8mm波導同軸轉換和波導功率傳輸及檢波技術研究

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1、上海交通大學工程碩士學位論文第一章引言表1-1國外毫米波制導導彈簡表Table1-1Simpletableofforeignmillimeterwaveguidancemissile國別類型名稱與型號制導方式主要技術指標現(xiàn)狀空地幼畜AGM一65H毫米波或紅外制導射程：25km空地JTACMS聯(lián)合戰(zhàn)術導彈系統(tǒng)中段：慣導末段：紅外成像或毫米波射程：70km超音速飛行多種戰(zhàn)斗部1995年裝備空地黃蜂Wasp毫米波/紅外成像美國紅外成像導引頭射程：20km彈重：61.4kg1988年裝備巡航彈戰(zhàn)斧Block4或激光和毫米波雷達導引頭激光雷達導引頭反艦

2、先進反艦導彈或紅外成像和毫米波導引頭中段：慣導+GPS末段：紅外/毫米波射程：200km改進型采用噴氣渦輪發(fā)動機英國空地Hakim改進型在研俄羅斯反坦克9R114突擊-S導彈毫米波指令制導射程：5km已裝備慣導+毫米波雷達及射程：在研，可法國巡航APTGD高度相關器+雷達或400-600km空射、艦紅外成像末制導命中精度：110m射、潛射1.28mm波導同軸電纜轉換和波導功率傳輸及檢波組件在毫米波制導技術中的應用8mm波導功率傳輸系統(tǒng)一端連接在發(fā)射機功率輸出端，另一端與波導同軸電纜轉換組件相連接，使用時在主波導中傳輸功率信號，通過耦合機構取出

3、一小部分功率信號，再經(jīng)過檢波器和濾波電路輸出一個檢波信號。該檢波信號用于監(jiān)控功率源的輸出功率，同時作為控制信號及時傳遞給計算機控制系統(tǒng)，對功率源的輸出功率進行調整。第2頁上海交通大學工程碩士學位論文第一章引言波導同軸電纜轉換組件另一端接到天線系統(tǒng)端，隨天線跟蹤目標轉動。組件的工作原理圖如圖1-1所示。該組件的檢波信號作為控制信號直接調整導引頭發(fā)射機的功率大小，所以研制8mm波導同軸電纜轉換組件與波導功率傳輸系統(tǒng)具有重大意義[9]。圖1-18mm波導同軸電纜轉換和波導功率傳輸及檢波組件工作原理[9]Fig.1-1Workingtheoryof8

4、mmwaveguidetocoaxial-cableconversion,powertransmissionanddetectordiscreteness1.2電磁波理論在傳輸線分析中的應用1.3.1自由空間中的Maxwell方程組電磁學中基本方程。若采用三維空間中的矢量符號，Maxwell方程組[10]表示為：??()D(r,t)J(r,t)(1-1)×,t= ?tHvv+vr??×(r,t)?B(r,t)(1-2)Evv=?t第3頁上海交通大學工程碩士學位論文第一章引言?v(1-3)?D=ρ(r,t)(r,t)?Bvrt(1-4)?(,)

5、=0其中，Ev，Bv，Hv，Dv，J和ρ是位置與時間的實變函數(shù)。E(r,t)—電場強度矢量(V/m)；D(r,t)—電位移矢量(C/m2)；B(r,t)—磁通量密度矢量(Wb/m2)；J(r,t)—電流密度矢量(A/m2)；H(r,t)—磁場強度矢量(A/m)；ρ(r,t)—電荷密度(C/m3)；方程(1-1)是安培定律或稱一般性的安培電路定律；方程(1-2)是法拉第定律或稱法拉第電磁感應定律；方程(1-3)是庫侖定律或稱電場的高斯定律，方程(1-4)是高斯定律或磁場的高斯定律。Maxwell對電磁定律的貢獻是在安培定律(1-1)中增加了電位

6、移項?D/?t。1.2傳輸線分析方法傳輸線的分析方法有場的方法和路的方法兩種。場的方法是從麥克斯韋方程出發(fā)，解滿足邊界條件的場的波動方程，求出傳輸線中的電場和磁場表達式，進而分析傳輸線的傳輸特性，對波導傳輸線的分析采用這種方法。路的方法是將電磁場問題化為路的問題來處理，從傳輸線方程出發(fā)，解滿足邊界條件的電壓電流的波動方程，分析其傳輸特性，對TEM波傳輸線的分析采用這種方法。1.3.1仿真軟件模擬仿真的實質即是在給定邊界條件和初始條件下，對Maxwell方程組與Lorentz方程進行求解，過去限于數(shù)值計算量巨大而一直未能得到發(fā)展。隨著計算機技術

7、和計算電磁學的高速發(fā)展，全三維電磁場仿真成為可能，尤其是對于復雜結構，其優(yōu)勢更是明顯。近代，誕生了很多建立在數(shù)值計算基礎上的電磁場模擬仿真軟件，著名的有美國的AnsoftHFSS(HighFrequencyStructureSimulator)和ADS(advanceddesign system),還有德國的CSTMWS(CSTMicrowaveStudio)。第4頁上海交通大學工程碩士學位論文第一章引言1.2AnsoftHFSSAnsoftHFSS是一個計算電磁結構的交互軟件包，計算模擬器還包括分析電磁結構細節(jié)問題時的后處理命令，基本功能如

8、下[11,12]：a)基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題，遠近場輻射問題； b)端口特征阻抗和傳輸常數(shù)；c)S參數(shù)和相應端口阻抗的歸一化S參數(shù)； d)結構的本征模或諧振解