超寬帶脈沖天線及脈沖發(fā)生裝置研究.pdf

1、超寬帶（UWB）技術(shù)由于具有極強的穿透能力，被廣泛應(yīng)用于雷達、成像和通信設(shè)備，其中，雷達被認(rèn)為是超寬帶技術(shù)最為強大的應(yīng)用之一。窄脈寬超寬帶脈沖優(yōu)良的定位特性使其為軍用和民用提供高精度雷達，同時又由于其具有很寬的頻譜，超寬帶信號能夠較易的穿透各種物體。如今，超寬帶技術(shù)已廣泛應(yīng)用于探地雷達、沖激雷達等領(lǐng)。
　　本文圍繞超寬帶技術(shù)，基于套筒天線及振子天線的研究，針對超寬帶應(yīng)用，設(shè)計出一款新型超寬帶脈沖天線，在S11<-10dB的情況下，

2、天線的工作頻率范圍為2.96 GHz~10.606GHz，其阻抗帶寬為3.58:1，相對帶寬為112.7%，工作頻率完整覆蓋FCC規(guī)定的超寬帶3.1GHz~10.6GHz，H面具有全向輻射，且在工作頻段內(nèi)全向性沒有發(fā)生惡化。
　　在此基礎(chǔ)上，在Matlab中利用基于RWG基函數(shù)的矩量法，對基于已設(shè)計天線的單饋點雙饋源理論等效模型進行了研究和分析，計算得出天線的輸入阻抗及S11隨頻率變化的曲線，其與CST仿真得到的天線輸入阻抗及S1

3、1隨頻率變化的曲線進行比較，證明了等效模型在超寬帶脈沖天線中應(yīng)用的正確性和有效性，也證明了由于天線套筒內(nèi)的同軸線結(jié)構(gòu)及由于同軸線結(jié)構(gòu)的不連續(xù)而產(chǎn)生的等效電容對阻抗的變換作用。這為以后設(shè)計此類天線提供了新的思路和方法，提高了設(shè)計效率，也為應(yīng)用基于RWG基函數(shù)的矩量法對此類天線的仿真計算提供了新思路。
　　針對超寬帶技術(shù)，本文還對超寬帶脈沖的產(chǎn)生進行了深入的研究。設(shè)計制作了一款小型、輕量化脈沖發(fā)生裝置，實現(xiàn)了在無儲能電容、無散熱系統(tǒng)情

4、況下的持續(xù)穩(wěn)定工作，在體積、重量上遠遠小于之前設(shè)備，實現(xiàn)了模塊化，使其能作為關(guān)鍵部件應(yīng)用于相關(guān)設(shè)備中。指標(biāo)上，脈沖峰值電壓8kV、脈沖寬度（半脈寬）200ns、脈沖上升時間150ns，重復(fù)頻率達到40kHz。之后，為產(chǎn)生更高重復(fù)頻率的脈沖，設(shè)計完成了1MHz重復(fù)頻率的脈沖發(fā)生裝置，脈沖峰值電壓達到5.21kV，脈沖寬度180ns，脈沖上升時間154ns。
　　針對超寬帶技術(shù)的應(yīng)用場景，如超寬帶通信系統(tǒng)、沖激雷達系統(tǒng)等，對脈沖發(fā)生裝

5、置進行了可靠性和騷擾特性方面的研究和分析，并對已有設(shè)備進行了可靠性、傳導(dǎo)騷擾特性和輻射騷擾特性測試，結(jié)果證明了脈沖發(fā)生裝置具備長期可靠工作的能力，而且對周圍環(huán)境、設(shè)備的干擾在可接受范圍內(nèi)。
　　為產(chǎn)生超寬帶脈沖，根據(jù)已設(shè)計完成的脈沖發(fā)生裝置，本文提出一種基于非線性傳輸線（NLTLs）的脈沖壓縮技術(shù)，利用陶瓷電容器的電容量隨電壓改變這一特性來達到電路的非線性，進而實現(xiàn)電路中脈沖的壓縮，使基于非線性電容的NLTLs脈沖壓縮技術(shù)能夠應(yīng)用