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瞬态天线及其在超宽带雷达中的应用

张光甫  
【摘要】:近年来,瞬态天线在超宽带通信、超宽带雷达、探地雷达、电磁兼容等瞬态电磁场领域获得了大量的应用,瞬态天线的性能就体现在其辐射或接收快速变化的瞬态脉冲信号的能力上。研究瞬态天线辐射或接收的波形变换和畸变规律,对特定应用的成功实现具有非常重要的意义,同时也会充实和发展瞬态电磁学理论与技术的研究内容。 本文围绕瞬态天线及其在超宽带雷达中的应用这个主题,从理论和技术上不同程度地探讨了瞬态辐射理论、瞬态天线设计、超宽带雷达系统设计、目标瞬态散射数值计算及测量等问题,主要包括以下内容: (1) 从时域麦克斯韦方程出发,利用位势理论,探讨了一般时空源分布近远场瞬态辐射的特点和规律,瞬态辐射最显著的特点就是其时序性。瞬态辐射可以用源分布的投影变换来描述,辐射特性可用其冲激辐射特性来表征。辐射场持续时间有限,决定于源分布投影分布范围和激励信号的时间宽度。 (2) 研究设计了三种不同形式的TEM喇叭天线,通过数值计算、电磁仿真和实验测量等手段获得了这些天线的反射和辐射特性,并在此实践基础上,探讨了TEM喇叭天线设计与传统窄带天线设计的异同。 (3) 基于应用要求,研制了200~800MHz超宽带雷达实验系统,完成了系统设计、器件研制和系统调试,实现了600MHz超宽带信号的采集、变换和恢复。实验系统接收机采用模拟正交解调采样接收方案,降低了宽带系统对A/D采样率的要求,还不损失接收信号的幅相信息,完全能够从正交两路采集信号中恢复出接收信号。 (4) 构建了实验室条件下目标散射时域测试系统,并测量了球、平板、圆柱体、导弹模型和几种飞机模型等金属目标的瞬态散射,获得了宝贵的实验数据,为进一步研究目标瞬态散射特性打下了良好的基础。 (5) 结合通用建模软件和时域有限差分法计算了几种简单和复杂目标的瞬态散射,与理论预测和实验测量的对比显示这些计算结果真实可信。


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