绕月SAR天线热控设计

合成孔径雷达(SAR)天线是遥感卫星的重要载荷之一,面对月球轨道舱外天线复杂的外热流环境,结合轨道特点,对天线开展了详细的外热流分析,解析了月球环境的热设计难点,进行了针对性的热控设计,解决了极地轨道下天线在一个很大的外热流和极小的外热流间不断循环的问题。采用TMG软件对天线进行了热仿真分析,并利用热模拟件进行了热平衡试验。分析和试验结果表明,天线各单机温度满足指标要求。本文适用于平板SAR天线,对有源SAR天线的热控设计具有一定的借鉴意义。

Ka频段卫通收发共口径多波束相控阵封装天线设计

为满足卫星通信中双频共口径、高集成、多波束等要求,提出了一种基于封装天线(Antenna in Package, AIP)架构的Ka频段收发共口径多波束相控阵天线。天线以双频堆叠微带单元的形式实现了收发共口径,并通过天线集成滤波器保证了收发通道的隔离度优于44 dB。在±60°范围内,64元接收阵增益优于17.4 dB,128元发射阵增益优于20.2 dB,具有良好的波束扫描性能。为获得收发多波束一片式集成,在收发(Transmitter/Receiver, T/R)组件中使用晶圆级三维系统集成封装(Three Dimensions System in Package, 3D-SIP)并结合微凸点的制备技术,保证了系统级芯片(System-on-Chip, SOC)的高密度二次集成。高低频混压技术同样被应用于阵面、收发网络、控制供电链路的多层板集成。所提多波束的相控阵天线新架构具有高密度集成TR组件、多波束一体化、高效散热等特点,在卫星通信和数据链等方面具有广阔的应用前景。

星载共口径多波束赋形反射面天线设计

为了满足星载通信中多任务并行需求,提出了一种由格里高利型反射面和三个馈源喇叭天线组成的共口径多波束反射面天线,该天线能够产生两个固定轮廓波束和一个点波束。天线设计是采用射线追踪法确定点波束馈源位置以建立天线基础结构,并通过Zernike多项式和Cubic B-splines函数共同对主、副反射面进行赋形优化来完成。为了验证该方法的有效性,对口径为1.1 m的天线进行仿真设计,结果表明两个赋形轮廓波束在Ku收、发频段边缘增益(EOC gain)分别为27.7、28.0、28.0、28.2 dBi,固定点波束在服务区EOC gain不低于34 dBi并且在0~6.5°范围内的扫描波束增益不低于35 dBi。

变间距多孔径天线及其相干合并技术

为降低动中通卫星通信天线系统的高度,提出一种可变间距多孔径天线和相干合并方法。根据各孔径天线互不遮挡且无间隙的原则,调整当前天线指向角下的孔径间距,解决固定间距多孔径天线在宽仰角变化范围下性能恶化的问题。在子阵级采用固定延时线补偿大部分孔径间的空间相位差,再用移相器补偿剩余空间相位差,保证不同孔径上信号的有效合并。仿真结果表明,变间距多孔径天线比固定间距具有更稳定的天线性能,其在天线扫描范围内副瓣电平低于-13 dB、增益大于33 dB,经过补偿后的天线瞬时带宽满足通信要求。

基于改进GA-BP算法的RFID天线参数优化方法

为了提高算法对天线参数的预测精度,提出了一种基于Adagrad优化器的改进遗传算法-反向传播(GA-BP)算法。通过在迭代过程中引入Adagrad优化器与阈值策略,对发生退化的种群最优个体的位置信息进行重新引导,解决了GA-BP算法局部寻优能力不足等问题,大幅度减小了误差损失并且加快了收敛速度。利用该方法对射频识别(RFID)标签天线的印刷品质和电磁参数进行了建模与分析。结果表明,改进GA-BP算法在稳步搜索极值的同时可以避免陷入局部极值陷阱,在误差和收敛效率方面均优于传统的反向传播(BP)算法与GA-BP算法,能够得到较高的预测精度,实现了RFID标签天线印刷品质的优化控制以及S_(11)特征曲线的预测。相比于BP算法与GA-BP算法,改进GA-BP算法在用于优化RFID标签天线的印刷品质时,平均绝对误差分别降低了91.92%和85.64%。在电磁参数预测应用时,分别降低了13.77%和13.19%。

应用于毫米波通信的键合线互连电路仿真优化设计

随着集成电路制造工艺的发展,电子封装技术也进入了一个全新的阶段,作为微电子器件制造过程的重要环节,先进的集成电路封装设计中必须对电路连接不连续结构进行信号完整性的分析,本文分析了毫米波段下不同直径、跨距和拱高的键合线S参数特性曲线。并把键合线等效为低通滤波器电路模型,通过设计了阻抗变换器和打孔优化的两种结构实现了键合线与基板相连处的阻抗补偿,使得键合线在60~77GHz频段内,S11小于-15dB,S21大于-0.8dB,改善了键合线的传输性能,增加了键合线的可用带宽,提高了毫米波电路互连通道的电气性能,结果对高频高速封装系统设计具有实际的指导作用。

50GHz~110GHz宽带信号下变频技术

矢量信号分析仪作为传统扫频式频谱仪与快速傅里叶变换技术的结合,能够对信号进行数字化处理,分析各种调制信号,同时获得测量信号的幅度和相位信息,对于现代通信意义重大。随着电磁波的应用频率扩展到毫米波乃至太赫兹波段,矢量信号分析仪的测量频率也急需拓展到更高频段,在系统前端搭载下变频器可实现这一目的。基于50GHz~110GHz宽带信号的下变频技术开展研究,研制了变频系统中多个关键器件,包括频分50GHz~110GHz信号的宽带开关、抑制镜频信号的宽阻带波导滤波器以及基于倍频放大模块的本振,同时搭建了50GHz~110GHz宽带信号下变频系统,将50GHz~110GHz宽带信号下变频到4.6GHz~39.6GHz。实验表明,下变频后的信号在任意2GHz内平坦度小于±3.5dB,对镜频信号的抑制大于60dBc,输出杂散抑制度大于40dBc,本振泄漏抑制大于70dBc,满足系统指标要求。

基于超表面的卫星天线设计进展综述

超表面是由亚波长尺寸单元密集排布组成的平面结构,具有强大的电磁波调控能力,而基于超表面的新型卫星天线在缓解业务多样化和用户数量激增方面极具潜力。介绍了目前卫星天线发展现状趋势,对传统天线加载超表面和单一超表面天线加以区分,归纳了加载超表面后天线所具有的低剖面、多极化、波束控制等优势,综述了超表面作为主要辐射元件的天线设计。分析了超表面在不同天线设计方案中的工作原理、效能以及存在的优势与不足,最后讨论了超表面卫星天线的发展方向,指出超表面技术在卫星天线设计领域中具有实用价值。

基于方形螺旋谐振器的紧凑型RFID标签天线

设计了一种小型化超高频(UHF,ultra-high frequency)射频识别(RFID,radio frequency identification)标签天线。该天线由内外两个方形螺旋谐振器短接构成,通过改变外圈螺旋谐振器的边长和内外圈螺旋谐振器的间距,可以有效调节标签天线的谐振频率。仿真结果表明,标签天线阻抗匹配良好,频带范围覆盖整个超高频频段(840~960 MHz),总尺寸为7.60 mm×7.60 mm×0.05 mm,比传统螺旋谐振器(SR,spiral resonator)天线小96%。测试结果表明,在4 W有效全向辐射功率条件下,标签天线在910 MHz处读取距离达到最大。所提小型化超高频射频识别标签天线具有尺寸小、频带宽、成本低和易于批量制作的特点,适用于对尺寸要求较小的应用环境。

小型化分形结构UWB天线的研究

为满足小型化与系统兼容性的要求,提出了一款具有陷波特性的小型化分形结构UWB天线。采用圆形与正六边形嵌套迭代的三阶类Sierpinski分形结构作为辐射贴片并改进接地板形状,获得良好的超宽带特性。在馈线两侧引入对称L形开路枝节、馈线和接地板上分别开不同尺寸的U形窄缝,产生了3.1～3.8、5～5.9、7.2～8 GHz的三陷波特性,有效实现了与WiMAX、WLAN和X波段卫星窄带通信系统的兼容通信。除3个陷波频段外,该天线具有良好的全向辐射特性、稳定的增益和时域特性,可应用于各种超宽带通信系统之中。

一种小型陷波多用途超宽带天线

提出了一种小型陷波多用途超宽带微带天线。该天线与一般的宽缝隙微带天线类似，通过在矩形调谐支节上开V形缝隙获得了陷波特性。通过数值仿真和实验测量，对天线的阻抗特性、方向图和增益进行了研究。结果显示该天线在2．4到11GHz频段内驻波比小于2，在5．15-5．95GHz范围内具有陷波特性。同时该天线还可覆盖2．4GHz无线局域网（WLAN）频段，在整个工作频段内有良好的辐射方向特性。

移动卫星天线的自适应鲁棒控制系统

为了改善移动卫星天线的控制性能和稳定性,本文进行移动卫星天线的自适应鲁棒控制系统的研究．首先针对移动卫星天线数学模型,设计自适应鲁棒控制器和控制系统,所提出的自适应鲁棒控制律和控制系统不仅保证了闭环系统的稳定性,而且实现了所期望的性能,最后通过试验结果证明该控制算法的有效性,尽管外界环境道路条件的变化不同,移动卫星天线控制系统表现了满意的控制性能．

测控通信系统中的天线新技术

探讨了测控通信系统中的天线新技术,分析了目前测控天线面临的技术困境和相应的解决办法。详细研究了天线组阵、数字多波束天线以及共形有源相控阵天线的可行性,并对目前的技术趋势作了探讨。最后给出了测控天线发展的新方向和形式,指出在测控通信系统中,测控天线将会向智能蒙皮、大规模集成、超宽带、小型化、低RCS等方向发展;频段将由微波频段向毫米波频段,甚至光波段延伸;新兴天线将会融合多种技术,性能必将进一步提升,更能满足用户需求。

星载天线缠绕肋条的力学特性研究

对缠绕肋星载可展开天线的力学特性做了详细的分析与研究 ,通过分析肋条空间构型的变化 ,揭示了其展开和收拢过程中的受力状况 ,提出了用变尺寸肋条来设计可展开天线支撑结构的新方案 ,计算结果表明 ,新的设计具有重量轻 ,展开和收拢效率更高的优点 ,更适合工程应用 .

一种应用于卫星通信地面站的新型单臂螺旋天线及其阵列的研究

研究了一种应用于卫星通信地面站的新型单臂平面螺旋天线,该天线采用圆柱螺旋激励同轴线馈电,可以形成倾斜的波束,通过改变圆柱螺旋的参数可以调整其输入阻抗以达到阻抗匹配的目的。用矩量法求解了天线的电流分布和三维辐射方向图以及增益轴比等参数,计算结果与参考文献很吻合。为了增强天线的方向性系数和增益,以四元天线阵为例,研究了这种天线组成的天线阵的辐射特性,给出了天线阵的三维辐射方向图。计算结果表明,该天线组成的天线阵同样具有倾斜的波束指向,各天线单元的输入阻抗为接近50Ω的纯电阻,增益比单个天线单元提高6.3dB。

一种向外延伸矩形的Minkowski分形超宽带天线

设计了一种向外延伸的闵科夫斯基（Minkowski）分形超宽带天线。该天线采用二阶向外延伸矩形的Minkowski分形,矩形结构的有限接地面使天线获得良好的阻抗匹配,进而实现天线的超宽带性能。经过优化,天线的工作频带可达到3.1-11.2 GHz,相对带宽为113.3%,天线的尺寸为38 mm×32 mm×1 mm。满足了超宽带通信对天线的要求,而且结构简单,尺寸小,易于集成。

基于轴锥镜对的高光能利用率激光通信天线性能分析

提出一种增加轴锥镜对的同轴反射式光学结构激光发射天线方案,通过对入射光束的光强重新排布,降低同轴反射式结构固有的中心遮拦造成的能量损失,提高光能利用率.运用衍射光学原理分析并模拟了单色高斯光束经过轴锥镜对后传播至天线光阑平面处的光场分布,比较了普通同轴反射式天线和高光能利用率天线在不同入射光束腰半径、不同线遮拦比下的发射光能利用率.结果表明:高光能利用率天线在线遮拦比0.1和0.25的情况下,通过合理调整入射光束腰大小,光能利用率分别可达到99%和96%以上,远高于传统的同轴反射式天线.分析了高光能利用率天线发射光束的远场光强分布,发现其进入接收天线口径内的光场可近似为平顶分布.

基于遗传算法的高性能赋形天线优化设计

为了在服务区内获得良好的性能,提出了一种新的赋形波束天线优化设计方法。采用对反射面的形状和偏转角度进行联合优化的方法来解决卫星天线布局和性能之间的矛盾。优化过程中将反射面的形变量和偏转角度作为优化变量,然后利用遗传算法对其进行优化从而实现更高的增益和交叉极化隔离度。最终利用该算法对一个赋形波束天线进行了优化设计和分析,仿真结果说明了该优化方法的有效性。

耐高温卫星导航天线

设计了一种陶瓷基底的右旋圆极化微带天线,能够满足高温环境下卫星导航系统的应用.天线设计特点有以下四点:天线外形具有低轮廓特性,适合高速运动飞行器表面的贴装;采用钛合金材料和高温陶瓷材料,能够在400℃高温环境下正常工作,具有优异的耐热性能;加工装配流程均无焊接工艺,确保天线组件的电连接在高温冲击下的可靠性;采用中心短路销钉设计,减少同轴馈针的感抗,获得优异的阻抗匹配特性.通过仿真优化和实际测试,验证了该天线性能优异,满足高温环境下的卫星导航系统的使用要求.

基于北斗卫星通信导航的电力应急抢修指挥系统设计

电力系统运行环境复杂,受高电压、不均衡负载等因素的影响,导致应急抢修指挥过程中故障定位精度较差,抢修耗时长。为此,提出一种基于北斗卫星通信导航的电力应急抢修指挥系统。系统硬件以北斗卫星通信导航平台作为核心,设计北斗卫星通信导航平台的监测模块、故障提取与转发模块、路径规划模块、调度中心模块。根据模块化的设计理念,设计故障定位与最佳路径规划的软件程序,通过信息熵算法与决策树得到应急状态的划分,通过不同等级安排相应的抢修策略,完成电力应急抢修的指挥。实验结果表明,所提方法的抢修时间短、故障定位效果好、失负荷量小。