高功率径向线螺旋阵列天线密封结构的气体泄漏分析及设计
高功率微波辐射技术是高功率微波技术的重要研究内容之一。近年来，国内学者提出了一种新型的高功率微波辐射天线—高功率径向线螺旋阵列天线，它在保证良好辐射的前提下，实现了天线的高功率容量、高效率、小型化和圆极化定向辐射。为了达到高功率径向线螺旋阵列天线所需要的功率容量要求，通常需要对其内部进行抽真空或充气处理。在最近应用中，对天线探针耦合区域采用充气并进行密封处理的方式来提高整个天线的可靠性。实际上，不管采取任何形式的密封处理都难以实现绝对密封，或多或少存在一定泄漏，具体泄漏特性与密封结构性能、内外压力差、内外浓度差、泄漏面积及气体性质等因素有关。由于气体的泄漏特性直接决定着充气区域的场强击穿阈值，从而影响天线的功率容量，因此有必要对高功率径向线螺旋阵列天线密封结构的气体泄漏特性进行研究。 高功率径向线螺旋阵列天线密封结构的气体泄漏发生在泄漏通道未知的条件下，针对这种情况，论文将当量思想引入到高功率径向线螺旋阵列天线密封结构的气体泄漏特性研究中，获得了实际工况下密封结构当量面积计算方法，使密封结构气体泄漏数值模拟成为可能;在此基础上，研究了一种基于短时间实验数据的阵列天线密封结构气体泄漏数值模拟方法。具体过程为:先利用相关理论基础，根据阵列天线实际结构参数及工作条件，推导获得实际工况下基于已知气体状态参数的密封结构当量面积计算式，再利用此式并结合短时间实验获得的气体状态参数算出阵列天线所有密封结构的总当量面积，接下来参考泄漏检测情况并根据流导比值将总当量面积分配到各密封结构处，以此得到等效各密封结构的当量面积泄漏口;然后利用总当量面积对实际工况下的气体泄漏进行理论计算，同时采用获得的当量面积泄漏口取代各密封结构建立仿真模型，通过基于有限体积法的仿真软件对实际工况下的气体泄漏特性进行研究;最后将理论分析、数值仿真和完整的长时间气体泄漏实验进行比较。结果表明:无压差工况下阵列天线内部氧气浓度随泄漏时间发生变化，泄漏口位置及内部结构对氧气浓度分布具有一定影响;有压差工况下阵列天线内部气体压力随泄漏时间发生变化，初始阶段内部压力泄漏较快，随着泄漏时间增加内部压力泄漏速度变缓;两种工况下的数值仿真和实验趋势基本一致，证明仿真具有可行性和可信性，且具有速度更快、更节约成本及能获得内部气体参数分布等特点;相对理论计算，数值仿真更准确。 论文最后参考国标及相关手册，对高功率径向线螺旋阵列天线密封结构进行参数设计及应力分析，并尝试探索了一种能快速对已设计的阵列天线密封结构的气体泄漏特性进行分析的方法:以密封结构流导计算式为基础，结合前面的研究结论，获得无压差工况下已设计密封结构的当量面积计算方法;以基于流导的漏率公式及泄漏源模型公式为基础，结合气体状态方程及前面的研究结论，获得有压差工况下已设计密封结构的当量面积计算方法;采用以上计算方法对前面设计的阵列天线密封结构在有压差工况下的当量面积进行计算，并利用此当量面积建立泄漏模型进行数值模拟，获得已设计密封结构的泄漏参数;当然，若已获得的泄漏参数不能满足要求，可考虑对已设计的密封结构参数进行优化。反复迭代上述过程，直到泄漏参数满足要求，从而得到设计合理的密封结构。
高功率微波;螺旋阵列天线;密封结构;气体泄漏;当量面积法;数值模拟
西南交通大学
硕士
物理电子学
李相强
2014
中文
TN823.31;TN820.14
74
2014-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）