超宽带介质加载天线的研究

论文摘要

超宽带高功率电磁脉冲技术具有脉冲前沿上升时间短、峰值功率高、工作频带宽等特点,具有很高的军事和民用应用价值。TEM喇叭天线是典型的超宽带脉冲辐射天线之一,具有超宽带、稳定的定向性等特点,本文将针对TEM喇叭天线性能的提高做深入研究。本文简要介绍了超宽带电磁脉冲天线的发展状况,给出了几种常见的电磁脉冲天线,将天线特性进行比对,确定TEM喇叭天线作为本文的研究对象。介绍了超宽带天线的辐射信号和天线的相关性能指标,从辐射特性、频率响应及阻抗特性三个方面分析了TEM喇叭天线的基本理论。分析了介质加载喇叭天线的基本理论,对介质加载TEM喇叭天线做了深入研究,设计了介质填充、口面拉伸、球面加载三种介质加载型TEM喇叭天线,并利用CST Microwave Studio?软件进行了仿真分析。首先,设计了介质填充式加载TEM喇叭天线,采用介质加载后可以有效地降低天线工作频率,提高天线增益,天线带宽为5GHz-64GHz,最高增益为18dB;利用介质杆天线的思想,设计了口面拉伸介质加载TEM喇叭天线,带宽为5.7GHz-65.4GHz,最高增益为18.7dB,天线特性得到进一步改善;在口面拉伸型天线的基础上,结合球面介质透镜的工作原理,设计了球面加载TEM喇叭天线,带宽为4GHz-66GHz（倍频带宽为16.5:1）,最高增益为24.1dB,与传统TEM喇叭天线相比,工作带宽提高了65%,最高增益提高了50%。最后,结合已分析的介质加载TEM喇叭天线特性,提出了一种超宽带、小型化TEM喇叭天线——离散介质条加载TEM喇叭天线。该天线的金属板具有双顶角结构,同时按照指数曲线进行弯折以实现小型化的效果,并采用介质加载技术提高天线增益。制作了天线实物,并在微波暗室中进行了天线性能测量,测得天线的工作带宽为0.68GHz-6.9GHz,与传统TEM喇叭天线相比,天线的最低工作频率下降了55%,实现了小型化的设计目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 双锥天线
• 1.2.2 领结型天线
• 1.2.3 TEM喇叭天线
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 超宽带TEM喇叭天线的理论分析
• 2.1 超宽带脉冲信号
• 2.1.1 超宽带脉冲信号的时域和频域特征
• 2.1.2 常见超宽带脉冲信号
• 2.2 超宽带天线的特性指标
• 2.2.1 辐射方向图F（θ,φ）
• 2.2.2 方向性系数
• 2.2.3 天线效率
• 2.2.4 增益
• 2.2.5 带宽
• 2.3 标准TEM喇叭天线的理论模型
• 2.3.1 TEM喇叭天线的辐射特性
• 2.3.2 TEM喇叭天线的频率响应
• 2.3.3 TEM喇叭天线的特性阻抗
• 2.4 本章小结
• 第3章 介质加载TEM喇叭天线的研究
• 3.1 介质加载喇叭天线的基本理论分析
• 3.2 传统TEM喇叭天线的设计
• 3.2.1 天线结构的设计
• 3.2.2 天线性能的分析
• 3.3 介质加载TEM喇叭天线的设计
• 3.3.1 介质的选择
• 3.3.2 介质填充TEM喇叭天线的设计
• 3.3.3 口面拉伸介质加载TEM喇叭天线的设计
• 3.3.4 球面介质加载TEM喇叭天线的设计
• 3.4 几种介质加载天线的性能特点
• 3.5 本章小结
• 第4章 TEM喇叭天线的小型化设计与研究
• 4.1 TEM喇叭天线设计的一般步骤
• 4.2 指数渐变型TEM喇叭天线
• 4.2.1 TEM喇叭天线基本结构的设计
• 4.2.2 TEM喇叭天线的板间距渐变曲线的设计
• 4.2.3 指数渐变型TEM喇叭天线的优化设计
• 4.3 介质加载指数渐变型TEM喇叭天线
• 4.3.1 介质填充指数TEM喇叭天线
• 4.3.2 介质条加载指数TEM喇叭天线
• 4.3.3 离散介质条加载指数TEM喇叭天线
• 4.4 本章小结
• 第5章 天线的实验研究
• 5.1 离散介质条加载TEM喇叭天线的制作
• 5.2 离散介质条加载TEM喇叭天线的测量与分析
• 5.2.1 阻抗特性
• 5.2.2 方向图
• 5.2.3 增益
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