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第13卷 第5期强激光与粒子束V o l.13,N o.5 2001年9月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S Sep.,2001 文章编号: 100124322(2001)0520619204线框馈电抛物反射面高功率电磁脉冲辐射天线Ξ刘小龙1,2, 樊亚军1,2, 刘国治1, 汪文秉2, 刘 峰1, 宋晓欣1, 易北疆1(1.西北核技术研究所,陕西西安710024; 2.西安交通大学微波与光通信研究所,陕西西安710049) 摘 要: 研制了一种由高功率宽带模式转换结构、导电线框T E M喇叭馈电结构及抛物反射面构成的天线,用其辐射高功率亚纳秒电磁脉冲。
时域测试表明,在半宽为700p s、峰值电压为200kV脉冲激励下,天线的主瓣宽度约为±3.8°,辐射效率约为37%。
关键词: 天线; 脉冲辐射; 高功率 中图分类号: TN788 文献标识码: A 高功率亚纳秒电磁脉冲在目标识别和电磁兼容领域的应用,促进了超宽带脉冲辐射天线的研究。
C.E.Baum及E.G.Farr[1]首先提出了用双锥T E M喇叭馈电及抛物反射面聚束的方法实现电磁脉冲窄束辐射,此后采用共面T E M喇叭(cop lanar T E M ho rn)取代双锥馈电结构有效地减小了馈电结构对聚焦波束的遮挡效应[2]。
本文介绍了一种由同轴馈线、高功率宽带模式转换结构、小T E M喇叭2导电线框级联馈电结构及抛物面组成的高功率超宽带脉冲辐射天线。
相对双锥馈电结构及面对面T E M喇叭(face2to2face T E M ho rn)馈电结构,小T E M喇叭2导电线框级联馈电结构有效地减小了遮挡效应,提高了辐射能力。
1 抛物反射面脉冲辐射天线的特性分析 抛物反射面脉冲辐射天线基本特性主要依赖T E M喇叭馈电结构及抛物面口径。
文献[1]给出了用任意脉冲信号V0s(t)激励天线时,辐射主轴上远区辐射场的理想解析表达式E(r,t)=-V0D4Πrcf g5s(t-2F c)5t-c2F[s(t)-s(t-2F c)](1)式中:c为光速;f g=Z f Z0,Z f是T E M馈电喇叭的输入阻抗,Z0=Λ0 Ε0为自由空间的波阻抗;D为抛物面反射器的直径;F为抛物面的焦距。
直线阵馈电抛物柱面天线的分析与设计吴素云摘要本文对一种直线阵馈电抛物柱面天线进行了研究，并给出了抛物柱面和馈源的口径场分析方法以及仿真结果。
根据理论分析和仿真结果研制出的天线具有宽频带、高增益和全口径增益宽角覆盖能力等优良的电气性能。
关键词直线阵抛物柱面宽频带Analyze and Design of parabolic cylindrical antenna with feed forlinear arraysWU suyun（The 723 Institute of CSIC，Yangzhou 225001，China）Abstract：This paper makes research on parabolic cylindrical antenna with feed for linear arrays,generates aperture-field analysis methods and simulation results of parabolic cylinder and feed .The antenna which is manufactured according to the theoretical analysis and simulation results.performances excellent electric apabilities such as wide frequency band ,high gain ,gaining wide-angle covering abilities in full aperture ,and so on .Keywords：linear array，parabolic cylinder，wideband1 引言随着电磁环境的日趋复杂，电磁信号越来越密集，威胁目标种类越来越多样化，以常规的单波束天线组成的系统越来越难于适应现代装备的需要，而以直线阵馈电抛物柱面天线可以在一定的方位面、俯仰面内形成同时多方向的波束簇，在宽频带范围内，能快速地对应于不同方位、不同仰角方向上的各种目标，实现频率和方向的双重瞄准，且具有空间功率的合成能力。
