一種高功率盤錐天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高功率盤錐天線，在兩個錐形振子之間設(shè)有盤形結(jié)構(gòu)，放電電極在盤形結(jié)構(gòu)的中心，并與盤形結(jié)構(gòu)緊密配合；所述兩個放電電極相對的部位為半球面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的高功率盤錐天線通過天線自身激勵端的高壓氣體開關(guān)結(jié)構(gòu)來銳化輸入電壓脈沖，銳化后的電壓脈沖激勵盤錐天線工作，向外輻射高功率電磁脈沖。本高功率寬譜盤錐天線集銳化脈沖和強(qiáng)化輻射能量的雙重作用于一身，輻射性能優(yōu)異，且在高功率寬譜系統(tǒng)設(shè)計中節(jié)省了銳化開關(guān)的設(shè)計空間。天線具有使用方便，安全，試驗(yàn)成本低，調(diào)試簡單等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際可應(yīng)用于各種高功率電磁脈沖研究等領(lǐng)域，作為系統(tǒng)的電磁脈沖輻射器使用。
【專利說明】一種高功率盤錐天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高功率電磁脈沖輻射裝置，具體涉及一種高功率盤錐天線，

【背景技術(shù)】
[0002] 在高功率電磁脈沖技術(shù)中，由于脈沖源技術(shù)條件限制，從而導(dǎo)致輸入電壓脈沖上 升沿不夠陡峭、能量偏低頻分布，因此不適合直接激勵天線進(jìn)行工作。一般而言，經(jīng)脈沖源 產(chǎn)生的電壓脈沖，均需要經(jīng)過一級或者多級銳化開關(guān)進(jìn)行上升沿銳化后，才可激勵天線工 作，從而達(dá)到滿足設(shè)計要求的輻射因子。另外，高功率電磁脈沖輻射系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電 壓脈沖在激勵天線之前往往需要經(jīng)過銳化等環(huán)節(jié)，因而預(yù)留給輻射天線的設(shè)計空間較小。 所以，高功率電磁脈沖輻射系統(tǒng)要求天線必須具有輻射因子強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。
[0003] 目前，國內(nèi)對高功率錐形天線研究雖然較多，但是在技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域仍存在以下 幾點(diǎn)不足：
[0004] 1、輻射效率問題。目前廣泛應(yīng)用高功率技術(shù)的錐形天線，雖然電壓脈沖信號在激 勵天線之前經(jīng)過了銳化開關(guān)銳化，但仍由于錐形天線自身的輻射特性導(dǎo)致輻射因子偏低， 輻射效率不高。
[0005] 2、體積問題。錐形天線雖然結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但實(shí)際中脈沖信號激勵天線之前必須 單獨(dú)設(shè)計銳化開關(guān)來陡化脈沖前沿、保證輻射效率，從而增大了系統(tǒng)設(shè)計體積，不利于系統(tǒng) 總體的小型化。
[0006] 3、調(diào)試控制因素過多的問題。如果銳化開關(guān)與輻射天線作為兩個獨(dú)立部件分開設(shè) 計，則必然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。在實(shí)際調(diào)試過程中，復(fù)雜度的增大不僅會影響高功率寬譜 電磁脈沖系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且會導(dǎo)致調(diào)試過程中影響因素過多，不利于調(diào)試的進(jìn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 要解決的技術(shù)問題
[0008] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種高功率盤錐天線，解決目前廣泛 應(yīng)用的高功率錐形天線的輻射效率低、調(diào)試難度大且與開關(guān)獨(dú)立設(shè)計的體積較大等問題。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 一種高功率盤錐天線，包括兩個錐形振子、放電開關(guān)；其特征在于：還包括盤形結(jié) 構(gòu)；盤形結(jié)構(gòu)位于錐形振子的錐部，放電電極在盤形結(jié)構(gòu)的中心，并與盤形結(jié)構(gòu)緊密配合； 所述兩個放電電極相對的部位為半球面結(jié)構(gòu)。
