電磁脈沖輻射波模擬器雙錐- 平面線柵天線場分布規(guī)律

肖晶， 吳剛， 王海洋， 謝霖?zé)觯?程樂， 郭景海

(1.西北核技術(shù)研究所， 陜西 西安 710024； 2.強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國家重點實驗室， 陜西 西安 710024)

0 引言

利用電磁脈沖模擬器提供的輻射環(huán)境對電子系統(tǒng)及其組成單元的電磁脈沖效應(yīng)進(jìn)行模擬實驗，可以發(fā)現(xiàn)電磁脈沖耦合的薄弱環(huán)節(jié)及電磁脈沖損傷的規(guī)律，是對電子系統(tǒng)進(jìn)行抗電磁脈沖防護(hù)、評估其在電磁脈沖環(huán)境下生存能力的重要手段[1-3]。輻射波模擬器實驗區(qū)域大，為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電子系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)研究提供了較理想的輻射環(huán)境。

雙錐- 籠形水平天線具有常阻抗、寬頻帶等特點，已廣泛用于生成水平極化輻射波[4-5]。為了降低雙錐向籠形過渡段電流負(fù)反射對脈沖寬度造成的影響，往往需要將天線直徑設(shè)計得很大，才能使輻射波形滿足標(biāo)準(zhǔn)電磁脈沖的要求。雙錐- 平面線柵水平極化輻射波天線是一種新型的水平極化輻射波天線，具有便于機(jī)動架設(shè)、可靈活調(diào)節(jié)等特點。更重要的是，與雙錐- 籠形水平極化輻射波天線相比，雙錐- 平面線柵天線可以減小電流負(fù)反射引起的輻射場脈沖寬度的損失[6]，使輻射場脈沖寬度接近于脈沖源在匹配負(fù)載上輸出的脈沖寬度，有利于脈沖源的設(shè)計。2010年，Bailey等[6]在美國航空系統(tǒng)司令部驗證了雙錐- 平面線柵天線在減小半寬損失、改善輻射波形方面的優(yōu)勢，并提出用這一新型天線替換原有的橢圓籠形天線。但是，Bailey等[6]并未對雙錐- 平面線柵天線的輻射規(guī)律進(jìn)行討論，采用的天線結(jié)構(gòu)也不是最優(yōu)的，有必要進(jìn)行深入研究。

朱湘琴等[7]利用并行時域有限差分法初步討論了大地電導(dǎo)率和相對介電常數(shù)以及圓錐半徑對模擬器輻射場波形的影響，但對輻射規(guī)律的研究有待深入。比較而言，國內(nèi)關(guān)于雙錐- 平面線柵天線的研究研究成果較少。

本文從雙錐天線基本理論出發(fā)，推導(dǎo)分析雙錐天線輻射場的分布規(guī)律，并結(jié)合仿真和實際天線試驗驗證了雙錐- 平面線柵天線內(nèi)部電磁波的分布和傳播規(guī)律，對輻射場規(guī)律研究及水平極化電磁脈沖輻射波模擬器設(shè)計具有一定的參考作用。

1 雙錐天線的輻射特性及分布規(guī)律

采用雙錐- 平面線柵天線結(jié)構(gòu)的電磁脈沖模擬器雙錐天線長度有限，并且輻射場還會受地面和線柵天線等的影響，難以給出解析解，但在自由空間中，無限長雙錐天線輻射場具有解析解，研究其場分布規(guī)律對雙錐- 平面線柵水平極化輻射波天線具有指導(dǎo)意義。

1.1 自由空間中無限長雙錐天線基本理論

無限長雙錐天線的原理圖如圖1所示。圖1中，P為天線下方空間內(nèi)任意一點，r為激勵到測點P的距離，θ為雙錐中心和P點的連線與圓錐軸線的夾角。t時刻在測點P處輻射電場Eθ[8]的計算公式為

圖1 無限長雙錐天線的示意圖Fig.1 Schematic diagram of infinitely long biconical antenna

(1)

式中：Z為無限長雙錐天線的特性阻抗；V0(t)為錐天線上的激勵電壓。

在任意點處，無限長雙錐天線的特性阻抗也是饋電點的輸入阻抗，其值為常數(shù)，表示為

(2)

式中：Zi為饋電點的輸入阻抗；θh為圓錐半錐角。

對于電磁脈沖輻射波模擬器，往往更關(guān)心極化方向分量場的分布規(guī)律，并且通常在直角坐標(biāo)系下進(jìn)行輻射場規(guī)律分析和場分布的研究。因此，本文給出圖1所示直角坐標(biāo)系下無限長雙錐天線分量場的表達(dá)式：

