基于冲击脉冲辐射天线的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统

为给超宽带电磁脉冲效应机理与防护技术的研究提供实验平台,研制了一种基于冲击脉冲辐射天线(impulse radiation antenna,IRA)的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统,辐射系统由差分脉冲高压源、锋化开关、IRA和介质透镜等部分构成。设计中,差分脉冲高压源由基于氢闸流管的脉冲源驱动副边中心抽头的脉冲变压器实现;设计的紧凑型锋化开关高度仅为1 cm,开关间隙为1 mm,可嵌入IRA天线馈电点,开关最高工作气压可达3 MPa;基于菲涅尔定理设计了介质透镜,以校正锋化开关和绝缘变压器油对IRA天线辐射中心的影响,改善了天线的辐射特性;辐射系统可通过改变锋化开关的气压和充电电压调节系统辐射功率。测试实验表明辐射系统的主要技术参数如下:在时域,在天线主轴距离口径面5.5 m处辐射电场脉冲上升沿约为330 ps,幅值约为±8 kV/m,远场有效电势最高可达44 kV,辐射功率可调;在频域,中心频率为400 MHz,基于能量范数比定义的信号频带为80 MHz~1GHz,信号带比约为12.5,百分比带宽为170.4%。辐射系统能够为开展超宽带电磁脉冲效应阈值规律及防护技术的研究提供一个辐射功率可调的试验平台。

冲激辐射天线实现皮秒脉冲电场在人体大脑模型中聚焦的研究

采用三维电磁场仿真软件CST Microwave Studio建立长椭球型天线模型和介质透镜模型,研究皮秒脉冲经冲激脉冲辐射天线发射后在人体大脑模型中的聚焦特性。结果表明,传播至大脑组织深度6 cm处的电场能够保持输入波形的时域特性;皮秒脉冲能够进入大脑组织深度8 cm处,且此时形成的焦斑尺寸最小;不包含介质透镜和包含非损耗介质透镜时,形成的焦斑尺寸为1 cm×2 cm×1 cm,而引入损耗介质透镜后,形成的焦斑尺寸小于1 cm×1 cm×1 cm。研究结果从理论上证明了联合损耗介质透镜和单个冲激脉冲辐射天线能够实现皮秒脉冲在深部脑组织中的有效聚焦。

采用冲激脉冲辐射天线实现皮秒脉冲电场生物组织聚焦的仿真分析

为实现高强度ps脉冲电场在生物组织中的良好聚焦,仿真研究了冲激脉冲辐射天线(impulse radiatingantenna,IRA)的聚焦效果。结合前期研究成果,利用CST Microwave Studio软件建立了长椭球形IRA模型,仿真分析了其聚焦后电场在简易乳房组织模型中的传播规律。在此基础上,引入锥形天线模型,研究经锥形天线抵消主路径后IRA在生物组织中的聚焦特性。仿真结果表明:在具有低电导率的乳房组织模型中,天线在焦点处可以实现良好聚焦;当乳房组织的电导率增至0.5S/m时,其聚焦特性完全消失;引入锥形天线,当其距离生物组织边界为5cm时,可以实现IRA在较高电导率生物组织中的最优聚焦。

一种高功率共面馈电脉冲辐射天线的设计实验

设计了一种高功率共面馈电脉冲辐射天线。该天线馈源采用双组电大尺寸共面极板馈臂,将馈电点置于焦点处,与直径2.1m的抛物反射面相配合,实现超宽谱短脉冲的有效定向辐射。提出了一种由同轴输入到4端输出的高功率馈电巴伦,解决了高功率情况下同轴线到4馈臂共面馈电问题。对所设计天线进行测试实验,结果表明:在馈电脉冲宽度为450ps、峰值电压为142kV时,辐射因子达到800kV。

圆波导斜劈辐射天线的实验研究

为了使三腔渡越管振荡器高功率微波源的输出具有单向波束及线极化的辐射特性 ,设计了圆波导斜劈结构的伏拉索夫型天线。着重进行实验研究 ,给出了具体设计时应该考虑的因素以及实验情况。通过对圆波导前端模式变换器的同轴内导体长度的调节和鼻锥形状的选择以及各个部分的仔细分析 ,最后获得了较好的结果 ,证明了该天线的实用性和可靠性。

超宽带脉冲辐射天线的馈源设计与优化

为获得良好的超宽带特性和高增益特性,对脉冲辐射天线的馈源进行设计与优化.以梭形馈电臂结构为基础,通过电磁仿真着重研究了馈电臂边界形状和馈电臂间夹角对天线性能的影响,获得了各参数对天线性能的影响趋势及天线结构参数的最优值.对天线的实测结果表明,此脉冲辐射天线具有非常宽的阻抗带宽,其反射损耗低于-10,dB的频率范围达到0.97～18.8 GHz,同时天线具有较高的增益,在2～14 GHz范围内增益值为15.4～30.1 dB,测量结果与仿真分析吻合良好.该天线可以广泛地应用于超宽带通信、脉冲雷达等领域,具有非常广阔的应用前景.