天籁实验抛物柱面天线阵结构设计与力学分析朱加炉;陈志平;陈学雷;施浒立;祝男杰【摘要】为了满足大面积天区的射电巡天观测,完成对大尺度结构的精确测量和对暗能量的探测,需要设计可安装大量馈源单元的大规模射电干涉阵列天线.抛物柱面的结构形式能较好满足工作需求,对抛物柱面天线阵进行了结构的选型设计.基于有限元方法及有限元分析软件,建立了用于暗能量射电探测的抛物柱面天线阵结构的有限元模型,计算分析了在重力、冰雪和风力等载荷作用时反射面的变形情况.仿真计算分析结果表明:设计的用于暗能量射电探测的天线结构在各种工况下反射面变形量较小,能满足各项设计技术指标要求,从而验证了天线阵结构的合理性、稳定性和可靠性.【期刊名称】《天文研究与技术－国家天文台台刊》【年(卷),期】2015(012)001【总页数】9页(P14-22)【关键词】抛物柱面天线;天线结构设计;有限元仿真;载荷计算【作者】朱加炉;陈志平;陈学雷;施浒立;祝男杰【作者单位】杭州电子科技大学,浙江杭州310018;中国科学院国家天文台,北京100012;杭州电子科技大学,浙江杭州310018;中国科学院国家天文台,北京100012;中国科学院国家天文台,北京100012;杭州电子科技大学,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN8231998年，科学家通过超新星发现宇宙加速膨胀，揭示了暗能量的存在[1-2]。
由于暗能量的相互作用非常微弱，难以被直接观测，因此对暗能量的实验研究主要是通过各种对可见天体和空间的观测，间接地测定其性质。
针对暗能量探测课题，目前国际上已提出多种实验设想，其中一种新的实验设想是利用射电天文学方法，通过21 cm映射巡天观测暗能量[3]。
2012年我国启动了天籁计划(暗能量射电探测)对此进行探索[4-5]。
本文探讨天籁计划采用的柱形射电望远镜的结构设计和力学分析。
天文射电望远镜是一种电波讯号的收集和检测装置，用于探测来自遥远天体的微弱射电讯号。
专利名称：一种基于模块化拼接思想的抛物柱面网状可展开天线的设计方法
专利类型：发明专利
发明人：张逸群,李娜,朱日升
申请号：CN201710616221.5
申请日：20170726
公开号：CN107436978A
公开日：
20171205
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于模块化拼接思想的抛物柱面网状可展开天线的设计方法，其主要步骤包括：1)给定抛物柱面天线背架的结构参数；2)计算天线背架抛物线方向的模块总数目；3)计算天线背架基线方向的模块总数目；4)给定天线背架抛物线方向与基线方向肋条数目，确定背架最终构型；5)根据天线反射面的原理误差，计算索网抛物线方向的分段数，进而生成索网的理想几何构型；
6)实现索网的形态设计；7)建立索网‑背架结构的有限元模型，对其进行组合找形，使得天线的形面精度满足设计要求。
本发明基于模块拼接思想，采用种类较少的模块拼接成抛物柱面天线的可展背架，并实现天线索网结构的形态设计，得到天线整体结构的设计方案。
申请人：西安电子科技大学
地址：710071 陕西省西安市太白南路2号西安电子科技大学
国籍：CN
代理机构：西安吉盛专利代理有限责任公司
代理人：张超
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一种相扫阵列馈电的斜极化抛物柱面天线
陈晓鹏;杨康;申强强;施扬逸
【期刊名称】《雷达与对抗》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】针对天线的高增益、大角度扫描要求,采用偏置抛物柱面作反射体、相扫直线阵列作馈源的形式,设计俯仰面波束聚焦、方位面波束可大角度扫描的天线;针对天线的宽带化、斜极化要求,在馈源口面加宽带斜极化器,设计同时具有高增益、宽带化、大角度扫描特性的斜极化抛物柱面天线。
经仿真验证,天线方位面波束扫描范围可达90°,中心频点法向增益达到31.4 dBi,且当扫描到45°时增益下降小于4.5 dB,水平极化分量与垂直极化分量相差不超过3.7 dB,满足工程需求。
【总页数】4页(P36-39)
【作者】陈晓鹏;杨康;申强强;施扬逸
【作者单位】中国船舶集团有限公司第八研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TN821
【相关文献】
1.一种频相扫阵列天线研究
2.一种宽频宽角圆极化一维相扫天线阵
3.用于抛物柱面空间功率合成天线的功分喇叭阵列
4.一种旋转馈电的圆极化微带阵列天线设计
5.一种新颖的制导雷达天线:平板波导馈电的C波段一维相扫天线
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用于空间功率合成的线阵馈电焦散抛物曲面天线谢泽明;王立新;阮水生【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2012(027)002【摘要】提出了一种用于空间功率合成的焦散抛物曲面天线,该反射面天线是由xoz平面的一条抛物线沿着yoz平面上的另一条抛物线正交扫描所形成的,天线用8单元E面喇叭线阵进行偏馈。