Ex=Eθsinθ，

(3)

Ey=Eθcosθcosφ，

(4)

Ez=Eθcosθsinφ，

(5)

式中：Ex、Ey、Ez分別為錐天線在3個坐標(biāo)軸方向的分量場；φ為r在Oyz平面內(nèi)的投影與y軸正方向的夾角。

1.2 雙錐天線輻射場分布規(guī)律

1.2.1 雙錐天線正下方的輻射場

對于雙錐中心正下方的測點，θ=90°，代入(1)式，得

(6)

此時

Ey=Ez=0 V/m，

(7)

即當(dāng)錐天線結(jié)構(gòu)和激勵電壓確定時，雙錐中心正下方測點輻射電場y軸、z軸分量均為0 V/m，x軸極化分量與測點到源的距離r呈反比。該結(jié)論對Oyz平面上的測點都成立。

1.2.2Oxz平面內(nèi)同一圓弧上的輻射場

在Oxz平面內(nèi)以雙錐中心點為圓心、r為半徑做一個圓弧，如圖2所示，記雙錐正下方且在圓弧上的點P極化分量場為Ex，依據(jù)(6)式有Ex=60V0(t)/(rZ)。圓弧上任意一點P1與雙錐中心的連線與圓錐軸線的夾角為θ1，對應(yīng)的總輻射場記作Eθ1，Eθ1的水平分量為Ex1，則

(8)

進(jìn)而可得

Ex1=Ex.

(9)

即Oxz平面內(nèi)以雙錐中心為圓心的圓弧上任意一點輻射電場極化分量的取值與θ無關(guān)，幅值處處相等，電場極化分量的等值線為同心圓環(huán)，并且由于圓弧上測點到激勵的距離相等，輻射波到達(dá)峰值的時間也相等。進(jìn)而，求Oxz面內(nèi)任意一個偏離雙錐中心正下方的測點的極化分量場，都可以轉(zhuǎn)化為求與該點在同一圓弧上的雙錐中心正下方測點的極化分量場。圖2中，h1為P1距離雙錐中心的垂直距離，P′1為P1點在z軸上的投影。

圖2 分量場計算示意圖Fig.2 Diagram of calculating the component of E-field

1.2.3Oxz平面內(nèi)同一水平線上的輻射場

P′1點的坐標(biāo)為(0 0 -h1)，極化分量場記作E′x1，由1.2.1節(jié)可知

(10)

則

(11)

而

(12)

聯(lián)立(9)式、(11)式、(12)式，可得

Eθ1=E′x1.

(13)

(13)式表明Oxz面內(nèi)同一水平線上各測點總輻射場大小相等但方向不同，其方向為所在圓弧的切線方向。

1.2.4 各分量場的關(guān)系

設(shè)Oxz面上任一測點的坐標(biāo)為(x′ 0z′)，記該測點的分量場幅值分別為E′x、E′y和E′z，有φ=0°，則

(14)

E′y=0 V/m.

(15)

依據(jù)(14)式可以估計z軸分量與x軸分量場幅值的關(guān)系。

1.2.5 場分布定性規(guī)律

除1.2.1節(jié)～1.2.4節(jié)4個定量的關(guān)系之外，還可以得到輻射電場分布的3個定性規(guī)律：

1)同一水平面內(nèi)，雙錐中心正下方處極化分量場最大，距離該位置越遠(yuǎn)，極化分量場幅值越小。

2)各分量場關(guān)于Oxz平面和Oyz平面對稱分布。

3)y軸分量在Oxz平面和Oyz平面內(nèi)為0 V/m，z軸分量在Oyz平面內(nèi)為0 V/m.

2 雙錐- 平面線柵天線的輻射特性

2.1 雙錐- 平面線柵天線結(jié)構(gòu)

圖3所示為雙錐- 平面線柵水平極化輻射波天線的一種典型結(jié)構(gòu)，主要包括雙錐、平面線柵結(jié)構(gòu)的天線和終端負(fù)載。線柵天線由雙錐底部均勻拉出，經(jīng)負(fù)載接地。這種模擬器結(jié)構(gòu)可理解為將垂直極化有界波模擬器[9-11]的前過渡段旋轉(zhuǎn)90°得到，在模擬器內(nèi)部電磁波自上而下傳播，生成水平極化輻射環(huán)境。

