超宽带电磁脉冲天线阵互耦效应研究

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1、第30卷第4期2011年8月飞行器测控学报J仰malofSpac嘲‘aft，11’&CTechnoIogyV01．30No．4Aug．2011超宽带电磁脉冲天线阵互耦效应研究’王磊1，祝转民1，董开封1，蒋延生2(1．63999部队·北京·10009412．西安交通大学·西安·710049)摘要：将超宽带电磁脉冲天线组阵后可提高主射方向的峰值功率及增益。但由于非线性阵元因素，必须考虑阵元间互耦效应。以恒阻抗TEM喇叭天线为阵元，通过仿真和实验研究了超宽带天线阵的互耦效应，研究表明，耦合强弱与阵元间距及频段有关，互耦增强了超宽带天线阵的低频辐射能力，使远场主射方向脉

2、冲峰峰值有所增加。上述结论对于超宽带电磁脉冲天线阵的应用具有参考价值。关键词：超宽带电磁脉冲；TEM喇叭；耦合；远场辐射中图分类号：TN811文献标识码：A文章编号：1674—5620(2011)04一0035一04鼬seaI℃h帆Mutualo吣p1吨0fUlt防Wideb锄dPulseAntenna血哪WANGLeil，ZHUZhuanminl，DONGKaifen91，儿ANGYanshen92(1．PLAUnit63999，Beijing100094；2．Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049)Abst阳ct：Ultra-W

3、ideband(UWB)impulseradiationantenmarraysarewidelyusedforitsfle】【ibleradiationpatternandhighgain。However，inter-elementmutualcouplingshouldbestudiedcarefunybecausethearraysinvolverlon-linearelements．SimulationandexperimentstakingconstantimpedanceTEMhornasanarrayeIementshowthatmutualcoup

4、lingiscloselyrelatedtointer-elementdistanceandfrequencyband．1Ⅵutualcouplingincreasesradiationpowerinlowfrequencybandandbooststhemagnitudeofpulsesintheprincipaldirectionoftheantennaarray．Keywords：UWBImpulse；TEMHorn；Coupling；Far_FieldRadiation0引言超宽带电磁脉冲技术是一门新兴的前沿技术，在雷达、无线通信、电磁兼容及微波武器等领域

5、展示了广阔的应用前景，天线是其中一个关键部分。恒阻抗TEM喇叭天线[1-4]由于具有良好的超宽带性能，常被用来发射和接收超宽带电磁脉冲。可是单个天线的辐射受到脉冲源的限制，其辐射功率是有限的。为了在主射方向获得更高的辐射功率，需将多个天线进行组阵，并同时提高增益。超宽带电磁脉冲天线以各种形式组阵后，阵元间的耦合是难以避免的，特别对于非线性阵元，需要考虑阵元间的耦合效应[1。3]。以往的研究主要从传统的频域进行分析【4刮，本文从时域和频域2方面研究了恒阻抗TEM喇叭天线阵元间的互耦及其对远场辐射特性的影响，并对仿真结果进行了实验验证。1阵元及激励源阵元是特性阻抗为2

6、80Q的恒阻抗TEM喇叭天线，长度为300mm，末端口径485mm×360mm模型如图1所示。利用FIT方法[71进行仿真计算时采用的激励信号数学模型是P(￡)=f16·7552×1旷。‘卜o‘8886×10’r，脉冲持续时间为1．78ns。实测时采用峰值电压为15V的高斯脉冲源，脉冲源通过50Q同轴线输出，脉冲宽度为1．7～2．2ns，脉冲重复频率是22．2kHz。实验中接收天线为指数渐变型TEM喇叭天线，满足超宽带天线要求。使用泰克公司TDS694C型示波器观察记录接收天线输出的脉冲波形。2耦合效应研究2．1频域研究2．1．1二元阵沿H面放置*收稿日期：201

7、1一01—10；修回日期：2011一01—24基金项目：国家自然科学基金资助项目(缟号：60501004)第一作者简介：王磊(1983一)。男。硕士，工程师，研究方向为电磁场数值计算、天线设计#E．mail：Iei．wangzhao@gmaiLcom飞行器测控学报第30卷围1恒阻抗型TEM喇叭阵元模型Fj蛋1ModelofTEMhom蛐te呦钾nh伽珊tantchamc№电ljcim雌血n∞2阵元天线沿H面放置，口径中心相距485mm(两天线相接)。端口编号分别为l和2。给端口1馈电，计算端口1反射系数s。。和端口l到端口2传输系数Sz，的幅频特性曲线如图2所示。

8、圈2沿H面