一种超宽带TEM喇叭天线及阵列的设计与研究

发布时间：2020-04-23 19:21

【摘要】：TEM喇叭天线是目前最常见的脉冲辐射天线,有着定向性好、功率容量大、带宽较宽等优点。由于单极高斯脉冲信号的大部分能量集中在低频部分,所以提高脉冲辐射系统在低频段的效率就尤为重要。本文对TEM喇叭天线及阵列的低频辐射特性进行研究,重点围绕天线的阻抗渐变、时域反射、远场辐射波形、阵列栅瓣等问题进行研究。论文主要的研究工作分为以下三点:1.对天线的阻抗渐变特性与时域辐射特性进行研究。分析了传统天线低频辐射效率低的原因主要是由于在低频时,电波聚集在天线末端口径从而产生反射。针对这一问题,设计了一种新型末端加载结构,解决了天线末端反射与低频时电波聚集的问题。通过对实物加工测试可以验证:加载该结构后,天线在全频段减小了方向图后瓣,低频时主轴增益提高了约1.5dB,低频带宽增加了约400MHz。与同类天线相比,末端加载天线低频辐射效率高,兼顾了低频带宽与小型化。2.为了解决单天线增益不足的问题,将本文设计的末端加载天线当做阵元,对天线进行组阵研究。从频域的角度分析了阵元间距、阵列的排布方式、阵元间的耦合对阵列增益的影响。根据分析结果,结合指标需求,设计了一种四元天线阵列,水平间距1100mm,垂直间距900mm,低频时3dB波束宽度为43.9°。与单天线相比,这种四元阵列在低频时主轴方向增益提高了约7.8dB。3.为了对阵列馈电,同时为了解决微带功分网络功率容量不足的问题,设计了一种四等分的七节同轴功分器,相对带宽大于1.6。将功分器与天线阵列联合仿真,得到阵列远场脉冲波形。与单元末端加载天线相比,在保证阵列低频带宽的前提下,天线阵列远场辐射电压rE值提高了约3V。
【图文】：

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（a）系统结构（b）预期辐射场波形图 1-2 宽带高功率脉冲辐射源[13]Fig.1-2 Broadband High Power Pulse Radiator近年来，对脉冲源的研究也从高功率逐渐向着低功率发展，人们逐渐关注脉冲源的脉冲的频域特性与波形形状等问题。2018 年，王肖隆等提出了一种通过低功率电

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图 1-3 高功率天线[20]图 1-4 单极板天线[23]Fig.1-3 High power antenna Fig.1-4 Monopole antenna介质加载也是提高天线带宽、改善天线方向性的有效手段。目前的主要加载方法有线加脊[24]、加载低频补偿回路[25]、在口径面处加载透镜、加载 NIC（复阻抗）电路Schwarz H[26]设计了一种超宽带探测天线，对天线两极板间加脊喇叭天线可以实现
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN823

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