圖3 雙錐- 平面線柵水平極化輻射波天線結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Radiated-wave EMP simulator with biconical-wire grating structure

為了驗證1.2節(jié)中雙錐天線輻射場分布規(guī)律并分析雙錐- 平面線柵水平極化輻射波模擬器內(nèi)部輻射電場的分布情況，利用CST電磁仿真軟件微波仿真實驗室對這一結(jié)構(gòu)的模擬器進(jìn)行仿真。為使研究問題聚焦于天線本身，仿真時將實際脈沖源與雙錐天線的設(shè)計簡化為直接在雙錐頂點處通過離散端口向天線施加激勵，所加激勵電壓的表達(dá)式為

U(t)=kV0(e-αt-e-βt)，

(16)

式中：U(t)為離散端口的激勵電壓；k為補(bǔ)償系數(shù)；α、β為決定輻射場上升沿和半寬的系數(shù)。當(dāng)k=1.3，V0=50 kV，α=4.0×107s-1，β=6.0×108s-1時，激勵的上升沿約為2.5 ns(10%～90%)，脈沖半高寬約為23 ns，并在約4.8 ns時脈沖達(dá)到峰值。

本文令圓錐半錐角為32°(此時Z=150 Ω)，圓錐底面半徑為1.25 m，雙錐錐頂間距為2 cm，雙錐中心距離地面的高度為10 m，單側(cè)極板寬度取48 m，兩個線柵極板之間的距離為32 m. 每根金屬拉線在距離地面1 m處經(jīng)負(fù)載接地，并保證單側(cè)極板所接負(fù)載的等效阻值為75 Ω. 所建模型如圖3所示，模型坐標(biāo)原點為雙錐中心在地面的投影。

仿真邊界條件設(shè)為Open(add space)。為提高仿真效率，依據(jù)雙錐- 平面線柵天線的幾何對稱關(guān)系和輻射場的對稱關(guān)系將Oyz面設(shè)為電壁，將Oxz面設(shè)為磁壁。頻率范圍取0～200 MHz，并按照每個波長20個網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格剖分。

2.2 雙錐- 平面線柵天線的輻射特性

圖4給出了雙錐中心正下方(0 m 0 m 9 m)位置分量場的仿真結(jié)果，依據(jù)(6)式和(7)式，對測點(0 m 0 m 9 m)，有

圖4 測點(0 m 0 m 9 m)各輻射電場分量Fig.4 Radiated field components at observation point (0 m 0 m 9 m)

Ey=Ez=0 V/m，

(17)

(18)

由圖4可知：測點(0 m 0 m 9 m)處輻射電場x軸分量的峰值約20.82 kV/m，y軸、z軸分量場均為0 kV/m，與理論計算結(jié)果相符。

取一個測點P1(5 m 0 m 3 m)，其距雙錐中心的距離約為8.6 m，則模擬器內(nèi)部以雙錐中心為圓心且過P1點的圓與z軸的交點坐標(biāo)為(0 m 0 m 1.4 m)，記作點P. 依據(jù)(9)式，P1點與P點x軸分量(極化分量)場相等。圖5給出了測點(5 m 0 m 3 m)和(0 m 0 m 1.4 m)位置x軸分量場的仿真結(jié)果。

圖5 測點(5 m 0 m 3 m)和(0 m 0 m 1.4 m)處的輻射電場Fig.5 Radiated fields at observation points (5 m 0 m 3 m) and (0 m 0 m 1.4 m)

由圖5可見：測點(5 m 0 m 3 m)處x軸分量場幅值為2 421 V/m，點(0 m 0 m 1.4 m)處輻射電場總幅值為2 410 V/m，二者基本一致，與1.2.2節(jié)中的分析相符；(5 m 0 m 3 m)測點波形在脈沖峰值后大約18 ns疊加了很強(qiáng)的負(fù)脈沖，下降沿陡降；(0 m 0 m 1.4 m)測點波形在脈沖峰值后大約8.6 ns疊加了負(fù)脈沖，分析光程差可知這是地面反射作用的結(jié)果。經(jīng)過測點(5 m 0 m 3 m)的電磁波到達(dá)地面再由地面反射回測點的光程為6 m，對應(yīng)波的傳播時間約20 ns，與波形“陡降”時刻基本一致；地面反射作用到測點(0 m 0 m 1.4 m)的最短時間為9.3 ns，與該測點波形陡降的時刻相對應(yīng)。

