宽带高功率贴片天线优化设计与实验

第２２卷第１０期

２０１０年１０月

文章编号：

强激光与

ＡＮＤ

粒子束

ＶｏＩ．２２，Ｎｏ．１０

０ｃｔ．。２０１０

ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲ

ＰＡＲＴＩＣＩ。ＥＢＥＡＭＳ

１００１—４３２２（２０１０）１０—２３８８—０５

宽带高功率贴片天线优化设计与实验’

徐

刚１’２，

廖勇２，谢平２，

张现福２，

孟凡宝２，

唐传祥１

（１．清华大学工程物理系，北京１０００８４；２．中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川绵阳６２１９００）

摘要：研制了中心频率为３００ＭＨｚ的宽带高功率贴片天线，并进行了高功率实验研究。采用Ｔａｇｕｃｈｉ全局优化算法对双层贴片天线的结构参数进行优化设计，使其驻波比小于３的带宽达到６０．２％，最大增益８．１ｄＢ。为提高其功率容量．对贴片、介质基底和馈电结构进行了改进和相应的绝缘设计。小信号测试结果与理论计算吻合，实测带宽达到６４．２％。高功率实验中，馈入峰值８９ｋＶ和一８１ｋＶ的双极的脉冲，辐射因子达到

７５．２

ｋＶ，等效峰值辐射功率为１８８．５Ｍｗ，辐射场频谱的３ｄＢ带宽为４６％，实测能量方向图与模拟结果相符，

半能量角宽约为９０。。

关键词：

宽带高功率微波；贴片天线；优化设计；带宽；文献标志码：

Ａ

辐射因子；能量方向图

中图分类号：ＴＮ８２ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＩ。ＰＢ２０１０２２１０．２３８８

宽带高功率微波是目前高功率微波研究的一个热点［１。１引。它的时域波形为衰减的振荡脉冲，与传统窄带和超宽带高功率微波相比，兼顾了较宽频谱和较高谱功率密度的特点。目前已研制的宽带高功率辐射装置的中心频率均位于ｉ００～８００ＭＨｚ的较低频段内，且耦合进入电子系统的效率比高频微波高¨¨，所以在电磁兼容和高功率微波效应研究领域的应用具有较大研究价值。本文介绍了目前国内外宽带高功率辐射装置中天线的发展现状和特点，提出了采用底剖面、高增益的贴片天线作为辐射器，通过采用双层贴片形式增大带宽，以及对馈电结构、上下介质层之间加围壁构成天线罩等方式来提高其功率容量，优化设计了适于高功率宽带电磁脉冲辐射的贴片天线，并在小信号和高功率双极脉冲馈人情况下进行了初步实验。

ｌ

发展现状

作为核电磁脉冲模拟器以及电磁兼容、宽带高功率微波效应研究的微波源，许多国家从２０世纪９０年代开

始就对宽带高功率微波做了大量研究。目前已研制出的辐射装置主要采用２种技术路线：一种是由Ｃ．Ｅ．Ｂａｕｍ提出的采用开关激励的低阻抗１／４波长同轴线与高输入阻抗的天线直接连接，产生振荡脉冲并辐射¨］，如美国空军实验室的Ｍａｔｒｉｘ系统［５３和美国与瑞士联合研制的Ｏｓｃ—Ａｎｔ装置［６３；另外一种方式就是将脉冲功率源产生的快脉冲直接馈入自振荡天线，如德国ＤＳｌｌ０系统的多匝圆环天线。而其余较多的是对单锥或锥振子充电后，位于锥顶的火花隙开关导通使天线产生自振荡，如ＤＳ３５０，ＲＡＳＳ和ＣＨＷＳ等装置口‘１０｜。这些宽带高功率脉冲辐射装置的主要参数如表１所示，其中宽带脉冲辐射装置的辐射性能可用辐射因子增益来衡量，定义为ｍ］

Ｇｍ户瓦ｒｅ

式中：＾为辐射因子；Ｕ。为驱动脉冲源的电压。

裹ｌ

Ｔａｂｌｅ１

（１）

裔功率宽带脉冲辐射器发展现状

ｓｔａｔｕｓ

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ｏｆ

ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｗｉｄｅｂａｎｄ

ｒａｄｉａｔｏｒｓ

＊收稿日期：２００９—０７—１０；修订日期：２０１０—０２—０３

作者简介：徐剐（１９８４一），男，博士研究生，从事高功率微波研究；ｘｕｇａｎｇｔｈｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｒｎ。

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