CN109324245B - 一种基于tem喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器 - Google Patents

一种基于tem喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器 Download PDF

Info

Publication number
CN109324245B
CN109324245B CN201811137256.1A CN201811137256A CN109324245B CN 109324245 B CN109324245 B CN 109324245B CN 201811137256 A CN201811137256 A CN 201811137256A CN 109324245 B CN109324245 B CN 109324245B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
horn
tem
polar plate
simulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811137256.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109324245A (zh
Inventor
朱湘琴
陈伟
杜太焦
张国伟
蔡利兵
易超龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Institute of Nuclear Technology
Original Assignee
Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Institute of Nuclear Technology filed Critical Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority to CN201811137256.1A priority Critical patent/CN109324245B/zh
Publication of CN109324245A publication Critical patent/CN109324245A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109324245B publication Critical patent/CN109324245B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/28—Provision in measuring instruments for reference values, e.g. standard voltage, standard waveform
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明提出一种基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，能够兼顾低频辐射能力强及尺寸小的要求。该TEM喇叭为指数型渐变喇叭，即上、下极板的高度按指数规律变化；在指数型TEM喇叭的口面末端加载与口面同宽的金属直板、加上倾斜金属板、并在倾斜金属板的始端经电阻电连接。这样，两次使用金属板导流，回避了常规TEM喇叭末端反射比较强的问题，实现了低频辐射能力的增强；倾斜板始端的电阻，不仅吸收倾斜板上的电流，而且避免了对模拟器前向辐射场的反射干扰；倾斜板从口面向馈电端附近倾斜，从而达到了减小模拟器尺寸的效果。

