Ku波段TM01模介质透镜加载天线

随着高功率微波技术的发展,适用于辐射高功率轴对称模的天线备受关注。基于一般圆锥喇叭天线多用于TE11模的辐射,对TM01的辐射存在缺陷,针对高功率、小型化、较高增益以及最大辐射方向在天线轴向的要求,提出一种多扇区介质透镜天线,介质采用扇形台阶的形式加载在喇叭天线口径的前端,可以进行相位补偿,并使得天线的方向性变好。利用HFSS仿真软件分析表明,所设计的Ku波段的透镜天线具有较好的方向性和增益。

宽带四臂TM01模行波耦合器电气及结构设计

中继卫星需要对用户星进行自跟踪,以保证点对点的通信畅通;差模耦合器是其星间链路天线实现自跟踪的核心部件。文章给出了一种结构相对紧凑的四臂TM01模行波耦合器的电气及结构设计,满足了星间链路天线自跟踪功能的需求。

圆波导TM_(01)模激励的加平行板圆锥喇叭的理论分析与实验结果

用解析公式对由圆波导TM01模激励的加平行板圆锥喇叭辐射场进行了分析,并采用有限元软件分析了该天线在不同频率的辐射场﹑反射系数。理论分析与实验结果表明,由圆波导TM01模激励的加平行板圆锥喇叭辐射轴向为极大值的线极化的远场方向图,在频率为5GHz时增益大于21dB,辐射效率约93～94%。

利用多扇区介质透镜得到TM_(01)模激励的圆锥喇叭笔形波束辐射

给出了一种改善TM01模辐射特性的方法,由不同厚度的扇区组成的介质透镜放置于圆锥喇叭 口径处,适当地选择各个扇区的厚度,从而产生圆极化的轴向为极大值的远场方向图。推导出了该天线辐射场 的解析公式,解析结果与数值模拟有较好的吻合。当工作频率为5GHz时,天线的增益达19.6dB,口径效率 31.3%,具有15.8%的带宽(反射系数S11<0.2),且适合于高功率辐射。

圆波导TM_(01)模激励加多扇区介质透镜圆锥喇叭的时域分析

提出了一种改善TM01模辐射特性的方法,即将具有不同厚度扇区的介质透镜放置于圆锥喇叭口径处,给出了该天线辐射场的解析公式,并结合完全匹配层(PML)吸收边界的时域有限差分法(FDTD)分析了天线的辐射场、反射系数及场分布。实验结果与理论分析一致,因此,选择适当的介质厚度,由圆波导TM01模激励的加多扇区介质透镜圆锥喇叭辐射圆极化轴向为极大值的远场方向图,得到较高的增益。

单脉冲跟踪TM_(01)模耦合器的设计

单脉冲跟踪是天线自动跟踪技术研究中的关键技术之一。介绍了一种广泛应用于单脉冲跟踪天线中的宽频带TM01模耦合器,详细分析了TM01耦合器的跟踪原理和设计方法。应用HFSS仿真软件设计了工作于C频段的TM01模耦合器,通过理论分析得到波导腔体和耦合部分的尺寸初值,进行整体仿真优化,完成设计并给出仿真结果。仿真结果表明,该TM01耦合器在3.6~4.2 GHz的带宽内,驻波比小于1.1,TM01模的耦合度大于-8 dB,TM01模和TE11模之间隔离度大于35 dB,高次模抑制度大于52 dB,满足单脉冲跟踪的要求。

圆波导TM_(01)-TE_(11)模式变换器

提出了一种在圆波导中添加金属分割片及半边金属管壳的结构以实现圆波导TM01-TE11模式转换。通过金属分割片将圆波导分成两个半圆区域:其中一个半圆区域为空波导,另一半圆区域为填充一定厚度金属管壳的空波导。在S波段对设计的中心频率为2.8GHz的物理模型进行数值模拟与实验研究,模拟结果表明:在中心频率2.8GHz转换效率为99.56%,反射率低于0.01;在2.716～2.946GHz频带内转换效率大于90%,S11小于-10dB。实验中测试到的S11参数与模拟结果基本一致,证明了该变换器技术方案的可行性和模拟结果的正确性。

一种新型慢波结构TM_(01)-TE_(11)模式转换器的数值模拟

设计了一种新型L波段慢波结构式圆波导TM01-TE11模式转换器,该转换器的尺寸为15.0cm×40.8 cm,通过金属分割片将圆波导分成两个180°区域并在其中一个区域内设置半环形慢波结构。当TM01入射时,在两个区域内激励起扇形波导TE11模式,由于慢波结构的存在,该模式在两个区域内的传播常数不一样。适当调节慢波结构的参数,可使两个区域内传输的扇形TE11模式在金属分割片尾部相位相差180°,这两个扇形TE11模式耦合成为圆波导TE11模式输出,实现模式转换。建立数值模型并进行了模拟,结果表明在工作频率1.8 GHz处转换效率96%,反射率低于0.04,功率容量超过1.7 GW。

