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高功率微波轴对称模式天线辐射技术研究

袁成卫  
【摘要】: 许多高功率微波源产生的微波模式都是圆波导轴对称模,因此研究轴对称模式的天线辐射技术具有重要意义。本文从理论推导、数值计算和实验等方面研究了两类可以直接辐射轴对称模式的天线—Vlasov天线和COBRA天线。 在理论上,对Vlasov天线和反射面式COBRA天线进行了一系列研究。在Vlasov天线方面:用矢量绕射理论建立了天线辐射场的计算模型并编写了计算程序,该程序计算结果在主瓣上与实验测量吻合良好,近旁瓣也基本一致;利用矩量法计算了天线的反射系数,表明该天线有较小的反射,总的能量反射小于0.25%;详细分析了天线的辐射特性,给出了天线辐射波束相关参数的估算公式和天线设计公式;进一步研究和论证了Vlasov天线辐射高阶轴对称模的可行性;对天线的密封方式和功率容量进行了讨论,结果表明在不需很大密封罩的情况下可以获得GW级的功率容量;为了用Vlasov天线辐射同轴TEM模,研究了TEM-TM_(01)模式转换器的设计,得到了一些基本规律;最后,介绍和分析了带有锥形喇叭的Vlasov天线。在COBRA天线方面:重新阐述了反射面的设计公式,该反射面是几块不同焦距抛物反射面的共焦共轴组合;用电流分布法推导了天线的辐射公式并编写了计算程序,利用该程序对天线的辐射方向图和频带宽度进行了讨论,计算表明这种天线可以在轴线上获得高增益的圆极化波(当反射面直径为1.3m时增益为30dBi),其3dB带宽为78%;推导了同轴TEM模作为COBRA天线馈源时的辐射公式;最后,提出并设计了一种折叠式COBRA天线。 实验上,设计了带有反射面的Vlasov天线并进行了冷测。测量结果表明,所加工天线可以在很宽的频带内(至少3.6GHz-5.6GHz)工作,获得从19dBi到23dBi的较高增益。测量结果和计算结果吻合良好,进一步验证了上述理论计算的正确性。


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