Description

一种基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器
技术领域
本发明涉及一种基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器结构。
背景技术
电磁脉冲模拟器可用于考核试验装备的电磁脉冲防护性能。为此，研制低成本、小型化、轻重量、可移动、极化方向可调、方向性较好的辐射式电磁脉冲场模拟器具有现实意义和实用价值。与笼形天线相比，作为电磁脉冲辐射波模拟器的TEM喇叭具有常阻抗、宽频带、方向性好、体积相对较小和有效试验区面积较大等优点，但有限长度的恒TEM喇叭存在低频辐射性能差的缺点，且为了实现可移动的目的，又要求模拟器必须小型化。为此，有必要对可移动的、基于有限长度的TEM喇叭的辐射波模拟器进行提高低频辐射特性及小型化的探索性研究和设计。
在超宽带(UWB)频段的TEM喇叭天线辐射研究中，在保持天线辐射方向上长度不变的情况下，若采用指数型板间距渐变形式，使得金属板的总长度变长，会降低天线的低频段工作频率(栾珊在《哈尔滨工业大学硕士学位论文》2011年06月第41页-第44页，“超宽带介质加载天线的研究”)。另一方面，考虑到天线末端口面反射是影响天线低频辐射效率的主要因素，有文献(朱四桃等人发表在《强激光与粒子束》期刊2013年第25卷第1755页，“TEM喇叭天线脉冲辐射特性”)在针对高功率微波UWB频段的恒TEM喇叭天线研究的基础上，提出了一种减小末端反射、提高天线低频辐射效率的末端加载设计方法，即在恒TEM喇叭天线上极板和下极板末端各加载一块宽度与天线口径宽度相同的矩形金属板，加载的两金属板与天线的口径面在同一平面上，其设计思想是通过天线末端加载的导体，改变天线末端电流方向。此外，有文献(Jing Xia等人发表在2009年第5届无线电通信、网络和移动计算国际会议第2页，“Compact UWB Probe for Near-field Microwave Target Detection andImaging”)在UWB天线近场目标探测和成像技术领域使用的紧凑型TEM喇叭研究的基础上，提出在指数型喇叭的上/下极板的张口端分别加上一个电阻、再通过电阻接上倾斜金属板，并在倾斜金属板的后端添加直立金属板的方式，来提高该天线在UWB频段的辐射性能和增益。
在基于TEM喇叭的电磁脉冲辐射波模拟器的设计中，单纯地使用上述几种方式可提高模拟器的低频辐射能力从而展宽模拟器辐射近场的脉宽，但设计出的达到电磁脉冲脉宽要求的模拟器尺寸会很大，且在倾斜金属板的后端添加直立的金属板会增加反射，从而导致模拟器辐射近场的后延震荡加剧，降低了模拟器的低频辐射能力。
发明内容
本发明提出一种基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，能够兼顾低频辐射能力强及尺寸小的要求。
本发明的解决方案如下：
该基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，包括由上、下极板构成的TEM喇叭，所述TEM喇叭为指数型渐变喇叭，即上、下极板的高度按指数规律变化；所述上、下极板的末端分别向外侧闭合连接有与喇叭口面相同宽度的竖立的金属平板，记为一对竖立板；竖立板与上、下极板连接的一端记为始端，远离上、下极板的一端记为末端；所述一对竖立板的末端分别闭合连接有向馈电端口倾斜的金属板，记为一对倾斜板；倾斜板与竖立板连接的一端记为末端，远离竖立板、馈电端口附近的一端记为始端；所述一对倾斜板的始端分别与所述上、下极板的始端保持间隙，并在轴向上超出馈电端口所在位置(即不影响并联电阻的加载及激励源的加载)；所述一对倾斜板的始端通过电阻进行电连接。
基于上述方案，本发明还进一步作了如下优化：
所述一对倾斜板的始端并联有两个以上的电阻。
从馈电端口到喇叭张口端的方向上，倾斜板的宽度、高度均逐渐变大。
单个竖立板的高度da的取值满足da≥ctr，其中c为光速，tr为激励源脉冲上升沿。
两个倾斜板在其始端(馈电端口附近)的宽度与高度之比为1～1.2：1，在其末端(喇叭张口端)的宽度与高度之比为0.9～1：1；馈电端口的宽度与高度之比为0.6～2：1；喇叭张口端(上、下极板处)的宽高比为1.5～2：1。这里，宽度即图1中垂直于纸面方向的尺寸；高度即上、下(极板、倾斜板)之间的距离。
指数型渐变喇叭的指数渐变率α为10～20。
本发明的主要特点是通过在指数型TEM喇叭的口面末端加载与口面同宽的金属直板、加上倾斜金属板、并在倾斜金属板的始端加上电阻电连接，实现了该可移动式电磁脉冲模拟器辐射近场的脉宽展宽，提高了其低频辐射性能。具体来说：