由此可知，實際模擬器輻射電場波形會因地面反射等的影響而出現(xiàn)畸變，但通過優(yōu)化模擬器結(jié)構(gòu)并選擇合適的實驗區(qū)域可以減小或延遲其他因素的作用，降低對輻射電場主脈沖波形的影響。

測點(0 m 0 m 3 m)與(5 m 0 m 3 m)同在Oxz平面內(nèi)的同一水平線上，圖6比較了2個測點的輻射電場，其中(5 m 0 m 3 m)測點輻射電場總幅值為2 956 V/m，(0 m 0 m 3 m)處x軸分量輻射電場幅值為2 941 V/m，與1.2.3節(jié)的結(jié)論基本相符。注意到測點(5 m 0 m 3 m)在測點(0 m 0 m 3 m)峰值時刻之后大約5.8 ns(對應(yīng)光程差約1.7 m)達(dá)到峰值，這是因為二者與激勵的距離不同：測點(5 m 0 m 3 m)距雙錐中心的距離約為8.6 m，測點(0 m 0 m 3 m)對應(yīng)的距離為7 m，相差1.6 m，與光程差計算結(jié)果一致。圖6中波形下降沿的陡降也主要是地面反射作用的結(jié)果，不再贅述。

圖6 測點(5 m 0 m 3 m)和(0 m 0 m 3 m)處輻射電場Fig.6 Radiated fields at observation points (5 m 0 m 3 m) and (0 m 0 m 3 m)

圖7給出了Oxz平面內(nèi)(5 m 0 m 1 m)位置處的輻射電場波形，依據(jù)(14)式、(15)式，應(yīng)有Ey=0 V/m，Ez/Ex=5/9≈0.56. 圖7中z軸分量與x軸分量的比值約0.83，與理想雙錐天線的分析結(jié)果差異較大。依據(jù)(3)式和(5)式，測點(5 m 0 m 1 m)各分量場幅值分別為Ex=1 943 V/m，Ez=1 079 V/m. 可見，圖7中x軸分量幅值與計算結(jié)果基本一致，z軸分量場波形第1個極大值為1 098 V/m，與x軸分量峰值同時到達(dá)，之后約5.7 ns(對應(yīng)光程差約1.7 m)疊加了較強(qiáng)的正脈沖，由光程差推斷該變化主要由地面反射引起。

圖7 測點(5 m 0 m 1 m)處各輻射電場分量Fig.7 Radiated field components at observation point (5 m 0 m 1 m)

根據(jù)美國國防部頒布的軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-461F[12-14]對場均勻性的定義，整個測試區(qū)內(nèi)各位置上除了主分量場脈沖峰值要在一定范圍內(nèi)外，次分量場與主分量場之比還要小于一定百分比(如25%)。顯然，測點(5 m 0 m 1 m)處的分量場不滿足條件。在(14)式基礎(chǔ)上結(jié)合仿真結(jié)果，可以快速確定對輻射電場分量有要求的模擬器實驗空間。

2.3 雙錐- 平面線柵天線內(nèi)部電場分布

利用CST軟件的場監(jiān)視器監(jiān)測模擬器內(nèi)部輻射電場分量的分布情況，圖8所示為t=30 ns時距地面3 m高水平面內(nèi)分量場的分布圖。由圖8可見，分量場分布具有以下規(guī)律：1)x軸分量場峰值的等值線為同心圓環(huán)，并且距離圓心越遠(yuǎn)，場峰值越?。?)y軸分量在Oxz和Oyz兩個平面內(nèi)輻射電場強(qiáng)為0 V/m，并且其他位置輻射電場分布關(guān)于這兩個面對稱；3)z軸分量在Oyz平面內(nèi)為0 V/m，并且場分布關(guān)于該平面和Oxz面對稱，與1.2.5節(jié)的結(jié)論相符。

圖8 t=30 ns距地面3 m水平面內(nèi)輻射電場分量(藍(lán)色區(qū)域與紅色區(qū)域?qū)ΨQ位置輻射場強(qiáng)大小相等、方向相反)Fig.8 Radiated field components at about 3 m above the ground for t=30 ns (the magnitudes of radiation field intensities on the symmetric positions in the blue and red areas are equal, and their directions are opposite)

