,高功率微波天线作为高功率微波系统中的重要组成部分日益受的人们的重视。目前高功率微波天线已有辐射喇叭、Vlasov天线、模式变换天线、反射面天线和平面阵列天线等多种形式,当前高功率微波天线的重要发展趋势之一是与载体共形。常规共形天线已广泛地应用于雷达和通信领域,相比于平面天线,首先它能够紧贴载体表面,对载体本身的空气动力学性能影响小；与圆形、球形载体共形时,可有效减小阵列单元间的耦合；共形天线还可以实现紧凑安装。常规共形天线的阵元大都是微带天线。微带天线的功率容量较小,难以应用于高功率微波。相比于微带天线,波导缝隙阵以其功率容量大、辐射效率高、高增益、低剖面和易与飞行载体共形的特点成为共形高功率微波天线的首选。本论文对与柱面共形的高功率波导缝隙阵列进行分析研究,重点围绕着着理论设计公式、高功率容量、增益和辐射效率、缝隙间互耦等关键问题开展研究。论文的主要研究内容有：论文首先针对与圆柱共形的扇形波导缝隙阵开展理论研究,推导了基于扇形波导的宽边纵缝归一化电导。根据有源导纳法推导了柱面共形的扇形波导宽边纵缝谐振阵的三个设计公式,针对介质窗对缝隙外部耦合的影响和波导高次模对缝隙内部耦合的影响,对第二设计公式进行了相应修正。其次,开展了高功率平面波导缝隙阵技术研究,分析论证了高功率微波阵列天线功率容量设计方法,研究了利用扼流槽抑制波导缝隙互耦技术。开展了与柱面共形的高功率波导缝隙阵技术研究,通过数值模拟分析扇形波导的纵向缝隙谐振辐射时,端口导纳与缝隙长度和偏置之间的关系。优化设计了高功率柱面共形面阵。采用Z向相位补偿技术对共形波导馈电相位进行补偿。对影响共形阵列的功率容量进行了分析。所设计的L波段共形波导缝隙天线的达到功率容量2.5GW,增益24.3dB,天线效率72%。波束偏转30°时增益下降约3.3dB。再次,针对共形波导缝隙阵提出了一些进一步的性能改进研究,改进包括：采用脊波导设计展宽工作频带；采用波导间反向馈电抑制天阵列缝隙互耦；采用喇叭腔设计改善阵列口径分布,提高辐射效率；设计双层共形阵列提高单位面积缝隙数,降低天线窗表面电场强度。改进后的共形天线功率容量可达到2.9GW,增益可达到25.49dB,天线效率可达到95%。波束偏转30°,增益下降约1.2dB。最后,开展了高功率波导缝隙阵功率容量实验研究；完成了高功率同轴到波导模式变换、功率分配、移相网络以及高功率波导缝隙阵后,在现有高功率微波源MILO器件上,开展高功率波导缝隙阵功率容量实验研究。实现证明高功率波导缝隙阵的功率容量可达到xxGW,微波脉冲宽度85ns,辐射微波频率1.589GHz。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820

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本文编号：1263846