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用于辐射高功率轴对称模的透镜天线的研究

袁海军  
【摘要】:近年来,随着高功率微波技术的发展,适用于辐射高功率轴对称模的天线备受关注。基于高功率,小型化,较高增益以及最大辐射方向在天线轴向的要求,本文提出了两种多扇区介质透镜天线,它们具有功率容量高,且台阶数不同时分别辐射线极化波和圆极化波的特点。本文同时对加平行板的圆锥喇叭进行了研究,其特点是辐射线极化波。所有这些工作为以后高功率轴对称模辐射天线的工程应用奠定了基础。本文的研究内容包括以下几个方面: 在解析分析方面,从圆波导TM_(01)模出发,推导了圆波导TM_(01)。模激励的圆锥喇叭内场分布,进而得到了圆锥喇叭的口径场和相位分布,根据等效源法由口径场得到了远场分布,在此基础上,提出了用于辐射轴对称模的双曲面型多扇区介质透镜及椭圆型多扇区介质透镜;加多扇区介质透镜的圆锥喇叭在TM_(01)模激励时推导了口径场分布,从口径场分布得到了远场的解析解,从而得到结论,即当扇区由两个台阶组成时,圆锥喇叭能辐射线极化波,辐射的最大方向在喇叭的轴向上,当台阶大于等于三个时,圆锥喇叭辐射最大方向在轴向的圆极化波,当台阶增多时,远场在不同方位角的分布更趋一致,并计算出了天线的增益。分析了平行板波导中的模式及场分布,对于平行板间距离大于二分之一波长小于一个波长时,口径场只能在平行板中激励起TEM波和TE_1波;分析了正方形波导中的模式及场分布,当正方形的边长大于二分之一波长小于一个波长时,口径场只能在正方形波导中激励起TE_(10)波和TE_(01)波,利用这些特点,当特别设计的平行板透镜置于喇叭口径平面时,喇叭辐射轴向为最大值的线极化波,并计算了增益。 数值仿真计算方面,首先介绍了时域有限差分法的基本原理及数值色散关系,对于双曲面型多扇区介质透镜建立了数学模型,利用有关软件进行了数值仿真,当喇叭的口径直径为322.5mm,喇叭长度从300mm-500mm时,计算结果表明,长度的改变对增益的影响在0.5dB内,计算了反射的大小,由于采用的是探针激励,因此反射是可以调整的,反射的大小有一定的参考价值,但与激励方式有关,要与具体的馈源相结合。建立了椭圆型多扇区介质透镜的数学模型,在研究了双曲面型多扇区介质透镜的基础上,对椭圆型多扇区介质透镜进行了数值仿真计算,得到了良好的结果,椭圆型多扇区介质透镜便于弹体共型设计。对于不同口径的喇叭加双曲面型多扇区介质透镜进行了研究,也对不同介电常数的透镜进行了计算,结果表明在介电常数变化不大时对方向图没有影响。数值仿真计算表明,当多扇区介质透镜分成两个台阶时,辐射线极化波,但线极化增益低,当台阶大于等于三个时辐射圆极化波。对介质透镜台


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