2010-宽带高功率贴片天线优化设计与实验

宽带高功率贴片天线优化设计与实验

２卷第１０期　第２０１０年１０月　２

强激光与粒子束

ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ

Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．１０　

，Ｏｃｔ．２０１０　

文章编号：（）００１４３２２２０１０１０２３８８０５　１

宽带高功率贴片天线优化设计与实验

２

徐　刚１，，　廖　勇２，　谢　平２，　张现福２，　孟凡宝２，　唐传祥１



（清华大学工程物理系，北京１中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川绵阳６）１．０００８４；２１９００　２．

并进行了高功率实验研究。采用Ｔ００ＭＨｚ的宽带高功率贴片天线，ａｕｃｈｉ　　摘　要：　研制了中心频率为３ｇ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６最大增益８．０．２％，１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ｄＢ。为提高其功率容量，

实测带宽达到６馈入峰值８辐射因子达到论计算吻合，４．２％。高功率实验中，９ｋＶ和－８１ｋＶ的双极的脉冲，等效峰值辐射功率为１辐射场频谱的３ｄ实测能量方向图与模拟结果相符，７５．２ｋＶ，８８．５ＭＷ，Ｂ带宽为４６％，半能量角宽约为９。０°

　　关键词：　宽带高功率微波；　贴片天线；　优化设计；　带宽；　辐射因子；　能量方向图：／８２　　　　文献标志码：狅犻１０．３７８８ＨＰＬＰＢ２０１０２２１０．２３８８　　中图分类号：　ＴＮ　Ａ　　犱

［１１０］

。它的时域波形为衰减的振荡脉冲，与传统窄带　　宽带高功率微波是目前高功率微波研究的一个热点

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１１］

且耦合进入电子系统的效率比高频微波高［，所以在电磁兼中心频率均位于１００～８００ＭＨｚ的较低频段内，

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入情况下进行了初步实验。

１　发展现状

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　　作为核电磁脉冲模拟器以及电磁兼容、

一种是由Ｃ．Ｅ．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：

３］

／产生振荡脉冲并辐射［，Ｂａｕｍ提出的采用开关激励的低阻抗１４波长同轴线与高输入阻抗的天线直接连接，［］［］

如美国空军实验室的Ｍ另外一种方式就是将脉冲功率ａｔｒｉｘ系统５和美国与瑞士联合研制的ＯｓｃＡｎｔ装置６；

源产生的快脉冲直接馈入自振荡天线，如德国ＤＳ１１０系统的多匝圆环天线。而其余较多的是对单锥或锥振子充

［］１０

位于锥顶的火花隙开关导通使天线产生自振荡，如Ｄ，。这些宽带高功率脉电后，Ｓ３５０ＲＡＳＳ和ＣＨＷＳ等装置７］１２

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［

犌ｒａｄ＝

式中：狉犝ｄ为驱动脉冲源的电压。ｅ为辐射因子；

狉ｅ

犝ｄ

（）１

表１　高功率宽带脉冲辐射器发展现状

犜犪犫犾犲１　犇犲狏犲犾狅犿犲狀狋狊狋犪狋狌狊狅犳犺犻犺狆狅狑犲狉狑犻犱犲犫犪狀犱狉犪犱犻犪狋狅狉狊狆犵

ｄｅｖｉｃｅ

（）ＭａｔｒｉｘＵ．Ｓ．（）ＯｓｃＡｎｔＵ．Ｓ．Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

（）ＤＳ１１０Ｇｅｒｍａｎ

（）ＤＳ３５０Ｇｅｒｍａｎ（）ＲＡＳＳＡｕｓｔｒａｌｉａ）ＢＡＥ（Ｕ．Ｋ．（）ＣＨＷＳＣｈｉｎａ

／ｄｒｉｖｅｐｕｌｓｅｋＶ

１５０５０４００１０００２００５０７１

／狉ｋＶｅ

９０１８１２５３００６０　２８

／％ｂａｎｄｗｉｄｔｈ

１０１５３０５０２６０＜１１３

ａｎｔｅｎｎａｓｉｚｅ３．７ｍ×１．９ｍ×１．５ｍ０．５６ｍ×０．５６ｍ×１．３５ｍ０．１５ｍ×０．１５ｍ×０．４０ｍ０．４ｍ×０．４ｍ×１．５ｍ０．３ｍ×０．３ｍ×０．４ｍ０．３ｍ×０．３ｍ×０．５ｍ０．３５ｍ×０．３５ｍ×０．２０ｍ

ｒａｄｉａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｇａｉｎ

０．６００．３６０．３１０．３００．３０

—０．３９

２００９０７１０；２０１００２０３收稿日期：　　修订日期：

作者简介：徐　刚（，男，博士研究生，从事高功率微波研究；１９８４—）ｘｕａｎｔｈｕｍａｉｌ．ｃｏｍ。＠ｇｇｇ

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