研究了天线的反射面结构参数对天线性能的影响以及横向偏焦电扫描特性,给出了不同辐射方向下阵列的相位配置公式。
仿真和实验结果表明：提出的方案可以在给定方向合成高增益波束,与同样线阵馈电的抛物柱面天线相比,H面3dB波束宽度从8.2°下降到了5°,天线增益提高了2.2dB.%A caustic parabolic curved antenna for spatial power combination is proposed in this paper.The reflector antenna is formed by a parabola in the xoz plane orthogonal scanning along the other parabola in the yoz plane.And antenna is offset fed with a line array of 8 E-plane sector horns.Both the impact of antenna structural parameters to the antenna performance and the electric scanning properties of the transversal displacement from focus are studied.A formula is given to configure the phases of the array for a given beam deflection angle.Simulation and experiment show that the designed antenna can combine a high gain beam at a given pared with the parabolic cylindrical antenna with the same aperture,the H-plane 3 dB beam width decreases from 6.9° to 5°,and the antenna gain increases by 2.2 dB.【总页数】6页(P415-420)【作者】谢泽明;王立新;阮水生【作者单位】华南理工大学电子与信息学院,广东广州510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TN820.1【相关文献】1.空间功率合成模块中鳍状天线阵的分析和设计 [J], 武锦;欧阳思华;阎跃鹏;刘新宇2.用于抛物柱面空间功率合成天线的功分喇叭阵列 [J], 谢泽明;张荣幸;熊尚书3.基于抛物面天线阵的空间功率合成技术 [J], 陈鑫;余川;潘文武;曹晓阳;张生帅4.用于天线阵馈电的高隔离度一分八不等比功分器设计 [J], 徐烨;刘永良;蒋学斌5.偏馈抛物柱面型空间功率合成天线研究 [J], 张荣幸;谢泽明;褚庆昕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
直线阵馈电抛物柱面天线的分析与设计吴素云摘要本文对一种直线阵馈电抛物柱面天线进行了研究，并给出了抛物柱面和馈源的口径场分析方法以及仿真结果。
根据理论分析和仿真结果研制出的天线具有宽频带、高增益和全口径增益宽角覆盖能力等优良的电气性能。
关键词直线阵抛物柱面宽频带Analyze and Design of parabolic cylindrical antenna with feed forlinear arraysWU suyun（The 723 Institute of CSIC，Yangzhou 225001，China）Abstract：This paper makes research on parabolic cylindrical antenna with feed for linear arrays,generates aperture-field analysis methods and simulation results of parabolic cylinder and feed .The antenna which is manufactured according to the theoretical analysis and simulation results.performances excellent electric apabilities such as wide