一种频变自适应分布式天线负载的制作方法

本发明涉及电磁脉冲有界波辐射天线技术，具体是一种频变自适应分布式天线负载。

背景技术：

有界波电磁脉冲模拟器是进行电磁脉冲辐射效应实验的装置，可以承担设备级和系统级的效应实验、防护性能检测与评估的任务。目前国外建有多种类型的有界波电磁脉冲模拟器，可模拟高空核爆炸电磁脉冲、地面核爆炸电磁脉冲、雷电电磁脉冲等，性能指标高，建设规模大。国内的模拟设备主要以模拟高空爆核电磁脉冲为主，辐射场环境指标已与国际水平相当，但模拟器数量和规模与国外还有很大差距，同时，也建立了小型的地面核爆炸低频强电磁脉冲模拟实验系统，可以满足小、中型受试件的效应与防护实验。

现有的有界波模拟器天线为平行线结构，天线负载为集中式或分布式形式，阻值固定，当天线高度较高时，为保持平行线内场强不变，脉冲电容器组的储能就需要很高，直接导致脉冲源造价很高，同时高能量也存在安全隐患，为了解决这一问题，急需开发一种阻值可变的新型天线负载降低对脉冲源储能的要求，从而解决该难题。

技术实现要素：

为了克服背景技术研究中的不足，本发明的目的是提出一种频变自适应分布式天线负载，使用本天线负载和与之相匹配的天线系统，在有界波电磁脉冲模拟器的建设中，可在基本不影响波形的前提下，脉冲源只需要传统方式储能的1％～5％，就能够在工作空间获得满足要求的脉冲电场；由于储能大大降低，系统造价也大幅度降低，运行安全性问题也大大减少。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种频变自适应分布式天线负载，所述的有界波电磁脉冲模拟器包括脉冲源和天线系统，天线系统设置在脉冲源右侧，所述的天线系统包括上极板、下极板和分布式天线负载，其中，下极板水平设置，上极板通过天线支架设置在下极板的上方，分布式天线负载设置在上极板右端与下极板右端之间；所述的分布式天线负载由n条高频通路和n条低频通路并联组成，n条高频通路间隔设置在n条低频通路之间，所述高频通路由m组rc串联电路串联组成，所述rc串联电路由一个低电感高压电阻和一个高压脉冲电容构成，所述低频通路由m个低电感高压电阻串联组成；所述的上极板由2n条并联的金属线构成，2n条并联金属线的左端与脉冲源的高压输出端连接，右端分别对应连接分布式天线负载的左端，分布式天线负载的右端分别与下极板右端连接，下极板的左端与脉冲源的零电位端连接。

所述的天线系统其整体结构由前锥段、平行段和负载段构成，前锥段位于平行段的左侧并与脉冲源相邻，负载段位于平行段的右侧，其中，上极板左段和下极板左段构成前锥段，上极板右段和下极板中段构成平行段，分布式天线负载和下极板右段构成负载段；所述平行段中，上极板的2n条金属线间隔平行设置在一个平面内并与下极板平行，上极板、下极板在平行段之间的空间为电磁脉冲模拟器的实验空间；所述前锥段中，上极板的2n条金属线在平行段左端构成向下倾斜的锥形斜面；所述负载段中，分布式天线负载的n条高频通路和n条低频通路间隔平行设置并在平行段右端构成向下倾斜的斜面，斜面右端与下极板右端相交。

所述的上极板其2n条金属线在天线系统的平行段按照等间距设置；所述分布式天线负载的n条高频通路和n条低频通路也按照等间距设置。

所述的天线下极板为金属网或者多根金属线。

所述的脉冲源为基于marx原理的脉冲功率源。

本发明的原理：频变自适应分布式天线负载由一系列高频低电感电容器和低电感电阻构成，利用频率的跨越实现电路负载的切换；在高频下，自适应负载表现为低阻抗，可防止前沿高频成分反射回实验工作空间，从而不对实验工作空间的电场波形造成畸变；在低频下，频变自适应负载表现为高阻抗，相对于此时传播的电磁波波长，天线可以看成电小尺寸器件，脉宽由频变自适应负载的等效阻抗决定，与天线阻抗无关。

本发明的有益效果：本发明所提供的天线负载是一种适用于电磁脉冲有界波模拟器建设的频变自适应分布式天线负载，本天线负载和与之相匹配的天线系统，可在基本不影响波形的前提下，脉冲源只需要传统方式储能的1％～5％，就能够在工作空间获得满足要求的脉冲电场；由于储能大大降低，大幅度降低了系统造价，运行安全性问题也大大减少。