圖9給出了距地面3 m水平面內(nèi)x軸分量電磁波的傳播過程，為了清楚地反映反射波的影響，從t=70 ns開始令場強(qiáng)幅值顯示的范圍為[-1 000 V/m，1 000 V/m]。由圖9可見：電磁波在施加激勵后23.3 ns到達(dá)該平面；當(dāng)t=30 ns時輻射電場不受周圍環(huán)境的影響，場峰值由圓心向外逐漸變小。隨著電磁場向外傳播，當(dāng)t=50 ns時電磁波已傳至兩側(cè)極板，雙錐中心正下方區(qū)域場強(qiáng)為0 V/m，該時刻模擬器內(nèi)部靠近極板的位置輻射電場強(qiáng)明顯變小，這是極板和地面反射等綜合作用的結(jié)果；當(dāng)t=60 ns時大部分電磁波傳至模擬器外部，內(nèi)部中心區(qū)域電場強(qiáng)度為0 V/m，但是極板4個角點處輻射電場較強(qiáng)；70 ns之后可以看到線柵極板和角點處明顯的反射，而且角點處的反射相對較大；t=100 ns時模擬器內(nèi)部僅剩部分反射場。

圖9 距地面3 m水平面內(nèi)x軸輻射電場分布隨時間變化圖Fig.9 Radiated field components along x axis at about 3 m above the ground at different times

3 雙錐- 平面線柵天線樣機(jī)試驗結(jié)果

進(jìn)一步搭建雙錐- 平面線柵天線樣機(jī)系統(tǒng)，對其輻射特性進(jìn)行實際測量和驗證。該系統(tǒng)主要包括脈沖電壓源、雙錐- 平面線柵天線、電路氣路控制系統(tǒng)、電場傳感器和信號采集系統(tǒng)以及主控計算機(jī)。控制系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)置于屏蔽間內(nèi)以避免輻射場的影響，信號傳輸采用光纖實現(xiàn)。電場傳感器采用瑞士Montena公司生產(chǎn)的SFE1G型Free-field D-dot場傳感器，可以滿足試驗測量的要求。為便于架設(shè)，與仿真結(jié)構(gòu)稍有不同，將48根金屬拉線平均分成6組(每組8根金屬線)，在天線末端收攏為一束再通過負(fù)載接地，其他參數(shù)設(shè)置與2.1節(jié)的設(shè)置相同。圖10所示為天線樣機(jī)試驗原理圖，圖11所示為實際天線實驗的場景。圖10中，E(t)表示輻射的電場。由于拉線結(jié)構(gòu)幾乎不影響雙錐中心正下方輻射電場[15]，并且電磁脈沖效應(yīng)實驗的工作空間通常距地面和線柵極板一定距離以降低其對輻射場主脈沖的影響，因此試驗樣機(jī)線柵天線采用收攏結(jié)構(gòu)，以降低天線架設(shè)的難度。

圖10 天線樣機(jī)原理圖Fig.10 Schematic diagram of antenna prototype

圖11 天線試驗平臺Fig.11 Platform of antenna experiment

實際試驗時，將天線吊至距離地面9.5 m的高度，并保證起吊的金屬結(jié)構(gòu)與天線的距離足夠遠(yuǎn)，不會影響輻射場的主波形。試驗采用電容直接放電的形式生成雙指數(shù)波，當(dāng)主電容取600 pF時，可以生成前沿和半寬滿足國際電工委員會IEC 61000-2-9標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的早期(E1)HEMP基準(zhǔn)波形[16]的激勵信號。將充電電壓設(shè)為1 000 V，雖然生成激勵幅值低于標(biāo)準(zhǔn)E1波形，但不影響對輻射規(guī)律的研究。試驗時，在每個測點進(jìn)行多次測量，并選擇10次有效測量的平均值作為最終的結(jié)果。

圖12、圖13分別給出了4 m高水平面x軸上距離中心點2 m和6 m對稱位置(對應(yīng)坐標(biāo)分別為(2 m0 m4 m)、(-2 m0 m4 m)和(6 m0 m4 m)、(-6 m 0 m 4 m))4個測點輻射場的一次實測波形。為了更直觀地比較，對圖12和圖13中的輻射場波形進(jìn)行了歸一化處理，并在半寬起點處對齊。表1、表2分別統(tǒng)計了x軸上7個、y軸上6個對稱位置輻射電場參數(shù)。

圖12 測點(2 m 0 m 4 m)和(-2 m 0 m 4 m)處電場Fig.12 E-fields at observation points (2 m 0 m 4 m) and (-2 m 0 m 4 m)

圖13 測點(6 m 0 m 4 m)和(-6 m 0 m 4 m)處電場Fig.13 E-fields at observation points (6 m 0 m 4 m) and (-6 m 0 m 4 m)

