一种等通量波束的多极化可重构天线

随着航天技术的革新,对近地轨道的通信需求逐年增高。近地轨道卫星就在此背景下产生,主要应用于遥感探测天气预报和数据通信领域。由于近地轨道卫星天线辐射波束所覆盖的地球表面是球面,因此波束通常设计为等通量形式。由于卫星通信通常存在极化失配、多径效应等问题,选择多极化而不是圆极化作为近地卫星天线的工作状态能更好地适应复杂的工作环境,保证通信质量,将等通量波束天线和多极化可重构技术结合起来有很大的应用前景。基于一对正交圆极化波能合成线极化波的设计原理,文中提出了一种具有等通量波束的多极化可重构天线,该天线由可重构馈电网络和带扼流环的隔片极化器圆波导组成。馈电网络中嵌入单刀四掷开关(SP4T)与单刀双掷开关(SP2T),通过改变开关的工作状态,馈电网络将给圆波导提供不同的馈电条件,在圆波导内隔片的作用下天线实现两种圆极化与两种线极化的可重构。通过在圆波导口引入扼流环以及波导口作“T”型开槽处理,实现波束赋形,并且保证天线在不同极化状态下辐射等通量波束。实测结果显示,天线在不同的极化状态下-15 dB重叠阻抗带宽14.7%,覆盖4.80~5.56 GHz,方向图顶部在θ为-24°~+24°范围内具有平坦效果,圆极化状态下空间轴比覆盖-51°~+50°,覆盖范围大于方向图顶部平坦范围。天线实测结果与仿真结果有较好的一致性,具有多极化和方向图顶部平坦的优势,可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

H1型经颅磁刺激线圈结构设计对刺激效果的影响

经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)是一种无创、无痛、低成本实现大脑刺激的工具,在治疗许多精神疾病方面有效。H1型线圈是一种TMS线圈。为实现深部脑组织刺激,基于现有的H1型线圈,本研究提出一种由四匝线圈组成的一种简化的H形线圈,使用有限元分析计算球形头部模型内电场分布,并利用大脑内深度20 mm处最大的电场强度E_(max)(20)与大脑表面最大电场强度E_(max)(0)的比值P(20)和E_(max)(0)研究H形线圈结构设计对刺激深度的影响。分析结果表明,H形线圈的刺激效果由线圈中两组线圈的结构、位置共同决定,通过调整线圈结构,最优的H1线圈对应的P(20)和E max(0)分别为75.54%和32.97 V/m。通过合理的结构设计,可实现在大脑表面最大电场强度较小的同时,刺激颅内深部组织。

一种基于同轴波导的异向传输线

该文提出了一种基于同轴波导的新型异向传输线,与现有基于微带电路的异向传输线相比,这种结构有更高的工作频率、损耗较低和更大的功率容量;与基于同轴波导和矩形波导的异向传输线相比,其结构更简单容易实现。等效电路与有限元仿真的结果均表明这种结构在特定的频段表现出明显的异向特性。

基于异向传输线的亚波长谐振腔设计

提出了一种新型的谐振腔,该谐振腔的谐振条件与普通谐振腔不同,其两个端面的总相移不必是180°的正整数倍。这种谐振腔由异向传输线和右手传输线两种不同性质的传输线级联构成,它利用耦合腔链作为异向传输线实现负相移,同轴波导作为右手传输线实现正相移,使谐振腔两个端面的总相移为零,满足谐振腔的谐振条件。由于它与传统谐振腔谐振条件不同,理论证明这种谐振腔的长度可远远小于传统谐振腔,设计实例的仿真结果表明这种新型谐振腔的长度最短仅为传统谐振腔的1/7。

70GHz二次谐波倍频回旋速调管研究

对70 GHz二次谐波倍频回旋速调管高频结构和电子与波互作用进行了研究。研究了TE02模腔体绕射品质因数及模式转化,解决了二次谐波倍频回旋速调管漂移段不能截止70 GHz的TE01模而引起的腔体间高频串扰的问题。分析了注电流、输入功率、电子横纵速度比和电子注引导中心半径等参数对输出功率、增益和效率的影响。针对二次谐波回旋速调管放大器工作频带窄、效率低,进行了高频结构优化设计,显著地展宽了工作频带,提高了互作用效率。在理论分析和高频计算的基础上,建立了注-波互作用PIC(粒子模拟)模型,进行了粒子模拟计算和优化,得到了70 GHz的二次谐波倍频四腔回旋速调管放大器设计方案。粒子模拟结果表明:在工作电压70 kV,注电流13 A,电子注横向速度与纵向速度比为1.5时,中心频率69.81GHz输出功率256 kW,带宽160 MHz,电子效率28%,饱和增益大于44 dB。

一种基于介质加载的地球覆盖波束天线设计

地球覆盖波束天线为低轨卫星与地面终端之间的数据传输建立了通道,文中研究了一种新型的介质加载地球覆盖波束天线。基于介质加载的方法,文中提出了一种圆极化地球覆盖波束天线设计,该天线由馈电网络、馈源和介质三部分组成,介质包括底部圆柱部分和顶部半球部分,馈源集成于介质内部。设计的地球覆盖波束天线工作在C波段,轴向0°~64°范围内增益在0 dBic以上,40°方向增益为5.2 dBic。天线尺寸紧凑,辐射波束具有较好的空间截止特性,可满足立方星应用。

双通带异向平板波导的特性

提出了一种基于平板波导的新型异向谐振结构——交叉椅型谐振结构,通过理论分析和数值计算,说明和验证了单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导具有双通带特性和异向特性;设计了一种由多个交叉椅型谐振结构周期加载的异向平板波导结构,并通过仿真实验验证了其负折射特性。交叉椅型谐振结构的全金属半封闭式结构和其特殊的电磁谐振方式,使得此类2维异向平板波导与传统的由金属开口谐振环与金属线正交阵列而成的2维异向介质相比,具有双通带、无介质损耗、功率容量大等特异性质;单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导作为一种新型的滤波器结构,具有良好的双通带特性,尺寸较小。

基片集成波导缝隙阵列天线稀疏布局的实验研究

基于标准单层印刷电路板工艺,设计并实现了一个X波段稀疏布局的2×2基片集成波导宽边纵缝阵列天线。稀疏布局一方面简化了设计、降低加工工艺要求,另一方面,单元数目的减少,扩展了天线的带宽,同时减小了缝隙间的互耦,因此提高了设计效率。仿真和测试结果验证了该方法的可行性和高效性。

差分馈电双极化四波束方向图可重构天线

提出了一种平面差分馈电双极化四波束方向图可重构天线.该天线由两个相互正交的偶极子和四个带PIN二极管的寄生单元构成,有两个差分馈电端口,通过短截微带线给两个相互正交的偶极子馈电.两个偶极子正交摆放、异面垂直,与寄生单元蚀刻在同一基板上,整体结构简单.切换PIN二极管的不同状态得到四个波束的方向图可重构和两种方式的极化可重构.实验表明,-10 dB阻抗带宽为8.9%,覆盖3.27~3.58 GHz频段,平均增益为5.6 dBi,前后比约为10 dB,平均辐射效率为68%.该天线结构紧凑、成本低、易加工.

一种基于共面波导馈电的宽带多极化可重构天线

为了应对日益复杂的通信环境,提高通信系统容量和通信质量,文中提出了一款基于共面波导馈电的宽带多极化可重构天线。该天线采用共面微带线设计,在参考地上开缝并置入4个PIN二极管,通过控制PIN二极管开关的开/关状态,天线表面电流分布被重构,从而改变天线在辐射远场的辐射状态;辅以优化的阻抗匹配和简单的寄生单元,进而实现宽带多极化可重构天线设计,包括线极化、左旋圆极化和右旋圆极化。实测结果显示,天线在3个极化模式下的重叠阻抗带宽(天线回波损耗丨S-11丨<-10 dB)达到48.5%,覆盖频率范围为2.42~3.97 GHz;圆极化模式下的重叠轴比带宽(轴比<3 dB)为48.2%,覆盖频率范围为2.33~3.81 GHz。天线实测结果与仿真结果有着较好的一致性,具有宽带、多极化模式的优势,可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

基片集成波导缝隙稀疏阵天线的设计

提出并分析了两类基于基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)的缝隙稀疏阵列天线.减少缝隙单元的数目,对于(基片集成)波导缝隙阵列天线具有重要的意义,可以简化设计、展宽带宽、降低加工工艺要求等.阵列天线稀疏化明显降低了缝隙单元间的互耦,使得低副瓣天线的设计更容易.全波仿真结果有效验证了设计的正确性和有效性.

硅基太赫兹频率源关键技术研究进展综述

随着太赫兹技术的发展,由于太赫兹THz(Terahertz)频段具有丰富的频谱资源和相对宽的带宽优势,因此太赫兹频率源表现出广泛的应用前景,如超高速短距无线/有线通信、雷达、医疗、成像和遥感传感器等。本文总结了硅基太赫兹频率源的最新研究成果和存在的问题,概述了近二十年来太赫兹倍频器、太赫兹振荡器、太赫兹天线、太赫兹辐射源、太赫兹辐射源阵列等方面的研究进展,并对硅基太赫兹频率源的发展方向和未来热点进行了展望。