高功率高效率开口波导阵列天线设计与实验

针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求,提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成,通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条,使得辐射口面的电场分布更为均匀,提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换,同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态,提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求,优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列,仿真结果表明其在9.25~9.65 GHz范围内口径效率均大于90%,反射系数均小于-13.9 dB。对天线进行了加工测试,测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好,中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍,仿真得到的真空中功率容量为40 MW,具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。

矩形开口波导天线特性的数值模拟

利用电磁场模拟软件模拟了BJ100矩形开口波导的增益特性,探讨了法兰和波导长度对矩形开口波导增益的影响,得出了开口波导增益随波导长度以半波长为周期振荡的规律。为了减小增益随频率的振荡,抑制法兰对开口波导增益的影响,采用在波导外壁宽边贴覆吸波材料的办法。数值模拟表明:在波导外壁宽边贴上吸波材料后,增益随频率振荡的现象减弱或消失,矩形开口波导方向图的主瓣变宽,中心的增益值最大,满足高功率微波辐射场测量中使用的要求。

开口波导有效接收面积的测量

讨论了用开口波导N5作为接收天线的有效面积的测量,给出了测试的原理和方法,并给出了该开口波导的有效接收面积与频率的关系的测试结果。将测试结果与俄国人标定的结果进行了比较。结果表明测试结果是可信的,为准确测试高功率微波源的输出辐射场功率提供了必要条件。该测试方法也适用于其他天线的增益和有效面积的测量。

开口波导法无损测量微波集成电路基片复介电常数

提出一种测量微波集成电路基片复介电常数的新方法。通过测量贴于开口矩形波导外的介质基片的反射系数，可计算得基片的介电常数和损耗角。经过理论分析，给出求解复介电常数的计算公式和优化算法。对一些基片的复介电常数进行了实际测量，结果表明该测量方法运算量小，精度高，且具有设备简单，不需对样品进行特殊加工或破坏样品等优点。

基于“终端开口波导法”相对介电常数的CAT

针对电介质介电常数的传统测量方法对试样形状要求严格和对有生命物质不易实现等方面的弊端 ,本文研究了终端开口波导法确定电介质相对介电常数εr 的测量原理和方法 ,给出了计算εr 的拟合解 ,并在自行设计的微波CAT (ComputerAidedTest)系统上实现了自动测量 .实验结果表明 ,该方法原理清晰、测试简捷、精度较高 。

矩形开口波导的数值分析

用矩量法(MOM)导出求解矩形开口波导口面等效磁流的公式,并在此基础上计算波导不同频率处的驻波系数、辐射方向图等参数。给出了BJ-100,BJ-58两种开口波导的计算结果,并据此讨论了等效磁流中不同模次所占的比例。计算结果表明,MOM计算结果与测试数据吻合良好。对单波导,口面分为5个窄条、每窄条基函数展开至5次即可较准确地算得驻波系数和辐射方向图等参数。

Ka波段一体化开口波导阵列天线设计

针对波导缝隙天线阵工作带宽较窄、通常无法满足雷达系统的大带宽需求的问题,设计了一种Ka波段一体化开口波导阵列天线。天线由开口波导辐射器、功分器和校正网络经一体化设计,具有便于和有源器件集成、结构紧凑及重量轻等优点。实测证明：VSWR≤2带宽覆盖33.3~40 GHz（18.3%）;天线阵H面扫描角度达到±18°;设计思路和设计方法具有很好的可扩展性。

上港集团沪东公司“开口波导无线通讯系统”项目获国际发明展金奖

沪东公司积极响应集团创新驱动、转型发展目标,紧紧围绕集团智慧港口、绿色港口、科技港口、效率港口的建设,指导工程技术部坚持以创新工作室为依托,组织青年员工积极投身创新创效活动,并取得了骄人的成绩。

开口波导有效接收面积的测量

高功率微波功率测量的基本思想是将高功率降为低功率来进行测试，空间辐射场测量方法是基于该思想的功率测量方法之一。空间辐射场测量方法是通过测量接收天线接收的辐射场功率来测量微波源的功率，该方法需要已知接收天线在特定频率下的有效接收面积，以便计算出辐射源的功率。对于标准接收天线的有效面积，可以采用近似值来代替接收天线的有效面积，但是测量结果误差较大，因此，为了准确测量辐射源的功率，

Ku波段一体化开口脊波导阵列天线

设计了一种集成内校正通道的Ku波段一体化开口脊波导阵列天线,由底部的同轴连接器馈电,经渐变阶梯状的过渡匹配段同轴波导变换,并压缩波导截面尺寸以实现宽带二维宽扫性能。在开口脊波导底部设置耦合槽和校正波导,形成内校正通道,并将馈电连接器偏置,使一条校正波导可以耦合相邻的两列天线单元,实现了高集成度一体化设计。设计制造了8×8单元的天线阵面,实测结果表明,该天线驻波小于2的相对带宽为14%,可实现二维±60°的宽角扫描,天线增益约21.8dB,辐射效率81.7%。该天线具有宽带、二维宽扫、结构紧凑、高集成度等优点,且实现了小单元间距相控阵天线的内校正功能。

利用开口矩形波导探头进行热障涂层微波检测的参数优化设计

利用CST微波工作室(computer simulation technology microwave studio)仿真研究用矩形波导作为探头检测热障涂层厚度的可行性,并对波导探头进行仿真计算,分析提离距离对反射系数幅值和相位差的影响.结果表明,在特定的提离距离时利用反射系数的幅值和相位差都可良好地表征涂层的厚度。

低耗低剖面单层波导阵列天线研究

新型单层波导阵列天线具有低耗、低剖面、结构紧凑、实用性强等诸多优点,在毫米波甚至太赫兹无线通信领域具有巨大应用潜力,是当前的研究热点。文章首先介绍了用于构建波导阵列天线的几类波导馈电网络的特点,指出E面波导馈电网络在毫米波应用领域的优势,接着针对E面波导在单层并馈波导阵列天线和Butler矩阵多波束阵列天线方面的研究展开叙述,最后给出了可应用在单层波导阵列天线中的开口波导辐射单元在实现多频和圆极化等不同功能上的最新研究进展。文章对于低耗低剖面单层波导阵列天线的发展及其应用具有参考价值。

一种新型波导口单脉冲天线设计

提出了一种新型波导口单脉冲天线阵设计,分别给出了驻波曲线和辐射方向图的测试结果。该天线辐射单元采用呈90°结构的小型化波导口形式,通过底部的馈电倾斜缝馈电实现阵面的锥削分布要求,克服了传统波导缝隙天线设计复杂及对加工精度要求高的缺点,实现较为简单。采用理论与实验相结合的方法分析了测试结果与仿真结果差距较大的问题,去除了较为敏感的短路块结构,综合考虑工程可实现性及电性能两个方面,对辐射单元进行了二次优化设计并完成了天线实物加工。实验结果表明,该天线具有2.7%的带宽(驻波不大于2),-20 d B副瓣性能和45%的辐射效率,实现了与传统波导天线相当的单脉冲性能,为波导天线设计提供了一种新的方法,在弹载星载领域具有较广泛的工程应用前景。

与人体接触波导探头微波反射特性的 FDTD 分析

采用ＦＤＴＤ法分析开口矩形波导探头直接与人体表层接触时的微波反射特性及皮下肿瘤的存在对其反射特性的影响。人体组织采用简化的双层模型，由外皮肤层和半无限大脂肪层组成，脂肪层中的肿瘤则近似看成球状物。鉴于肿瘤组织和正常组织介电特性的差异性，皮下组织介电特性的变化可以通过测量反射系数反映出来。分析了肿瘤大小和深浅对探头反射系数灵敏度的影响。数值结果表明，反射系数对肿瘤的存在是非常敏感的，据其可以确定肿瘤存在的位置。该方法可应用于皮下肿瘤尤其是乳腺癌的普查和早期诊断。

宽带毫米波相控阵波导辐射器设计

设计一个结构紧凑的毫米波开口波导辐射器,为方便与发射/接收模块匹配,采用同轴探针馈电方式。利用等效电路方法,设计三级脊波导台阶过渡结构,改善天线阻抗匹配,增加天线带宽。采用Ansoft HFSS仿真软件进行建模仿真和设计优化,并根据结果完成样件加工。产品测试结果与仿真结果相符,天线单元带宽大于4GHz,带宽范围内天线单元增益大于6.9d B,满足应用要求。

矩形栅格波导阵列单元的阵中特性

根据等效原理,用矩量法(MOM)导出求解仅激励中心单元条件下矩形栅格开口波导阵列各单元口面等效磁流的模型,在此基础上给出了激励单元的内部场、耦合场、反射系数、驻波系数,激励波导与阵中其他波导的耦合系数,以及远区场等阵中特性的计算公式。在不同工作频率下计算了一7单元×7单元开口波导矩形栅格阵中激励单元的等效磁流和阵中方向图,以及激励单元与阵中其他单元的耦合系数。研究表明:互耦对单元的阵中特性影响明显,阵中驻波系数明显大于孤立单元,单元间的耦合随工作频率增大而减弱。

一种异形结构的低剖面单脉冲阵列天线

本文提出了一种基于异形结构的Ku波段低剖面单脉冲波导阵列天线。该阵列天线由开口波导辐射槽层、一分四耦合腔层以及不等分馈电网络层组成。采用空气波导结构和全并馈网络以实现宽带和高增益性能。阵列天线共有四组子阵列,对应四个输入口,从而实现了方位面和俯仰面的和差波束生成。此外,该设计还具有异形口径的阵列拓扑结构和9 mm的低剖面优势,可以满足实际工程的需求。由HFSS仿真结果表明,所设计的天线阵列回波损耗低于-10 dB的带宽范围为15.3 GHz-22 GHz,此带宽内天线的最大增益为26.8 dBi,口径效率最高可达到85%,具有较好的天线性能。

基于曲面拟合无损测量复介电常数方法

论述了一种无损快速的测量物质复介电常数的微波方法,采用终端开口波导与待测物质表面直接接触测量复反射系数,利用matlab建立可视化操作界面,使用标准样品得到多项式函数的拟合系数,直接在操作界面上输入待测介质的反射系数模值与相位,调用保存的拟合系数即时得到介质的复介电常数,经实验论证,该方法精确而实用,具有较好的实用价值。

光调制散射器在近场测试中的应用

给出以互易原理为基础的光调制散射器测量法的理论推导,采用光电二极管光导开关作为散射器中间部分的光调制单元,设计出了实用的光调制散射器微波测量系统。并利用光调制散射器测量开口波导轴线的近场分布结果,与HFSS仿真结果比较具有良好的一致性。

基于2种不同单元形式的相控阵天线设计比较

对相控阵天线的二维相扫、波束控制、栅瓣、波束展宽等关键点进行了讨论,并结合某型产品设计了2组阵面。通过仿真计算和实物实测,对开口波导单元和印刷振子单元以及2种不同单元各自组阵的情况加以比较,阐明两者之间的优缺点及在不同领域的应用,为后续工程应用提供了参考和支撑。