frequency band ,high gain ,gaining wide-angle covering abilities in full aperture ,and so on .Keywords：linear array，parabolic cylinder，wideband1 引言随着电磁环境的日趋复杂，电磁信号越来越密集，威胁目标种类越来越多样化，以常规的单波束天线组成的系统越来越难于适应现代装备的需要，而以直线阵馈电抛物柱面天线可以在一定的方位面、俯仰面内形成同时多方向的波束簇，在宽频带范围内，能快速地对应于不同方位、不同仰角方向上的各种目标，实现频率和方向的双重瞄准，且具有空间功率的合成能力。
如果在每个天线单元后接入中等功率的功放，就能以大的等效辐射功率去干扰多个目标。
在对目标进行干扰时，抛物柱反射体不动全由线阵馈源系统的波束间转换来实现，可机扫也可电扫，有效地减小干扰盲区，在电子战中有很大的应用潜力。
2 总体思路该天线系统由抛物柱面反射体和沿焦线设置的多喇叭直线阵馈源组成。
反射体由抛物线母线绕焦线平移而成。
这样的反射体在俯仰面具有聚焦特性只压窄俯仰波束，而在方位面上只具有反射作用，保持了直线阵馈源在方位面上的波束特性。
该天线系统采用偏馈设计和通过阵列馈源恒波束设计以达到降低馈源遮挡和解决宽频带使用时反射体边缘漏损问题。
该方案集成了阵列天线的快速扫描和抛物面天线聚焦特性，解决了天线宽频带、高增益的需求。
3 设计原理及分析抛物柱面天线是一抛物线沿一直线平移而成，如图1所示，其焦线为一直线，抛物柱面的馈源可以有多种形式，可以为同相线源，也可以为位于焦线某一点的放置的点源。
图1 抛物柱面天线直线阵馈电抛物柱面天线由抛物柱面反射体和沿焦线设置的多喇叭直线阵馈源组成。
直线阵馈源相位中心位于抛物柱面的焦线之上，故在天线口径上的场是同相的，馈源为同相线源。
反射体由抛物线母线绕焦线平移而成。
这样的反射体在俯仰面具有聚焦特性只压窄俯仰波束，而在方位面上只具有反射作用，保持了直线阵馈源在方位面上的波束特性。
该天线系统采用偏馈设计和通过阵列馈源恒波束设计以达到降低馈源遮挡和解决宽频带使用时反射体边缘漏损问题。
3.1 抛物柱面反射体设计使用抛物柱面的目的是压窄波束的俯仰波束宽度以提高天线增益。
抛物柱面的波束宽度确定，则抛物柱面随之而定。
根据设计要求俯仰波束宽度为10°，按此要求可算出抛物柱面的口径D ：HPH D θλ/70*≈ (1)由于天线需工作在3个倍频程频带内，从上式可以看出波束宽度和频率成比例变化。
为了减少口径遮挡，采用全偏置馈电，如图1所示：图2 单偏置抛物柱面的设计参数其中，D 为单偏置抛物面在xoy 平面的投影直径，又称单偏置抛物面天线的口径。
D 为单偏置抛物面的净距。
由图可知2/21ϕf t gd = (2) 220aftgd D ϕϕ+=+ (3)⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=22210ϕϕϕtg tg f D a (4)在单偏置抛物面天线的设计中，d 的选择原则是以馈源对偏置抛物面下缘的反射线不遮挡为出发点，并且注意到如果1ϕ大于5°天线增益会明显下降。
对单偏置抛物面天线一般选定D f /和1ϕ的值进行设计。
由于馈源尺寸相对抛物面口径比较大，所以1ϕ一般取5°，则有确定了天线口径D ，已知馈源的波束宽度便可以求出抛物柱面的焦距f 。
确定了f 、D ，抛物柱面在俯仰的形状便基本确定，而抛物柱面的长度选择应使方位波束扫描到边波束时漏损最小，边缘照射电平应控制在≤-10dB 以下，按这个原则，天线方位面10dB 波束宽度大约在20°左右（低频端），考虑到抛物柱面还在天线的近场区，波束宽度有所展宽，假设此时天线合成波束宽度为40度，则抛物柱面的长度可按如下公式确定：)tan(221θθ+⨯⨯=f L (5)式中 1θ为天线的波束扫描角度，2θ为天线10dB 波束宽度。
3.2 计算反射面的辐射场研究面天线的辐射场问题有两种方法。
第一种方法是口面场方法，即朱兰成公式法和E 模辐射场公式法。
当口面直径与波长相比拟时，采用E 模辐射场法所得的结果更接近于实测结果，其主极化场与朱兰成公式的结果也基本相近。
第二种方法是表面电流法即镜面电流法，它的基点是先计算初级馈源辐射场在反射镜表面所激励的镜面电流，然后再利用朱兰成公式求镜面电流所产生的辐射场。
朱兰成公式法和E 模辐射场公式法都属于几何光学法，而镜面电流法采用物理光学法计算辐射场，精度更高。
本文采用更精确的镜面电流法推导出抛物柱面反射体的辐射场。