附图说明

图1为本发明的整体结构俯视示意图。

图2为本发明的整体结构前视示意图。

图3为实施例中频变自适应负载下获得的工作空间电场波形图。

图4为实施例中工作空间电场波形前沿曲线图。

图5为实施例中频变自适应负载的阻抗随时间的变化曲线图。

图中，1、脉冲源，2、天线系统，201、前锥段，202、平行段，203、负载段，3、上极板，4、下极板，5、分布式天线负载，501、高频通路，502、低频通路，6、rc串联电路，601、低电感高压电阻，602、高压脉冲电容，7、金属线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种频变自适应分布式天线负载，所述的有界波电磁脉冲模拟器包括脉冲源1和天线系统2，天线系统2设置在脉冲源1右侧，所述的天线系统2包括上极板3、下极板4和分布式天线负载5，其中，下极板4水平设置，上极板3通过天线支架设置在下极板4的上方，分布式天线负载5设置在上极板3右端与下极板4右端之间；所述的分布式天线负载5由n条高频通路501和n条低频通路502并联组成，n条高频通路501间隔设置在n条低频通路502之间，所述高频通路501由m组rc串联电路6串联组成，所述rc串联电路6由一个低电感高压电阻601和一个高压脉冲电容602构成，所述低频通路502由m个低电感高压电阻串联组成；所述的上极板3由2n条并联的金属线7构成，2n条并联金属线7的左端与脉冲源1的高压输出端连接，右端分别对应连接分布式天线负载5的左端，分布式天线负载5的右端分别与下极板4右端连接，下极板4的左端与脉冲源1的零电位端连接。

所述的天线系统2其整体结构由前锥段201、平行段202和负载段203构成，前锥段201位于平行段202的左侧并与脉冲源1相邻，负载段203位于平行段202的右侧，其中，上极板3左段和下极板4左段构成前锥段201，上极板3右段和下极板4中段构成平行段202，分布式天线负载5和下极板4右段构成负载段203；所述平行段202中，上极板3的2n条金属线7间隔平行设置在一个平面内并与下极板4平行，上极板3、下极板4在平行段202之间的空间为电磁脉冲模拟器的实验空间；所述前锥段201中，上极板3的2n条金属线7在平行段202左端构成向下倾斜的锥形斜面；所述负载段203中，分布式天线负载5的n条高频通路501和n条低频通路502间隔平行设置并在平行段202右端构成向下倾斜的斜面，斜面右端与下极板4右端相交。

所述的上极板3其2n条金属线7在天线系统2的平行段202按照等间距设置；所述分布式天线负载5的n条高频通路501和n条低频通路502也按照等间距设置。

所述的天线下极板4为金属网或者多根金属线。

所述的脉冲源为基于marx原理的脉冲功率源。

实施例1

现在按照本发明提供的技术方案建立电磁脉冲有界波模拟器，设计的模拟器其脉冲场参数为：70kv/m，脉冲宽度1ms，脉冲前沿小于100ns，其脉冲源采用marx形式，参数为：输出直流高压800kv，建立电容为100nf。

所述的天线系统由前锥段、平行段、频变自适应分布式天线负载段三部分组成，前锥段长30m，平行段长15m、宽15m，高10m，频变自适应分布式天线负载段长约15m，天线总长度60m，宽度15m，宽高比1.5：1，天线阻抗约150ω；天线系统架设在户外，天线支架采用玻璃钢缠绕管，横梁采用金属桁架结构，天线上极板采用金属线，金属线间距不大于10cm；频变自适应分布式天线负载段为金属线串并联电容电阻组成，共16条支路并联；天线下极板的每段采用不锈钢网，网格尺寸约为1cm×1cm。固定在水泥地面上。

在本实施例中，高频通路由150ω低电感高压电阻和10nf高压脉冲电容组成，设计为8路并联，每路为8组单rc串联电路串联组成，所述单rc串联电路由一个150ω金属膜电阻和一个10nf高压脉冲电容串联，单个电阻和电容耐压均大于100kv，每条高频通路回路电感约500nf；低频通路由15kω低电感高压电阻构成，设计为8路并联，每路8个15kω金属膜电阻串联，单个电阻耐压大于100kv，回路电感约500nf。

根据电容放电脉宽的估算式：

tw＝0.69rc(1)

式中，r为天线阻抗，c为marx产生器串联电容。

由(1)式可知，在天线负载为阻值为150ω的普通负载的情况下，要想获得1ms的脉宽，marx产生器的串联电容必须达到9.7μf，因此，脉冲源的储能为3.1mj：

w＝u²c/2＝3.1mj(2)

而采用所述的频变自适应负载后，负载阻值在高频下仍为150欧，低频情况下为15kω(理论值),而脉宽主要有低频阻抗决定。要想获得1ms的脉宽，marx产生器的串联电容必须达到0.097μf，此时脉冲源的储能约为31kj，为传统方式储能的1％，就能够在工作空间获得脉宽1ms的脉冲电场。

实施例1建立的有界波模拟器所产生的工作空间电场波形如图3所示，工作空间电场波形前沿如图4所示，有效模拟波形的脉宽约1ms，前沿小于100ns。

实施例1中频变自适应负载的阻抗随时间的变化曲线如图5所示。从图5中可以看出，脉冲前沿阶段频变自适应负载呈现低阻抗，脉冲后沿阶段频变自适应负载呈现高阻抗。

实施例1中的频变自适应分布式天线负载适用于产生脉冲前沿很陡、脉冲宽度较大且二者相差3个数量级以上的脉冲电场波形。

综上所述，本发明提出的提出一种频变自适应分布式天线负载，与其配合的脉冲源只需要传统方式储能的1％～5％，就能够在工作空间获得满足要求的脉冲电场。

本发明未详述部分为现有技术。