[0011] 所述盤形結(jié)構(gòu)的尺寸滿足r 1.5L，其中：L為錐形振子邊長的長度，r為錐 形振子頂端的半徑，R為盤形結(jié)構(gòu)半徑。
[0012] 所述放電電極通過螺紋結(jié)構(gòu)與盤形結(jié)構(gòu)緊密配合。
[0013] 所述兩個放電電極之間的間距通過螺紋結(jié)構(gòu)調(diào)整。
[0014] 有益效果
[0015] 本發(fā)明提出的一種高功率盤錐天線，在兩個錐形振子之間設(shè)有盤形結(jié)構(gòu)，放電電 極在盤形結(jié)構(gòu)的中心，并與盤形結(jié)構(gòu)緊密配合；所述兩個放電電極相對的部位為半球面結(jié) 構(gòu)。本發(fā)明的高功率盤錐天線通過天線自身激勵端的高壓氣體開關(guān)結(jié)構(gòu)來銳化輸入電壓脈 沖，銳化后的電壓脈沖激勵盤錐天線工作，向外輻射高功率電磁脈沖。
[0016] 本發(fā)明與普通高功率錐形天線相比，具有如下特點(diǎn)：
[0017] 1、采用盤形結(jié)構(gòu)來增加天線的輻射能力。通過設(shè)計尺寸合適的盤形結(jié)構(gòu)，加載于 天線激勵端附近。與普通錐形天線相比，該新型盤錐天線工作時具有更多的初始電荷，因而 在相同設(shè)計尺寸和相同激勵下，該天線的輻射性能要明顯高于普通錐形天線。
[0018] 2、采用銳化開關(guān)與天線的一體化設(shè)計。把天線激勵端直接設(shè)計成銳化電極形式， 通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使該天線集銳化脈沖和輻射能量的雙重作用于一身，從而減小高功 率寬譜系統(tǒng)的設(shè)計尺寸。
[0019] 3、減小了調(diào)試難度。由于高功率寬譜系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，任何因素比如開關(guān) 與天線之間連接線的形式和尺寸等微小因素，都會影響最終系統(tǒng)的調(diào)試。通過把開關(guān)與天 線的集成設(shè)計，減少了調(diào)試時的影響因素，從而減小了調(diào)試難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是天線剖面圖
[0021] 圖2是電極結(jié)構(gòu)圖
[0022] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)的錐形天線剖面圖
[0023] 圖4是激勵信號波形圖
[0024] 圖5為遠(yuǎn)場波形對比圖

【具體實(shí)施方式】
[0025] 現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0026] 本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是：高功率寬譜盤錐天線是由放電開關(guān)、盤形結(jié)構(gòu)和錐 形振子三者共同組成，如圖1。其中標(biāo)號1為錐形振子，用網(wǎng)格狀陰影標(biāo)識；標(biāo)號2為盤形 結(jié)構(gòu)，用右斜線陰影標(biāo)識；黑色粗線圈注部分為放電開關(guān)，由兩個具有一定間隙的放電電極 組成，電極結(jié)構(gòu)如圖2。放電電極通過螺紋結(jié)構(gòu)與盤形結(jié)構(gòu)緊密配合，從而使電極緊貼盤形 結(jié)構(gòu)，配合后效果如圖1。工作中，首先，電壓脈沖輸出達(dá)到一定幅值，使開關(guān)電極導(dǎo)通；與 此同時，被高氣壓密封的電極可以在一定程度上銳化輸出脈沖，而后該脈沖激勵天線工作， 原理框圖如圖3。
[0027] 盤形結(jié)構(gòu)如圖1中標(biāo)識2,呈圓盤狀，作用主要是配合錐形振子，增加工作頻帶內(nèi) 的輻射特性。錐形振子的邊長長度為L，頂端半徑為r，具體尺寸需根據(jù)錐形天線基本設(shè)計 方法和實(shí)際工作頻率來確定。對于盤形結(jié)構(gòu)，半徑R的初始應(yīng)取R = L，而后經(jīng)優(yōu)化，根據(jù) 輻射波形，于r < R < 1. 5L的范圍內(nèi)選取最優(yōu)值。另外，由于激勵脈沖電壓很高，達(dá)到上 百千伏，因此盤形結(jié)構(gòu)和錐形振子的邊緣處均采用圓弧平滑過渡，從而減小邊緣部電場。實(shí) 際加工中，為了減小天線質(zhì)量，可以選擇密度較輕的金屬材料來進(jìn)行加工。