(1)两次使用金属板导流，避免了常规TEM喇叭末端反射比较强的问题，实现了低频辐射能力的增强；
(2)在倾斜板的始端采用两个电阻并联，不仅吸收倾斜板上的电流，而且避免了对模拟器前向辐射场的反射干扰；
(3)倾斜金属板从口面向馈电端附近倾斜，从而达到了减小模拟器尺寸的效果。
附图说明
图1是一种基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器的侧视图。
图2是图1的左视图。
图中，1.模拟器的馈电端口，2.双指数型渐变的上/下极板，3.竖立的与口面同宽的金属板，4.向馈电端口倾斜的金属板，5.倾斜的金属板始端并联的两个电阻。
图3为本发明实施例与采用栾珊、朱四桃等人及Jing Xia等人对照方案并在相同部件尺寸下模拟得到的A点电场z分量时域波形的对比。
具体实施方式
本发明将用作可移动式辐射波模拟器的恒TEM喇叭改为指数型渐变喇叭，增加喇叭的有效长度；在该指数型渐变喇叭的上极板和下极板末端分别加载一块与喇叭口面相同宽度的竖立金属板，用于改变天线末端电流方向，减小喇叭口面的反射、提高喇叭的低频辐射性能；并在该竖板的末端(即与喇叭的上/下极板不相连的位置)加载向馈电端口倾斜的金属板，改变竖立的金属板上的电流流向；最后在倾斜板始端(馈电端口附近位置)加载两个并联电阻，一方面用于吸收倾斜板上的电流，另一方面使得从馈电端口发出的电磁波可以向模拟器的后向泄露出去，避免对模拟器前向的辐射近场产生反射干扰。由于本发明是基于指数型渐变喇叭的基础上，两次使用金属板改变模拟器的电流流向、且倾斜板是从口面向馈电端附近倾斜，并使用倾斜板始端的并联电阻吸收金属板上的电流且避免对模拟器的前向辐射近场产生反射干扰，因此本发明所设计的辐射波模拟器能够兼顾提高低频带宽、展宽辐射近场脉宽、且小型化等优点。
下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的结构图。该模拟器采用平面源馈电，激励源为双指数脉冲，其电压峰值约为945.45KV，上升沿tr约为2.5ns，半高宽约为95.8ns；模拟器辐射方向(即x方向)的长度为6m，模拟器张口宽6m、张口高度为hk为3.24m，模拟器的上/下极板的高度按指数规律变化，指数渐变率α为15；模拟器上/下极板的口面上均加载了竖立的金属平板，平板的高度da为1.5m，宽度与模拟器口面同宽；从金属平板的末端向模拟器的馈电端倾斜加载了两个金属板，倾斜板在靠近馈源处的宽度和高度均为0.12m，与激励源处x方向的间距为0.05m，且在该处加载两个阻值均为R＝5000Ω的并联电阻；激励源端口的宽度为0.04m、z方向的高度为0.06m。测点A在距离喇叭口面3m且位于x轴的轴线上。
本发明可按照以下步骤组装：(1)先将恒TEM喇叭改为指数渐变率α为15的指数型喇叭；(2)在(1)的基础上，再在喇叭口面上加上1.5m高且与口面同宽的竖立金属直板；(3)在(2)的基础上，从金属直板的末端向馈电端加载金属斜板，并在金属斜板的始端加上两个并联电阻；(4)在模拟器的馈电端加载上升沿为2.5ns、半高宽为95.8ns的双指数脉冲。
以下表1为本实施例与采用栾珊、朱四桃等人及Jing Xia等人对照方案并在相同部件尺寸下模拟得到的A点电场z分量的峰值、上升沿和半高宽的对比，图3为时域波形的对比。
表1
peak-value/kV/m rise-time/ns FWHM/ns
栾珊 206.07 1.87 10.24
朱四桃等人 168.61 1.64 9.65
Jing Xia等人 174.40 1.77 9.11
本发明 200.27 2.44 18.95
结合图3和表1可以看出，采用本发明不仅可以保持测点A处的场峰值很大、前沿小于2.5ns，还可以大大拓宽模拟器的半高宽。此外，与栾珊、朱四桃、Jing Xia等人提出的方案相比，场的时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小(尤其是与Jing Xia等人提出的上/下两个倾斜板末端接金属背板相比，本发明的效果更加显著)。考虑到整个模拟器的尺寸仅为6m×6m×6.24m，因此实现了提高模拟器低频辐射性能及小型化的效果。
本发明的说明书已经对发明内容给出了充分的说明，各组件的具体参数可以根据实际需求设定，普通技术人员足以通过本发明说明书的内容加以实施。在权利要求的框架下，任何基于本发明思路的改进都属于本发明的权利保护范围。

