电-磁振子组合型超宽带天线数值分析new

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1、!第!"卷!第!期强激光与粒子束#$%&!"!’$&!!!())*年!月+,-+./012345124’6.427,831914:5;<=&!())*!文章编号!!!))!>?@(("())*#)!>)!)@>)?电!磁振子组合型超宽带天线数值分析"席晓莉!!!原艳宁!!!易超龙(!!汪文秉@"!"西安理工大学自动化与信息工程学院!西安*!))?A$!("西北核技术研究所!西安*!))(?$@"西安交通大学电信学院!西安*!))?"#!!摘!要!!采用857:,82/04#157B6,/电磁场数值计算软件

2、!对电>磁振子组合型超宽带"B09#天线结构参数与天线性能之间的物理关系进行了分析%电磁组合型天线的物理结构包括三部分&天线的馈电系统’71:喇叭辐射单元和电流环辐射单元%激励源采用高斯脉冲!边界为C层理想吸收边界".:3C#%仿真结果表明&组合天线的外导体屏蔽和电流环分别改善了不同频带内的端口参数$当电流环周长"!)DEF#约等于天线尺寸"D)EF#的(倍时!天线的反射能量较小!端口参数曲线平坦$天线的物理尺寸决定其辐射带宽!尺寸越大!低频辐射特性越好%!!关键词!!高功率微波$!B09天线$!组合型天

3、线$!电>磁振子$!857软件!!中图分类号!!7’A((&A!!!!文献标识码!!4(!>@)!!高效率’小型化是B09高功率微波天线的发展趋势%目前工程上常用的高功率B09天线有&71:(?>D)(C)(*>A)喇叭及其加载天线’双锥天线’抛物反射面天线等%这几类天线在实现高效率’小型化和宽频带方面都存在着一定的缺陷!例如传统的71:喇叭天线的低频反射严重!通过71:末端加载的办法可消弱71:喇叭在辐射过程中的反射振荡!有利于辐射场的脉冲波形保真!但其辐射效率不能得到有效提高$抛物反射面天线尺寸较大!

4、且馈源处理不好容易造成击穿$双锥天线的两个锥的边缘绕射比较严重!在宽频带范围内馈电匹配不容易!较难安装%(!)!!#&,&G$HIJ%JK首先提出了电>磁振子组合型B09天线的物理模型!并进行了时域和频域测量!给出了测量结果!但没有对此天线的辐射机理进行分析%本文从电>磁组合型天线的物理结构入手!采用时域有限积分的方法!对电>磁组合型天线的特性进行数值模拟!分析了天线的结构参数’电流环尺寸对天线端口参数和反射特性的影响及辐射带宽与天线尺寸的关系!为这种天线的设计和优化提供了参考依据%#!数值计算模型的建立

5、#&#!物理结构!!电磁组合型天线的物理结构包括三部分&天线的馈电系统’71:喇叭辐射单元和电流环辐射单元!如图!所示%图中!!为天线同轴馈电区$"为外导体板$#为电流环平衡调节器$$为71:喇叭上极板$%为71:喇叭下极板%71:喇叭辐射单元由上下两块夹角渐变的极板"$和%#构成!馈源输出端经一段平行板馈线与71:喇叭输入端相连%电流环的辐射单元由电流环平衡调节器#和B型外导体"构成!其周长!可以通过调节#与外导体的连接位置来实现%由于电流环的阻抗与尺寸有关!故可通过调节其周长改变组合天线输入阻抗%天线

6、采用D)&同轴线馈电%#&$!数值计算模型!!本文计算的天线尺寸为D)EFLD)EFLD)EF!即图!中"MD)EF%同轴馈电线的内外导体选择理想导体!直径分别为"FF和@)FF!填充介质为聚四氟乙烯!其!!"M)$金属板厚度为!EF%采用857NM(&)A:,82/04#157B6,/电磁场数值计算软件!剖分网格的初始大小设置为#*!)"#是按照仿真给出的激励脉冲频谱的中心频率计算的波长#!采用自适应网格加密技术!计算结束条件设置为相邻两次计算结果的端口反射系数"##差的绝对值小于(O或网格加密的次数大

7、于C"每次加密增加D)O的网格#%采用高斯脉冲激励!!!边界条件为C层理想吸收边界".:3C#!设置在离结构体#*A距离处%"收稿日期!())C>)C>!"$!!修订日期!())C>!(>!!基金项目!国家AC@计划项目资助课题作者简介!席晓莉"!"C*+#!女!副教授!主要从事天线设计和电波传播等方面的研究$PQPQ<$%Q’P@强激光与粒子束第%J卷!"#$%!&’()*’)(+,*-+.+/0’-++1+*’("*2!"#$;!

8、0-/(4347*/47)*’/(,*(++4.3#4+’"*5"6(3’/(*/.6"4+789:34’+443图;!喇叭模型图=!喇叭加外导体屏蔽模型图%!电2磁振子组合型89:天线结构!!在对组合天线模拟分析的基础上!分解组合天线!对分解后单独的喇叭模型"见图;#和喇叭加外导体屏蔽模型"见图=#进行模拟计算!并通过比较几种模型输入端口的反射系数!和端口的反射波形来分析各部分的%%作用$计算中电流环周长固定取%>?*.!激