紧凑型宽带TM_(01)-TE_(11)模式转换器的数值模拟

设计了一个紧凑型宽带L波段TM10-TE11模式转换器。该转换器使用同轴TEM和矩形TE10模式作为过渡模式，提高了模式转换器的工作带宽，缩小了模式转换器的尺寸，并且模式转换器的输入输出同轴。建立了一个尺寸为φ20．5cm×55．2cm的设计模型，并进行了数值模拟。结果表明：该模式转换器工作频率为1．63～2．22GHz时转换效率超过90％，相对带宽超过30％；在1．72GHz处转换效率达99．8％；工作频带内反射系数小于-11dB，最低为-26．3dB；该模式转换器的功率容量大于1GW。

径向线TM_(01)模激励研究

径向线TM01模是径向束波互作用中的主模,决定了束波互作用的成败。论文对径向线TM01模进行了研究:理论推导了径向线TM01模的电磁场分布,在此基础上设计了一种由同轴线TEM模激励产生径向线TM01模的新型结构,并通过全电磁仿真软件进行了验证。结果表明:在12GHz中心频率处转换效率达到99%。

轴对称模激励的加平行板透镜圆锥喇叭实验研究

为了改善圆波导TM01模的辐射特性,在圆锥喇叭口径处加平行板透镜,利用平行板的加速特性使正交方向的场产生180°的相位差。计算和实验表明,由圆波导TM01模激励的加平行板圆锥喇叭辐射轴向为极大值的远场方向图,具有较高的增益和宽的带宽。

低过模高功率微波方圆模式转换器设计

设计了一种结构简单的高功率微波方圆模式转换器,可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。转换器工作在C波段,中心频率4.1GHz,其输入端口和输出端口相互垂直。计算和仿真结果表明:中心频率处该模式转换器的转换效率可达99%,回波损耗小于-20dB,转换效率大于90%的带宽大于0.2GHz。转换器整体3维尺寸都只有10cm左右。

X波段高功率宽带选模定向耦合器

过模圆波导在提高功率容量的同时,不可避免地会造成微波源中同时存在多种模式。为了监测X波段长脉冲高功率微波源TM01模的输出功率和频谱,采用CST软件仿真设计了X波段高功率宽带选模定向耦合器,在耦合TM01模的同时可实现对TM02和TE11模的抑制。波导腔体及耦合孔的尺寸以小孔耦合理论和相位叠加原理为基础并结合切比雪夫分布函数计算确定。仿真结果表明:该高功率宽带选模定向耦合器在9.0~9.8GHz的带宽范围内,耦合度为(-59.08±1)dB,定向性大于30dB,对TE11模的抑制度大于15dB,对TM02模的抑制度大于30dB,功率容量大于2.5GW。

改进型COBRA透镜天线的设计

设计了X波段COBRA透镜型天线,利用电磁波在不同介质传播速度的差异,通过放置于圆锥喇叭口径处不同厚度的介质透镜改变TM01模不同扇区的相位,从而改变TM01模在普通喇叭口径处的轴对称分布,将轴对称的口径场分布转换为线对称,进而实现线极化或圆极化的轴向辐射。通过添加匹配介质,减小介质对微波的反射和驻波特性的影响;延伸喇叭到透镜边缘,使移相过程在波导内完成,有效地控制了电磁场模式。天线增益在中心工作频率为9.3 GHz时为19 dB,口径效率25%,辐射效率大于90%,反射系数小于1.3,轴比小于2 dB,3 dB相对带宽大于30%,几乎可以覆盖整个X波段。

圆柱腔内微波等离子体激励的研究

根据谐振腔理论,证明圆柱反应腔内的主模为TM01p模,并在圆柱坐标下采用FD-TD数值方法求解圆柱形反应腔中的场分布情况,改善和提高微波等离子体反应装置的激励性能.等离子体实际分布与场分布的预测结果基本吻合.

一种Ku波段波导旋转关节的设计方法

波导旋转关节是微波领域需要经常用到的微波器件,本文简单介绍了圆波导旋转关节的基本原理及其计算设计方法,然后结合理论计算公式设计了一个Ku波段旋转关节,通过仿真软件HFSS对该设计模型进行了仿真优化。仿真结果表明该旋转关节性能优异,满足工程使用要求。