Claims (6)

1.一种基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，包括由上、下极板构成的TEM喇叭，其特征在于：
所述TEM喇叭为指数型渐变喇叭，即上、下极板的高度按指数规律变化；
所述上、下极板的末端分别向外侧闭合连接有与喇叭口面相同宽度的竖立的金属平板，记为一对竖立板；竖立板与上、下极板连接的一端记为始端，远离上、下极板的一端记为末端；
所述一对竖立板的末端分别闭合连接有向馈电端口倾斜的金属板，记为一对倾斜板；倾斜板与竖立板连接的一端记为末端，远离竖立板、馈电端口附近的一端记为始端；所述一对倾斜板的始端分别与所述上、下极板的始端保持间隙，并在喇叭轴向上超出馈电端口所在位置；
所述一对倾斜板的始端通过电阻进行电连接。
2.根据权利要求1所述的基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，其特征在于：所述一对倾斜板的始端并联有两个及以上的电阻。
3.根据权利要求1所述的基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，其特征在于：从馈电端口到喇叭张口端的方向上，倾斜板的宽度、高度均逐渐变大。
4.根据权利要求1所述的基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，其特征在于：单个竖立板的高度da的取值满足da≥ctr，其中c为光速，tr为激励源脉冲上升沿。
5.根据权利要求1所述的基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，其特征在于：两个倾斜板在其始端的宽度与高度之比为1～1.2：1，在其末端的宽度与高度之比为0.9～1：1；馈电端口的宽度与高度之比为0.6～2：1；喇叭张口端的宽高比为1.5～2：1。
6.根据权利要求1所述的基于TEM喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器，其特征在于：指数型渐变喇叭的指数渐变率α为10～20。
CN201811137256.1A 2018-09-27 2018-09-27 一种基于tem喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器 Active CN109324245B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811137256.1A CN109324245B (zh) 2018-09-27 2018-09-27 一种基于tem喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811137256.1A CN109324245B (zh) 2018-09-27 2018-09-27 一种基于tem喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109324245A CN109324245A (zh) 2019-02-12
CN109324245B true CN109324245B (zh) 2021-01-05

Family

ID=65265992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811137256.1A Active CN109324245B (zh) 2018-09-27 2018-09-27 一种基于tem喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109324245B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110492231A (zh) * 2019-07-08 2019-11-22 江苏携尔泰智能设备科技有限公司 一种宽频带rfid天线
CN110767978B (zh) * 2019-09-29 2021-05-25 西北核技术研究院 一种超宽谱电磁脉冲辐射天线
CN110768001B (zh) * 2019-09-29 2021-08-31 西北核技术研究院 一种模块化阵列天线结构
CN110767992B (zh) * 2019-09-29 2022-05-03 西北核技术研究院 一种超宽谱电磁脉冲测量天线及测量系统
CN110767991B (zh) * 2019-09-29 2022-03-04 西北核技术研究院 一种透镜型超宽谱电磁脉冲辐射天线和天线阵列
CN111555033B (zh) * 2020-04-30 2022-04-12 北京中测国宇科技有限公司 一种宽带脊片外探四脊圆喇叭馈源天线
CN112216964B (zh) * 2020-09-30 2022-08-12 中国人民解放军陆军工程大学 低频补偿电磁脉冲辐射天线
CN112858810A (zh) * 2021-01-07 2021-05-28 国网陕西省电力公司电力科学研究院 一种瞬态辐射电场模拟方法、系统、装置、设备及应用
CN113064010A (zh) * 2021-03-25 2021-07-02 国网陕西省电力公司电力科学研究院 一种电磁干扰模拟装置
CN113075478B (zh) * 2021-03-26 2023-06-23 西北核技术研究所 垂直极化emp辐射波模拟器辐射场的计算模型及其构建方法
CN113810092B (zh) * 2021-09-17 2024-04-19 中国人民解放军63660部队 一种瞬态电磁脉冲辐射阵列的波形脉宽拓展方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1063181A (zh) * 1991-01-11 1992-07-29 西安电子科技大学 短背射横电磁波喇叭天线
CN101807743A (zh) * 2010-04-07 2010-08-18 西安交通大学 一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线
CN103247869A (zh) * 2013-05-03 2013-08-14 中国舰船研究设计中心 基于半导体开关和铁氧体传输线的ira超宽带辐射阵列
CN105390816A (zh) * 2015-10-28 2016-03-09 西安电子科技大学 一种超宽带tem喇叭天线及建模方法
CN106229636A (zh) * 2016-08-08 2016-12-14 上海交通大学 改进的介质加载的宽带tem喇叭天线
CN106299709A (zh) * 2016-08-08 2017-01-04 上海交通大学 紧凑的高定向性的宽带tem喇叭天线
CN107317115A (zh) * 2017-06-15 2017-11-03 中国科学院电子学研究所 用于探地雷达的时域超宽带tem喇叭天线
CN206758653U (zh) * 2017-03-31 2017-12-15 成都伟洪电子科技有限公司 一种tem地表天线结构
JP2018037969A (ja) * 2016-09-02 2018-03-08 国立研究開発法人情報通信研究機構 テーパーｔｅｍホーンアンテナ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10295313B2 (en) * 2014-01-22 2019-05-21 Andrew Stan Podgorski High power microwave weapon system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1063181A (zh) * 1991-01-11 1992-07-29 西安电子科技大学 短背射横电磁波喇叭天线
CN101807743A (zh) * 2010-04-07 2010-08-18 西安交通大学 一种空气耦合双频带脉冲探地雷达天线
CN103247869A (zh) * 2013-05-03 2013-08-14 中国舰船研究设计中心 基于半导体开关和铁氧体传输线的ira超宽带辐射阵列
CN105390816A (zh) * 2015-10-28 2016-03-09 西安电子科技大学 一种超宽带tem喇叭天线及建模方法
CN106229636A (zh) * 2016-08-08 2016-12-14 上海交通大学 改进的介质加载的宽带tem喇叭天线
CN106299709A (zh) * 2016-08-08 2017-01-04 上海交通大学 紧凑的高定向性的宽带tem喇叭天线
JP2018037969A (ja) * 2016-09-02 2018-03-08 国立研究開発法人情報通信研究機構 テーパーｔｅｍホーンアンテナ
CN206758653U (zh) * 2017-03-31 2017-12-15 成都伟洪电子科技有限公司 一种tem地表天线结构
CN107317115A (zh) * 2017-06-15 2017-11-03 中国科学院电子学研究所 用于探地雷达的时域超宽带tem喇叭天线