表1 x軸上7個位置輻射電場的波形參數(shù)

表2 y軸上6個位置輻射電場的波形參數(shù)Tab.2 Waveform parameters of E-field on y axis

結(jié)合圖12和表1可以看出：在(2 m 0 m 4 m)和(-2 m 0 m 4 m)兩個位置輻射電場主波形一致性較好，峰值變化率小于10%、半寬變化率小于1%、前沿變化率約為20%，波形基本對稱；大約在脈沖峰值后26 ns(對應(yīng)光程約7.8 m)，輻射場下降沿出現(xiàn)了明顯陡降，而電磁波由測點到達(dá)地面再經(jīng)地面反射到該測點的最短距離為8 m，因此可以推測實測波形下降沿的陡降是由地面反射引起的，與第2節(jié)的仿真結(jié)果一致；電磁波由測點(2 m 0 m 4 m)到極板再反射回該測點的光程差為15.2 m，因此極板反射對波形的影響應(yīng)該在脈沖峰值時刻50 ns之后。

圖13中兩個測點輻射場波形前沿和峰值基本一致，但半寬都有明顯減小，波形下降沿疊加了多個反射，并且2個測點下降沿波形差異較大。經(jīng)計算，電磁波由測點(6 m 0 m 4 m)經(jīng)線柵天線反射再回到該測點的最短光程差約7.2 m，稍小于地面反射對應(yīng)的光程差。圖13中大約在脈沖峰值后26 ns出現(xiàn)較強(qiáng)的反射，是線柵極板與地面反射共同作用的結(jié)果。此時線柵極板的反射已經(jīng)不能忽略。試驗結(jié)果表明，測點(-6 m 0 m 4 m)處多次測量的輻射場半寬差異較大，在測點(8 m 0 m 4 m)和(-8 m 0 m 4 m)處輻射場波形畸變嚴(yán)重，已經(jīng)無法讀取波形參數(shù)。另一方面，對稱位置波形下降沿的差異主要是由位于-x軸方向靠近線柵極板的充電線引起的，距離充電線越近，兩個對稱位置的差異越大，該影響可以通過改進(jìn)脈沖源結(jié)構(gòu)消除。

按照1.2.1節(jié)的結(jié)論，測點(0 m 0 m 4 m)處極化場分量的峰值為

(19)

表1中該測點輻射場峰值的實測結(jié)果為69.2 V/m，相對誤差約為4.8%，實測結(jié)果與理論計算基本相符，也驗證了1.2.1節(jié)的結(jié)論。

表2中，隨著對稱測點與y軸中心點的距離越來越遠(yuǎn)，輻射場幅值越來越小，并且在對稱位置，峰值、半寬、前沿等關(guān)鍵參數(shù)一致性較好。另外，由于y軸上的點距離線柵極板較遠(yuǎn)，受其影響較小，在距離y軸中心點8 m處仍能保持較好的對稱性。在x軸上，距中心點6 m時線柵極板的影響已經(jīng)不能忽略。上述分析與2.3節(jié)場分布的結(jié)果一致，驗證了理論分析的正確性。

4 結(jié)論

本文通過理論分析、數(shù)值模擬和實際試驗對雙錐- 平面線柵水平極化輻射波天線的輻射規(guī)律進(jìn)行了分析和驗證。雖然模擬器雙錐天線的長度有限，地面、線柵極板等因素還會影響輻射電場的分布，但在距地面和線柵極板一定距離的模擬器內(nèi)部，輻射場的分布遵循以下規(guī)律：

1)當(dāng)錐天線結(jié)構(gòu)和激勵電壓確定時，雙錐中心正下方測點輻射電場y軸、z軸分量均為0 V/m，x軸極化分量與測點到源的距離r呈反比。

2)Oxz平面內(nèi)以雙錐中心為圓心的圓弧上任意一點輻射電場極化分量的幅值處處相等，電場極化分量的等值線為同心圓環(huán)，并且輻射波到達(dá)峰值的時間相等。

3)Oxz面內(nèi)同一水平線上各測點總輻射場大小相等但方向不同，其方向為所在圓弧的切線方向。

4)同一水平面內(nèi)，雙錐中心正下方處極化分量場最大，距離該位置越遠(yuǎn)，極化分量場幅值越??；各分量場關(guān)于Oxz平面和Oyz平面對稱分布；y軸分量在Oxz平面和Oyz平面內(nèi)為0 V/m，z軸分量在Oyz平面內(nèi)為0 V/m.