[实用新型]组合振子天线的一种阻抗渐变结构

说明书

技术领域

本实用新型属于高功率超宽带电磁脉冲辐射天线领域，具体涉及组合振子天线的一种阻抗渐变结构。

背景技术

高功率超宽带电磁脉冲因其频谱范围宽而在目标探测，包括敌对目标探测、掩体探测、空间碎片探测、管道及其泄露探测等，以及超宽带通信、材料电特性测试等领域具有独特的应用。高功率超宽带电磁脉冲通常是由脉冲源产生高压脉冲信号，然后通过超宽带辐射天线辐射到空间而产生。组合振子天线是一种常见的超宽带电磁脉冲辐射天线，主要是在TEM(横电磁波)喇叭天线的基础上，通过阻抗渐变结构和磁偶极子低频补偿的方法拓展天线的辐射带宽，从而实现超宽带电磁辐射。

现有的组合振子天线，在从馈电点到天线口径处的阻抗渐变方面，缺乏严格的理论设计。这一方面造成了电磁波沿天线结构传输过程中，由阻抗适配引起的反射较为严重，从而限制了天线的辐射带宽；另一方面造成组合振子天线缺乏系统设计方法，从而导致天线设计性能的可重复性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供组合振子天线的一种阻抗渐变结构，以提高组合振子天线的辐射带宽，并解决此种天线设计性能重复性差的问题。

为了达到上述目的，本实用新型包括天线壳体，天线壳体内设置有上电极和下电极，天线壳体与上电极和下电极组成K字型，上电极和下电极通过馈线连接，馈线上设置有转接头，上电极上套设有调节电极，天线壳体和调节电极组合构成磁偶极子电流环，上电极和下电极的设计符合Klopfenstein阻抗渐变原理。

所述转接头固定在天线壳体侧面。

所述转接头采用N型头。

所述上电极和下电极均为弧形电极。

在超宽带范围内电压驻波比小于2，高效辐射超宽带电磁脉冲信号。

与现有技术相比，本实用新型的天线壳体与上电极和下电极组成K字型，并在上电极上套设有调节电极，天线壳体和调节电极组合构成磁偶极子电流环，上电极和下电极的设计符合Klopfenstein渐变的阻抗分布，利用Klopfenstein渐变结构的组合振子天线，充分体现了此种阻抗渐变的优势，改善了天线的高频响应，提高了天线的设计带宽。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的正视图；

图3为本实用新型的侧视图；

图4为本实用新型中Klopfenstein阻抗渐变效果图；

其中，1、转接头；2、上电极；3、下电极；4、磁偶极子电流环；5、调节电极；6、天线壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

参见图1至图4，本实用新型包括天线壳体6，天线壳体6内设置有上电极2和下电极3，天线壳体6与上电极2和下电极3组成K字型，上电极2和下电极3均为弧形电极，上电极2和下电极3通过馈线连接，馈线上设置有转接头1，转接头1固定在天线壳体6侧面，上电极2上套设有调节电极5，天线壳体6和调节电极5组合构成磁偶极子电流环4，上电极2和下电极3的设计符合Klopfenstein阻抗渐变原理。

优选的，转接头1采用N型头。

组合振子天线的上电极2和下电极3按照Klopfenstein阻抗渐变原理设计，以减小从天线馈电点到天线口径因阻抗变化引起的反射。

本实用新型的设计步骤如下：

1、确定天线辐射的中心频率f₀；

2、确定天线长度l：

3、确定最大允许反射系数Г_m；

4、设计天线上下电极阻抗渐变曲线；

5、调节磁偶极子电流环面积，以得到最佳设计带宽。

天线上下电极阻抗渐变曲线是这种组合振子天线设计的核心。以下将以中心频率500MHz的组合振子天线设计为例加以说明。

根据中心频率可得天线长度为30cm，考虑到天线馈电点的绝缘距离以及天线壁厚，实际设计天线总长为32cm，则天线尺度为32*30*30cm。电压驻波比小于2相应的最大反射系数为0.33，考虑到天线阻抗特性往往较为复杂，实际设计中最大反射系数留有一定裕度，故选取Г_m＝0.25。

设计中，天线特性阻抗沿z轴的变换公式为，

式中Z₀为馈源特性阻抗，即50Ω，Z_A为天线口径处特性阻抗，

φ(x,A)定义为，