作為高功率微波(HPM)系統(tǒng)的重要組成部分和關(guān)鍵部件之一,HPM輻射天線將HPM以一定的極化方式按指定方向輻射出去。其性能很大程度上決定了HPM系統(tǒng)的總體性能。因此,研究滿足系統(tǒng)要求的HPM輻射技術(shù)具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。論文深入研究了HPM圓極化輻射技術(shù)。首先理論分析并實驗給出了常用金屬波導(dǎo)與介質(zhì)材料的HPM擊穿閾值,以此作為設(shè)計依據(jù),在滿足天線對饋源電性能要求的前提下,利用變張角喇叭的模式配比方法和大尺寸圓錐喇叭口徑相位差較大的特性,設(shè)計了低方向性系數(shù)的大口徑高功率容量喇叭饋源,使得饋源口面場幅值分布較為均勻,降低了饋源介質(zhì)窗上的最大電場強度,提高了喇叭饋源的功率容量。其次,設(shè)計了GW級HPM圓極化器,通過漸變橢圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了HPM線極化到圓極化的轉(zhuǎn)換。根據(jù)HPM傳輸與輻射的特點,優(yōu)化設(shè)計了在線選模功率測量裝置和輻射場陣列測量裝置,為HPM圓極化輻射系統(tǒng)提供了功率容量測量裝置。最后,將所研制的HPM圓極化器和高功率容量喇叭饋源組合成HPM圓極化饋源,安裝在HPM波束波導(dǎo)天線上開展實驗研究,成功實現(xiàn)了HPM圓極化高效率定向輻射,滿足了工程應(yīng)用要求。論文的主要研究工作和成果包括以下幾個方面:1.基于圓波導(dǎo)TE11模的模式簡并特性和微波在橢圓波導(dǎo)中傳輸時兩個正交TE11模式相速不同的性質(zhì),通過優(yōu)化橢圓波導(dǎo)的長短軸之比和橢圓波導(dǎo)的長度等參數(shù),設(shè)計并實現(xiàn)了一種漸變橢圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的TE11模HPM圓極化器。該圓極化器內(nèi)無任何介質(zhì)或銷釘?shù)炔贿B續(xù)結(jié)構(gòu),因此插入損耗較小,在工作頻率9 GHz~10 GHz范圍內(nèi),軸比小于1 d B,且功率容量大于1 GW。2.研究了線極化波轉(zhuǎn)換為圓極化波降低饋源口面最大電場強度和提高HPM輻射系統(tǒng)功率容量的方法。研究結(jié)果表明,在相同功率下,輻射圓極化波時,介質(zhì)窗上的最大峰值電場強度是輻射線極化時的2 2倍,這為提高HPM系統(tǒng)功率容量提供了新的技術(shù)手段。3.結(jié)合工程應(yīng)用,設(shè)計了適合于HPM波束波導(dǎo)天線的HPM喇叭饋源。饋入功率1.5GW時,所設(shè)計的饋源口面電場強度小于40 k V/cm,饋源輻射的初級方向圖在-10 d B內(nèi)等化良好;在±20°照射角內(nèi),照射到HPM波束波導(dǎo)天線第一反射鏡上的功率約為饋入饋源功率的93%,相位起伏小于22.5°,滿足了工程應(yīng)用對HPM喇叭饋源的指標(biāo)要求。4.開展了HPM圓極化輻射系統(tǒng)的實驗研究。實驗結(jié)果表明,在脈沖寬度為20 ns的X波段HPM作用下,線極化饋入時介質(zhì)窗的功率容量約為1.5 GW;而對于相同的饋源介質(zhì)窗,線極化轉(zhuǎn)化為圓極化HPM饋入時介質(zhì)窗的功率容量不小于2.1GW,實驗證明了通過將線極化波轉(zhuǎn)換為圓極化波能夠提高HPM饋源的功率容量。將所研制的圓極化HPM饋源與HPM波束波導(dǎo)天線組成輻射系統(tǒng),實現(xiàn)了圓極化HPM的有效輻射,口徑為6m的HPM波束波導(dǎo)天線的實測增益約為53.2d B,效率約為53%,軸比約為2.5 d B。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN820
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號對照表
縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 高功率微波概述
    1.2 HPM輻射技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 HPM輻射技術(shù)中存在的問題
    1.4 研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
第二章 HPM輻射系統(tǒng)中的微波擊穿及功率容量問題
    2.1 HPM擊穿的基本理論
        2.1.1 種子電子發(fā)射
        2.1.2 二次電子發(fā)射和倍增
        2.1.3 釋氣現(xiàn)象
        2.1.4 氣體擊穿
    2.2 HPM輻射系統(tǒng)擊穿判斷
        2.2.1 在線與輻射場對比診斷微波擊穿
        2.2.2 輻射系統(tǒng)擊穿的光學(xué)診斷
    2.3 HPM輻射系統(tǒng)的功率容量問題
        2.3.1 測量裝置的功率容量
        2.3.2 饋電波導(dǎo)的HPM擊穿
        2.3.3 饋源介質(zhì)窗的HPM擊穿
        2.3.4 HPM的大氣擊穿
    2.4 小結(jié)
第三章 HPM喇叭饋源設(shè)計與實現(xiàn)
    3.1 HPM輻射系統(tǒng)對饋源的技術(shù)要求
    3.2 HPM喇叭饋源理論設(shè)計
    3.3 HPM喇叭饋源數(shù)值模擬
    3.4 HPM喇叭饋源介質(zhì)窗的設(shè)計
    3.5 HPM喇叭饋源性能測試
        3.5.1 小信號測試
        3.5.2 窄脈沖測試
        3.5.3 線極化功率容量實驗
    3.6 小結(jié)
第四章 HPM圓極化器的設(shè)計與實現(xiàn)
    4.1 引言
    4.2 現(xiàn)有波導(dǎo)圓極化器的局限
11模HPM圓極化器設(shè)計方法'>    4.3 TE₁₁模HPM圓極化器設(shè)計方法
11模HPM圓極化器數(shù)值模擬研究'>    4.4 TE₁₁模HPM圓極化器數(shù)值模擬研究
11模HPM圓極化器性能測試'>    4.5 TE₁₁模HPM圓極化器性能測試
    4.6 小結(jié)
第五章 HPM圓極化輻射系統(tǒng)
    5.1 引言
    5.2 HPM圓極化輻射系統(tǒng)構(gòu)建
    5.3 HPM圓極化輻射系統(tǒng)小信號測試
        5.3.1 HPM圓極化饋源測量
        5.3.2 HPM圓極化天線測量
    5.4 功率容量測量方法
    5.5 HPM圓極化饋源功率容量實驗研究
    5.6 圓極化HPM大氣擊穿實驗研究
    5.7 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文主要結(jié)論
    6.2 研究展望
參考文獻
致謝
作者簡介

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 侯民勝;秦海潮;;高功率微波(HPM)武器[J];空間電子技術(shù);2008年02期

本文編號：2860304