高功率微波( High Power Microwave, HPM) 或称高能微波, 一般指峰值功率在100MW 以上, 工作频率在0.5- 300GHz( 相应波长300mm- 10mm) 的电磁波。超宽带(UWB) 脉冲由于其脉冲窄, 频谱含量丰富, 可用于冲激雷达、电子干扰等方面。这种宽频谱(相对带宽大于100% ) 脉冲一直是天线领域研究的课题, 目前的超宽带天线是普通天线形式的直接外推, 只是为了耐高压作了某些改进。高功率超宽带天线的问题是散和与源的匹配问题。
传统的宽带天线有行波天线、非频变天线、喇叭天线等几种类型组成。这些传统的宽带天线一般没有一个统一的相位中心，由天线结构不同的部分来决定不同频率信号辐射的相位中心。因此，用传统的宽带天线来辐射频谱较宽的超短脉冲信号将带来波形的失真。
超宽带(UWB)天线的研究仍处于不成熟的发展阶段，人们对UWB天线的认识局限于部分易于实现宽带特性的传统单元天线上;另一方面国际上对于超宽带天线参量的定义尚未形成统一的物理认识，从而造成了许多概念模糊，缺乏可比性的弊病。究其原因在于超宽带天线要求在时域内描述天线特性的基本参量，时域的分析方法也远不比频域成熟。
1.研究现状
1.1 国外研究现状
美国从事超宽带天线研究的主要有Phillips国家实验室，Sandia国家实验室，Power Spectra公司和Farr Rresearch公司。
Phillips国家实验室总体负责高功率脉冲技术研究，研制了H系列高功率气体开关源。现在正在研制H-4型，预计输出2兆瓦，峰值功率100GW脉冲上升沿130皮秒，脉宽250皮秒。
Ppower Spectra公司为Phillips国家实验室研制了GEM系列高功率脉冲源，采用雪崩固态开关技术（BASSTM），共研制了2代，GEMⅠ采用2×4天线阵，GEMⅡ采用8×12天线阵元采用矩形喇叭，可在±30o范围内扫描。为了解决低频能量辐射不足的问题，准备换用TEM喇叭作阵元。该天线阵列产生了约1纳秒，1吉瓦的辐射功率，重复频率10KHZ，在离天线12米处辐射电场达到170KV.M-1。
Sandia国家实验室研制了同轴三角形TEM喇叭天线，天线末端使用椭球形Tteflon棱镜将球面波前转换成平面波前，天线尺寸为80cm×30.5cm×12.7cm，馈电巴伦由同轴接头，不平衡平行板线，平衡平行板线构成，低功率条件下测试其发射脉冲FWHM宽度达到23皮秒。
Farr Rresearch公司研制了两个反射镜脉冲辐射天线和一个棱镜脉冲辐射天线，抛物面反射镜，两个反射镜直径分别为23cm和46cm，馈源采用4避垂直交叉圆锥TEM喇叭，输入阻抗200。棱镜脉冲辐射天线由聚乙烯填充的圆锥TEM和椭球面棱镜构成，50馈电。
俄罗斯大电流电子学研究所和电物理研究所，开展了哈姆斯提出的大电流辐射器，TEM天线和组合天线阵列的研究，功率辐射效率达到70%。乌克兰国家科学研究院无线电物理和电子研究所也开展了大电流辐射器的研究。今后的研究向更短的脉冲，更宽的频带，更高的功率，效率和重复频率发展。
1.2国内研究现状
西北核技术研究所研制了线框馈电反射面高功率电磁脉冲辐射天线，由同轴馈线，高功率宽带模式转换结构，小TEM喇叭-导电线框级联馈电结构，抛物反射面（D=2m, ）,绝缘机构，支撑和方位调节机构等构成，其中高功率宽带模式转换器是同轴线以一定的角度（相对TEM喇叭轴线）直接与喇叭喉部相连接，同轴线末端内导体伸展成椎体结构与TEM喇叭上极板相连，该转换结构可以承受重复频率100Hz，前沿370皮秒，宽度为700皮秒，峰值电压为200千伏的亚纳秒脉冲的超宽带，辐射波束主瓣宽度约为±3.8o,辐射效率约为37%，增益17.5Db。
九院研制了同轴双锥天线，由一段匹配过渡同轴结构，内导体外径19毫米，外导体内径44毫米，输入阻抗50汽车天线，输入传输线内填充3.5MPa的氮气，再天线输入端加密封和绝缘结构，天线内外锥之间填充0.2MPa的SF6气体，天线内外锥半锥角分别为20.5o和45o,外锥长75cm，内锥长77cm，均由铜板制作。测得天线的电压驻波比小于3的高频点是1GHz,低频点250MHz,在150~250 MHz频段内驻波大于3小于4。将天线接在电压±100KV，重复频率100Hz，单周期脉冲全底宽3.6纳秒和输出阻抗50的超宽带脉冲源上，测得辐射功率大于100兆瓦，E面和H面平行极化半功率点全宽分别为50o和360o，效率约为65%。
发布评论