对于抛物柱面天线远区场可表示为()()[]()ds e e n i f c E k s i jk s ss s s ⋅--ΘΘ⨯⨯=⎰⎰ρρρρϕθ1, (6)()()[]()dsee if c E ks i jk s sss s ⋅--ΦΦ⨯⨯=⎰⎰ρρρϕθ1,(7)42218⎪⎭⎫⎝⎛-⋅=a Bab c λλπ (8)2/102.⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-πεμλT jk R P R e B (9)则绝对方向图可表示为：()()[]()ds e e n i f a ab g R s i jk s ss s s ⋅--ΦΘ⎭⎬⎫⎩⎨⎧ΦΘ⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛-=⎰⎰ρρρρϕθλλπ1422,2122 (10)通过坐标转换和计算机编程计算，获得抛物柱面反射体天线远区场的数值结果。
3.3 馈源设计馈源采用32个喇叭单元H 面组阵，方位电扫实现覆盖60°空间，为不出现栅瓣，单元间距0d 应满足：min0sin 1θλ+≤d m i n λ为最小工作波长(11)为表述方便，采用柱坐标系表示圆弧口径的喇叭的坐标关系如下： 其场分量和坐标关系可表示为y x nΘ+Θ=cos sin ' z E E zm Z=yx n θθcos sin += n H H rm r= (12)y x θθθsin cos -=θθθ m H H =图3 喇叭坐标系示意图对于一个具有圆弧口径的喇叭，忽略口径上的反射，其场表达式可表示为：()()t j e r H a x E ωθβπ⋅⋅=21)cos( (13)()()t j r e r H a x a j H ωβπωμπ⋅⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=21sin (14)()()t j x e r H a x j H ωβπωμβ⋅⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=20cos (15) 对于H 面弯曲口径，其场分量可表示为： ()()t j p m e x H j k H ωθθπθωμ⋅⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅='202cos kr x = ，02/θπ=p (16)()()t j zm e x H p E ωθ⋅⋅=22)cos( (17)其远区场方向性函数可表示为：()()()()[]θθθθθθd dr d r r e kr j p E p E F jkr s s HH 2121cos max 111cos 200⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡--Θ-==--Θ-⎰(18) 通过改变r ，0θ可以改变喇叭的远场方向性函数的数值。
实现特定的波束设计。
3.4 仿真设计验证用 用公式计算出天线阵尺寸后，再通过 ADF仿真软件对天线进行仿真3.4.1 单元喇叭仿真设计喇叭结构为对称结构，因此可以只取1/4模型，在划分网格时进行网格镜象处理，单元喇叭结果如图4、图5所示。
图4 喇叭电流密度分布图5 喇叭方向性系数，Phi=0/90，直角坐标系图4和图5给出了喇叭单元的电流密度分布和方向性系数，从上图可以观察出喇叭单元满足设计要求。
3.4.2 喇叭＋反射体仿真设计由于受到计算机配置的限制，整个喇叭阵和反射体一起放在ADF中仿真比较困难，考虑到喇叭组阵方向和反射体焦线方向一致，则喇叭组阵方向的方向图经反射体后只改变了方向，波束宽度基本不变，而喇叭阵非组阵边方向图与喇叭单元方向图保持一致，该侧方向图经反射体后方向图形状将受到反射体的调制。
因此，采用喇叭单元+反射体一体仿真可以直观反映喇叭阵经反射体反射后方向图的变化情况。
图6给出了在ADF中的仿真模型。
图6 ADF中喇叭＋反射面模型图7 ADF中喇叭＋反射面仿真方向图图7给出了该模型的仿真方向图，图中红线为直线阵馈源的方向性系数，黑线为经反射面后的方向性系数，可以看出，方向性系数在有馈源的一侧副瓣较高是由于馈源的遮挡造成的，在实际设计中应尽量消除馈源遮挡对方向图的影响。
4 设计与实测结果从上述给出的设计公式和仿真结果出发，结合工程需要，研制了该直线阵馈电抛物柱面天线，并进行了测试，测试结果如下：图8 中心频率E面实测方向图从图中可以看出，该直线阵馈电抛物柱面天线配上馈电网络可实现E面32个波束瞬时覆盖60°、H面覆盖10°空域，波束一致性小于2dB,波束间隔介于 2.6°～3.4°，E面副瓣电平小于11dB，H面副瓣电平小18 dB (等幅馈电状态)。
5 结论根据抛物面天线和线阵天线的设计分析方法，计算仿真了直线阵馈电的抛物柱面天线，可以达到与理论近似的结果，根据该设计结果研制的直线阵馈电抛物柱面天线已成功应用于某型装备中。
