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(jià)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(shí)驗(yàn)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(jì)依據(jù),在滿足天線對(duì)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(jì)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(chǎng)幅值分布較為均勻,降低了饋源介質(zhì)窗上的最大電場(chǎng)強(qiáng)度,提高了喇叭饋源的功率容量。其次,設(shè)計(jì)了GW級(jí)HPM圓極化器,通過(guò)漸變橢圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu),實(shí)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(diǎn),優(yōu)化設(shè)計(jì)了在線選模功率測(cè)量裝置和輻射場(chǎng)陣列測(cè)量裝置,為HPM圓極化輻射系統(tǒng)提供了功率容量測(cè)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(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究,成功實(shí)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(gè)方面:1.基于圓波導(dǎo)TE11模的模式簡(jiǎn)并特性和微波在橢圓波導(dǎo)中傳輸時(shí)兩個(gè)正交TE11模式相速不同的性質(zhì),通過(guò)優(yōu)化橢圓波導(dǎo)的長(zhǎng)短軸之比和橢圓波導(dǎo)的長(zhǎng)度等參數(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)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(wú)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(chǎng)強(qiáng)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(shí),介質(zhì)窗上的最大峰值電場(chǎng)強(qiáng)度是輻射線極化時(shí)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(jì)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(shí),所設(shè)計(jì)的饋源口面電場(chǎng)強(qiáng)度小于40 k V/cm,饋源輻射的初級(jí)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(duì)HPM喇叭饋源的指標(biāo)要求。4.開(kāi)展了HPM圓極化輻射系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)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(shí)介質(zhì)窗的功率容量約為1.5 GW;而對(duì)于相同的饋源介質(zhì)窗,線極化轉(zhuǎn)化為圓極化HPM饋入時(shí)介質(zhì)窗的功率容量不小于2.1GW,實(shí)驗(yàn)證明了通過(guò)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(shí)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(shí)測(cè)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(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN820
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)對(duì)照表
縮略語(yǔ)對(duì)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 HPM輻射技術(shù)中存在的問(wèn)題
    1.4 研究?jī)?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(wèn)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(chǎng)對(duì)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(wèn)題
        2.3.1 測(cè)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(jì)與實(shí)現(xiàn)
    3.1 HPM輻射系統(tǒng)對(duì)饋源的技術(shù)要求
    3.2 HPM喇叭饋源理論設(shè)計(jì)
    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(jì)
    3.5 HPM喇叭饋源性能測(cè)試
        3.5.1 小信號(hào)測(cè)試
        3.5.2 窄脈沖測(cè)試
        3.5.3 線極化功率容量實(shí)驗(yàn)
    3.6 小結(jié)
第四章 HPM圓極化器的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)方法'>    4.3 TE₁₁模HPM圓極化器設(shè)計(jì)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(cè)試'>    4.5 TE₁₁模HPM圓極化器性能測(cè)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(hào)測(cè)試
        5.3.1 HPM圓極化饋源測(cè)量
        5.3.2 HPM圓極化天線測(cè)量
    5.4 功率容量測(cè)量方法
    5.5 HPM圓極化饋源功率容量實(shí)驗(yàn)研究
    5.6 圓極化HPM大氣擊穿實(shí)驗(yàn)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(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介

【參考文獻(xiàn)】

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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(hào)：2860304