[0028] 放電開關(guān)的主要作用是銳化輸入電壓脈沖的前沿，結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于通過氣 體開關(guān)的電荷量很大，對電極的燒蝕很嚴(yán)重，且一般的半球面式電極通道電感較大，不利于 脈沖的陡化，因此不能滿足要求。所以氣體開關(guān)采用平面--倒圓的結(jié)構(gòu)，圖2為其結(jié)構(gòu)圖。 電極兩端采用圓形光滑過度以減弱局部場強(qiáng)。該開關(guān)與盤形結(jié)構(gòu)、錐形振子組成一個天線 整體，密封于高壓N2絕緣氣體中。根據(jù)高壓N2靜態(tài)擊穿公式：Ub = 2. 44pd+ (pd)1/2,在耐壓 為185KV，高壓N2氣壓為15bar的要求下，初步求得電極間距約為4mm。由于高壓氣體放電 是一個隨機(jī)過程，符合統(tǒng)計概率分布，目前尚未有精確公式計算，所以電極間距需在試驗(yàn)中 根據(jù)具體情況來調(diào)整，從而達(dá)到最優(yōu)。實(shí)際加工中，電極與盤形結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)計為螺紋結(jié) 構(gòu)，即可方便調(diào)整電極間隙。
[0029] 仿真時，使用相同電壓信號激勵相同尺寸的普通錐形天線和新型盤錐天線。普通 錐形天線結(jié)構(gòu)如圖4,激勵信號波形如圖5。在遠(yuǎn)程相同位置設(shè)置探針，遠(yuǎn)場波形對比如圖 5。在10米處，從幅值來看，普通錐形天線幅值為3. 3KV/m，而新興盤錐天線達(dá)到了 6. 8KV/ m ;從脈沖信號持續(xù)時間來看，普通錐形天線約為20ns左右，而新型盤錐天線大于70ns。顯 而易見，相同尺寸的新型盤錐天線的輻射性能明顯大于普通錐形天線。
[0030] 本天線工作時，電壓脈沖輸出的高低電壓端分別連接天線兩端，當(dāng)脈沖達(dá)到一定 電壓使銳化開關(guān)自導(dǎo)通；與此同時，開關(guān)周圍充滿了壓縮的氮?dú)?，并處于可確保擊穿的較大 氣體壓力下。由于開關(guān)電極具有較小的放電間隙，同時具備高的擊穿電壓，因此該電壓脈沖 經(jīng)過高氣壓放電開關(guān)得到了銳化前沿的效果。該銳化后的脈沖激勵天線工作，從而對指定 區(qū)域輻射強(qiáng)電磁脈沖。
[0031] 本高功率寬譜盤錐天線集銳化脈沖和強(qiáng)化輻射能量的雙重作用于一身，輻射性能 優(yōu)異，且在高功率寬譜系統(tǒng)設(shè)計中節(jié)省了銳化開關(guān)的設(shè)計空間。天線具有使用方便，安全， 試驗(yàn)成本低，調(diào)試簡單等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際可應(yīng)用于各種高功率電磁脈沖研究等領(lǐng)域，作為系統(tǒng)的 電磁脈沖福射器使用。
【權(quán)利要求】
1. 一種高功率盤錐天線，包括兩個錐形振子、放電開關(guān)；其特征在于：還包括盤形結(jié) 構(gòu)；盤形結(jié)構(gòu)位于錐形振子的錐部，放電電極在盤形結(jié)構(gòu)的中心，并與盤形結(jié)構(gòu)緊密配合； 所述兩個放電電極相對的部位為半球面結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高功率盤錐天線，其特征在于：所述盤形結(jié)構(gòu)的尺寸滿足 r < R < 1. 5L，其中：L為錐形振子邊長的長度，r為錐形振子頂端的半徑，R為盤形結(jié)構(gòu)半 徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高功率盤錐天線，其特征在于：所述放電電極通過螺紋結(jié)構(gòu)與 盤形結(jié)構(gòu)緊密配合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高功率盤錐天線，其特征在于：所述兩個放電電極之間的間距 通過螺紋結(jié)構(gòu)調(diào)整。
【文檔編號】H01Q1/50GK104112899SQ201410172228
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】李奇威, 蔣丹, 田川, 趙程光, 張帆, 王亞杰, 解江遠(yuǎn), 何鵬軍 申請人:西安電子工程研究所