冲击脉冲辐射天线辐射场计算及应用

根据由张量法得到的任意线天线电场计算公式,利用镜像法推导,得到冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式。应用该表达式计算冲击脉冲辐射天线应用于辐射波电磁脉冲模拟器的时域辐射场,并与数值计算进行比较,结果表明:解析计算得到的辐射场波形与数值计算结果吻合较好,因此,利用解析表达式可以方便地观察天线结构参数对天线辐射场波形的影响,从而选取合适的参数以产生符合标准要求的天线场波形。

2450MHz医用微波辐射天线的设计

设计了一种工作在2450MHz频率的新型的医用微波热疗天线。采用有限元数值分析方法针对人体肌肉组织微波热疗模型,对单极辐射天线和改进的挽袖圆顶辐射天线在肌肉组织中产生的电磁场分布及单位质量电磁能量吸收率(SAR)进行了模拟计算,并且比较了挽袖圆顶天线和挽袖天线在2-3GHz频率之间的S11值。结果显示:挽袖圆顶天线通过优化的挽袖结构,减少了天线的能量反射,能量的分布不会随天线插入组织深度的不同而引起变化,优化的顶部结构可得到更好的反射特性。

TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线性能比较

在反射面尺寸一定的情况下,优化设计了TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线,并对比了两种天线的辐射性能。分析了反射面型脉冲辐射天线的工作机理,通过准静态近似,分别得到了两种天线的远区辐射场解析解。通过理论求解,得到了两种馈源在反射面口径造成的场分布,为天线结构设计提供参考。通过分析不同脉冲宽度时两种天线的辐射情况,比较了这两种馈源性能的优劣。完成了上述两种GW级高功率高效率馈源的研制,并开展了对比实验,实验结果与理论分析相吻合。

超声显像对不同微波辐射天线热效应的研究

目的 评价不同微波辐射天线在肝脏微波热凝治疗中的热效应 ,为临床应用提供最佳选择。方法 选择制作工艺不同的 3种微波天线 ,用相同功率和不同时间 ,在猪肝内进行热凝 ,通过超声显像观察其热效应 ,测量凝固范围 ,作统计学分析。结果 外置介质套的微波辐射天线在热凝过程中 ,产生汽化、碳化较少 ,无粘连 ,凝固范围较理想。结论 微波在肝脏内的热凝作用不仅取决于微波发射的功率和时间 ,而且与微波辐射天线的制作工艺有很大关系。外置介质套的微波天线是目前肝脏热凝疗法的最佳选择。

卡塞格伦型脉冲辐射天线的高效设计

针对采用优化算法对卡塞格伦型脉冲辐射天线进行优化设计时效率低的问题,提出一种高效的时域设计方法。当天线的馈源已确定,且为对称结构时,利用该方法可快速确定馈源的近似辐射中心和辐照角,使卡塞格伦天线系统在轴向获得高增益,即轴向远场冲击脉冲峰值最高。该方法只需对馈源进行一次时域仿真计算,相较于采用优化算法,可大幅度减少优化设计时间,节约计算资源。以一变形TEM喇叭作为馈源的卡塞格伦型脉冲辐射天线设计为例,对比验证了文章所提方法的有效性。

冲激脉冲辐射天线在生物组织中聚焦特性的仿真分析

通过特殊设计的超宽带冲激脉冲辐射天线(IRA)将高强度ps电场脉冲靶向聚焦于肿瘤组织,可以在ps电场脉冲的作用下诱导肿瘤细胞凋亡,从而实现肿瘤的无创治疗。为此,充分考虑无创治疗的实际情况,分别通过Ansoft HFSS软件仿真和建立数学模型的手段,以生物组织内的皮下肿瘤为靶向目标,对冲激脉冲辐射天线在生物组织中聚焦特性进行了研究。研究发现:冲激脉冲辐射天线辐射ps电场脉冲在生物组织靶向焦点区域聚焦时,在空间上,ps电场脉冲分散分布在x轴远离靶向焦点的区域;在时间上,ps电场脉冲到达x轴聚焦时具有较大的时间差,从而难以在生物组织内形成有效聚焦。为了改善ps电场脉冲在生物组织中的聚焦效果,从理论分析以及公式推导发现:可在天线内填充与生物组织介电常数相近的耦合介质来解决冲激脉冲辐射天线与生物组织的匹配,以实现ps电场脉冲在生物组织内的有效聚焦。

有源球形偶极子辐射天线馈电方式对方向特性的影响

文章借助于有限元法对有源球形偶极子辐射天线在不同馈电方式下的方向特性进行了较为详细的仿真计算,并与实测结果进行比较,得到了基本一致的结论,对相关天线的设计具有良好的指导意义。

防辐射天线走俏市场

防辐射天线走俏市场由信息公司雷康高科技公司研制生产的手持电话防辐射天线投放市场后悄然走俏。随着经济的发展，手持电话越来越普及。但经世界各国科学家检测，长期使用手持电话，其天线的电磁辐射可引起使用者的多种头部疾病。为此，全国都在研制防辐射天线。雷康公司...