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Compact UWB Probe for Near-field Microwave Target Detection and Imaging;Jing Xia et al.;《2009 5th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing》;20091030;第1-2页 *
Design of the Low-Frequency Compensation of an Exteme-Bandwidth TEM Horn and Lens IRA;M. H. Vogel;《Sensor and Simulation Notes, note 391》;19960209;第3-4页 *
TEM 喇叭天线末端加载设计及实验;朱四桃 等;《现代应用物理》;20131231;第4卷(第4期);第346-347页 *
基于TEM喇叭的辐射波模拟器天线辐射性能研究;王赟 等;《核电子学与探测技术》;20120930;第32卷(第9期);第1070-1073页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109324245A (zh) 2019-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109324245B (zh) 一种基于tem喇叭的可移动式电磁脉冲辐射波模拟器
CN107317115B (zh) 用于探地雷达的时域超宽带tem喇叭天线
US5959591A (en) Transverse electromagnetic horn antenna with resistively-loaded exterior surfaces
CN110265854B (zh) 一种基于高能脉冲簇激光的光导自适应窄谱微波产生方法
CN104218322A (zh) 一种高功率微波辐射场测量系统接收天线
TWI358852B (en) Handset device
CN205488517U (zh) 蝶形变形雷达天线
CN103825091A (zh) 超宽带定向天线
CN105552533A (zh) 蝶形变形雷达天线
CN203910951U (zh) 雷达天线
CN105932410B (zh) 一种超宽带平面指向性辐射天线
CN102891364B (zh) 一种超宽谱后馈冲击脉冲反射面天线系统
CN109509987B (zh) 新型二/三维结合双极化超宽带吸波结构
CN105826673B (zh) 超宽带泪滴形偶极子天线
CN112763818B (zh) 一种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置及方法
CN108879078B (zh) 一种组合脉冲辐射天线
CN113659347B (zh) 介质谐振器天线及终端
Sabath et al. Design and setup of a short pulse simulator for susceptibility investigations
CN111180297B (zh) 一种双频带微带线慢波结构
Wu et al. Design and simulation of ultra-wideband combined antenna for high-power microwave
Wang et al. Simulation for several kinds of TEM horn antenna used by NEMP simulator
CN217788779U (zh) 小型化强电磁脉冲辐射天线
US6356165B1 (en) Magnetostatic wave devices for high frequency signal processing
CN206040958U (zh) 分形结构单极子天线
CN105762488A (zh) 一种4g天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant