雙極變張角時(shí)域天線(xiàn)設計

1 引言
光電子技術(shù)、微波技術(shù)和激光技術(shù)的進(jìn)步和相互結合，產(chǎn)生能夠工作在時(shí)域的高速、高頻電子開(kāi)關(guān)器件－光導開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)具有良好的電磁學(xué)響應特性。在線(xiàn)性工作模式下的輸出波形近似為高斯脈沖?？疾鞄追N常見(jiàn)的超寬帶天線(xiàn)可發(fā)現，一些傳統的超寬帶天線(xiàn)形式并不能輻射時(shí)域脈沖波形，只有領(lǐng)結天線(xiàn)、單極天線(xiàn)、雙錐天線(xiàn)和TEM喇叭天線(xiàn)等形式可輻射時(shí)域波形。
空間技術(shù)的發(fā)展對天線(xiàn)共形提出更高的要求。英國宇航公司研制高性能小尺寸的光導開(kāi)關(guān)，試驗中光導天線(xiàn)系統產(chǎn)生了30 MW的高功率微波。若把該光導開(kāi)關(guān)和天線(xiàn)鑲嵌在作戰飛機的保形蒙皮內，可能實(shí)現高功率微波(High Power　Microwave，簡(jiǎn)稱(chēng)HPM)武器的效果。
其中一項關(guān)鍵技術(shù)就是如何選擇或設計高性能的時(shí)域超寬帶天線(xiàn)形式，該天線(xiàn)具有尺寸小，能夠承受較大功率，具有定向輻射性能，剖面低易于與載體共形等特點(diǎn)。

2 新型時(shí)域天線(xiàn)分析
Vivaldi天線(xiàn)是由較窄的槽線(xiàn)過(guò)渡到較寬的槽線(xiàn)構成的。槽線(xiàn)寬度呈指數規律變化，寬度由內向外逐漸增大，形成喇叭口狀向外輻射或向內接收電磁波。一般耦合型Vivaldi寬帶天線(xiàn)的帶寬主要受微帶線(xiàn)到槽線(xiàn)變換的限制，而對極型Vivaldi天線(xiàn)由于其微帶線(xiàn)及其接地面都逐漸展開(kāi)，因此沒(méi)有變換匹配的限制，其帶寬主要由槽線(xiàn)和自由空間的匹配決定，故通?？蛇_幾十個(gè)倍頻程。根據對極型Vivaldi寬帶天線(xiàn)的設計理論做相應的電磁仿真(圖1a)，仿真模型尺寸為94 mmx40 mm×3．15 mm，采用高斯脈沖激勵，如圖1b所示，Vivaldi天線(xiàn)能夠輻射時(shí)域波形，可作為時(shí)域天線(xiàn)使用。不過(guò)Vivaldi天線(xiàn)為輻射方向為端射方向，該天線(xiàn)在輻射方向上剖面大，很難與平面載體表面共形，可將Vivaldi天線(xiàn)放在導彈前端作為導引頭使用。Vivaldi天線(xiàn)形式為微帶結構，功率容量小，不能作為高功率超寬帶電磁脈沖系統的天線(xiàn)單元。為方便比對，這里仿真的饋電均采用高斯脈沖激勵，為模擬光導開(kāi)關(guān)的線(xiàn)性響應，高斯脈沖的脈沖寬度取120 ps，即研究比較成熟的GaAs光導開(kāi)關(guān)線(xiàn)性響應的脈沖寬度。Valentine天線(xiàn)屬于行波天線(xiàn)。它由銅條帶按特殊的輪廓圖1對極型Vivaldi天線(xiàn)仿真時(shí)域結果彎曲而成，這種結構設計優(yōu)化高頻和低頻的輻射性能。對該天線(xiàn)進(jìn)行近似模擬仿真(圖2a)，天線(xiàn)尺寸為950 mm×1 136 mm×50 mm。圖2b為仿真結果，Valentine天線(xiàn)能夠輻射時(shí)域波形，該天線(xiàn)具有增益高，方向性好，低交叉極化，保形性好，可承受高電壓脈沖等優(yōu)點(diǎn)，可是作為超寬帶雷達研究的一個(gè)實(shí)例，不過(guò)該天線(xiàn)形式尺寸和天線(xiàn)剖面都較大，不易與載體共形。