双反射面超宽带高功率微波辐射天线

传统的前馈式抛物面天线辐射方式，存在馈线较长、不能沿天线轴线摆放馈线以及不方便天线旋转等缺点。随着天线口径的增大，这些不足之处对天线性能的影响越来越大，因此有必要研究采用双反射面方式实现超宽带高功率微波辐射。

高功率微波系统中脉冲辐射天线的研究

高功率微波系统在高能物理、国防军事以及电磁干扰等领域有着重要应用,其中脉冲辐射天线的研究属于高功率微波系统深入研究的一部分,同样的对于相关领域行业的发展有着明显的推动作用。本文主要探讨的是高功率微波系统中脉冲辐射天线的研究,全文在具体展开论述中首先分析了国内外高功率微波系统中脉冲辐射天线的研究现状,其次分析了时域脉冲天线理论的性能参数研究,最后分析了高斯信号激励下的天线性能研究。

试析超宽带脉冲辐射天线的馈源设计与优化策略

超宽带脉冲辐射天线的馈源能够进行优化,是获得良好的超宽带性和高增益性的重要手段之一。目前,学术界上对于馈源设计的研究主要集中在梭形馈电臂结构的基础上,通过电磁仿真来探究馈电臂边界形状与馈电臂间夹角对天线性能的影响,以此分析出天线性能的影响因素,获取天线结构参数的最优值。而研究表明,优化了的脉冲辐射天线具有较宽的阻抗带宽,能够有效降低其反射损耗,同时提高天线的增益,因此,优化后的天线能够广泛应用于超宽带通信、脉冲雷达等领域,在未来的发展应用前景较为广阔。

基于均匀分布偶极子的天线辐射场建模方法

针对雷达观测目标近场电磁散射的天线相关问题,发展了基于偶极子模型的天线辐射场建模方法。偶极子模型包括电偶极子与磁偶极子,其位置均匀分布于天线辐射口面,通过偶极子辐射场坐标变换和天线辐射场球面波展开(spherical wave expansion,SWE),建立了偶极子参数与天线辐射场SWE系数之间的线性矩阵方程,并采用奇异值分解(singular value decomposition, SVD)方法实现了偶极子参数的最小二乘估计。对喇叭天线、波导缝隙天线和微带贴片阵天线进行偶极子建模实验,建立了这三种天线辐射场建模误差小于1%的等效偶极子模型,通过对等效偶极子模型预测任意观测距离天线辐射场精度的评估,验证了基于均匀分布偶极子建模天线辐射场的有效性。

生物医用冲激脉冲辐射聚焦天线的设计与优化

ps级电场脉冲的宽度远小于生物组织的细胞核膜与细胞膜的充电时间常数(几十纳秒和几百纳秒),且具有丰富的超宽带频谱(几乎从直流到GHz),因而具有很高的时间分辨率和空间分辨率。文章提出一种由同轴TEM馈电的圆锥结构与椭球面反射器组成的超宽带冲激脉冲辐射天线,通过冲激脉冲辐射天线将高强度皮秒电场脉冲传输至生物组织浅层靶点位置形成有效的聚焦。仿真分析了4种模型在不同条件下聚焦区域的电场分布,并对天线结构进行了优化选择。结果显示该天线在焦点区域的电场分布保持了输入脉冲的冲激特性,电压驻波比小于2,且具有稳定的增益和场方向图,x轴方向电场分布的半峰带宽小于20mm,y轴和z轴方向小于10mm。

塔架环境下运载火箭天线耦合辐射仿真研究

运载火箭无线系统在发射场塔架内测试时的信号辐射十分复杂,为进一步研究整箭状态下的天线辐射特性特别是多天线的耦合辐射,借助UG建模技术和Altair Hyper Works 2017电磁兼容仿真平台,构建塔架-箭体复杂环境下的多天线模型,基于MOM-PO(method of moments-physical optics)混合算法,划定不同计算区域进行不同尺度剖分,实现快速精确求解多个天线耦合辐射电磁参数,并通过试验验证了仿真模型的有效性,拓展研究了单路和多路天线馈电下的近场和远场分布规律。仿真结果分析表明:地面接收天线适合布置在正对活动平台透波口位置;可将其他频段接收天线布置在靠近平台两侧位置;考虑复杂环境绘制的箭上耦合天线方向图可提升地面仿真的覆盖性。