一种新型双频双圆极化复合微带天线设计

针对空间微波能量收集的应用场景,提出了一种微带线行波激励的双端口双频双圆极化复合微带天线。该天线由一个工作在低频段的微带圆环和一个工作在高频段的微带圆片复合而成,分别由两种不同的正交十字缝隙耦合馈电,采用微带线级联依次相差90°顺序旋转四馈电实现圆极化,通过对称性结构设计,分别从两个不同端口输入获得双圆极化性能。实验结果表明:在880~960 MHz和1.85~2.45 GHz频带内S11<−10 dB,阻抗相对带宽分别为8.7%和30%;在885~920 MHz和1.86~2.43 GHz频带内轴比小于3 dB,圆极化相对带宽分别为4%和29%;天线的方向性在工作频段内良好,在低频段增益达到5.4 dB,在高频段增益达到7.7 dB。该天线结构紧凑且加工简单,为双端口双频双圆极化天线的研究与设计提供了新思路。

大型带罩天线阵列的精确高效电磁仿真算法

针对大型带罩天线阵列系统的辐射特性仿真问题,基于等效原理和波导模式匹配法,建立了多层快速多极子算法的波端口模型,实现了对天线激励源和匹配负载的精确电磁建模,同时提出了一种适用于计算金属介质天线模型的多层快速多极子算法并行策略,通过建立多棵八叉树结构降低了计算过程中各进程间的通信量,实现了对大型带罩天线阵列系统的精确、高效一体化仿真计算。通过与高阶矩量法及有限元-边界积分方程法计算得到的天线方向图、S参数进行对比,验证了该方法的精确性及高效性。

超材料天线罩温度升高快速分析

随着电子系统的功率越来越高,必须考虑超材料天线罩中温度升高。由于超材料天线罩的复杂性,其温度升高分析难度更大。超材料天线罩的热分析涉及电磁场和温度场的多物理场的分析,对于电大尺寸的天线罩,模型复杂,计算时间很长。文中首先进行了系统的理论分析,然后给出了天线罩内部温度升高的快速方法,先后计算了单层超材料天线罩、夹层超材料天线罩的最大温度升高和温度升高分布,计算结果与实测及全波仿真符合较好,与全波分析相比计算时间大大缩短,速度提高数百倍。该方法物理概念清晰,快速简便,还能够迅速分析存在环境温度差情况下的超材料天线罩的温度升高分布,为大功率系统中的超材料天线罩设计提供有力的支撑。

超材料天线罩雷达散射截面特性分析

以超材料为代表的新技术迅速崛起,大大推进了天线罩的技术进步,与往常天线罩不同的是,超材料天线罩改进了天线系统的散射特性。多年来,人们注重于天线罩的传输特性而忽略了散射特性研究,一方面原因是控制天线罩的散射性能的需求不甚迫切,另一方面原因则是准确分析耗时费力,难度很大,特别是电大尺寸的天线罩的散射特性几乎无法精确计算。虽然高频光学近似在分析天线罩传输特性方面,精度较高,基本满足设计需求,但是在分析天线罩散射特性方面,偏差较大,很难满足设计需求。针对超材料天线罩雷达散射特性分析需求,文中首先分析比较了不同方法对于介质天线罩雷达散射截面(RCS)的计算结果的差别,分析了产生的原因,采用特征模型结合全波分析方法,计算了超材料天线罩散射特性,并与测试结果进行了比较,仿真和试验结果的包络符合较好,验证了在天线罩中采取吸收措施能明显降低其RCS,可供超材料天线罩设计师参考。

多频段共口径遥感信号接收天伺馈系统设计

针对多频段遥感信号接收系统对S/C/X/Ku/Ka五频段信号共口径接收、高精度指向和全空域过顶稳定跟踪需求,研制了一种多频段遥感信号接收天伺馈系统,解决了天线多频段共口径接收和波束窄、信号难捕获跟踪的技术难题。提出并采用“频率选择副面+旋转”换馈方式、高精度筋开槽微应力胶粘面板、时间最优的非线性多模自适应跟踪控制技术,实现了多频段信号高可靠共口径接收和高精度指向及稳定过顶跟踪。对塔测试结果表明,所设计的多频段共口径接收天伺馈系统具有优良的性能,天线增益、第一旁瓣电平、差波束零深、跟踪精度和指向精度等各项指标均满足指标要求;对星动态跟踪测试表明,Ka频段指向均方根误差优于0.0136°,Ka频段跟踪方位均方根误差优于0.0056°,俯仰均方根误差优于0.0045°。验证了所提天伺馈系统设计的有效性,可用于指导多频段大口径遥感接收天伺馈系统设计。

宽频小型化U形槽微带天线

针对微带贴片天线宽带化和小型化的设计需求,提出并设计了一种工作在S/C波段的改进的U形槽微带贴片天线。通过在辐射贴片中心开曲折U形槽,使缝隙和馈电探针偏离贴片中心,形成非对称曲折U形槽的层叠介质微带贴片天线。通过共面容性耦合馈电进一步提高天线的阻抗带宽。实测结果表明:该天线在3.11~5.40 GHz频率范围内回波损耗小于-10 dB,相对带宽可达53.8%,与仿真结果吻合,可为微带天线的小型化、宽带化设计提供参考。

高增益低旁瓣宽扇形波束脊形波导缝隙天线阵列设计

提出了一种具有高增益低副瓣的脊形波导缝隙阵列天线,中心工作频率为24.125 GHz,其包括一个八路馈电网络和一个尺寸为400 mm×65 mm的8×40辐射缝隙。通过波束合成方法提取天线阵列的期望激励分布,采用截止模式功率分配器灵活控制功率比。使用三维电磁仿真软件HFSS综合仿真计算,在中心频率处,获得仰角平面上的旁瓣电平(sidelobe level,SLL)和半功率波束宽度(half power beam width,HPBW)分别为-20.9 dB和54.5°、方位角平面上的SLL和HPBW分别为-27.8 dB和2.5°、峰值增益为23.2 dBi,仿真结果与理论分析一致。此天线可以同时实现低旁瓣的宽扇形波束,覆盖较宽的检测范围,并减轻来自其他方向的干扰,具有应用于空中探测、反无人机、气象雷达和成像雷达的潜力。

Y因子法测量天线噪声温度的不确定性分析

介绍了Y因子法测量天线噪声温度的原理方法,分析了常温负载和低噪声放大器噪声温度的不确定性对天线噪声温度测量的影响,推导了天线噪声温度测量的绝对误差计算公式,研究了低噪声放大器噪声温度对天线噪声温度测量精度的影响,提出了改善天线噪声温度测量精度的方法。最后,给出了65 m射电望远镜天线L波段、C波段和X波段噪声温度测量结果。测量结果的误差分析表明:65 m射电望远镜天线噪声温度测量的绝对误差≤±2.48 K。

具有可重构特征的轨道角动量天线技术研究进展

轨道角动量(OAM)因其模式具有理论上无穷且正交互不干扰的特点,在扩展信道容量方面展现出良好的优势,为解决日趋紧张的频谱资源提供了一种新型设计自由度。面对复杂多样的无线通信场景,设计具有可重构特征的OAM天线,是实现多模态复用、智能信息感知和人工智能天线的物理层基础。该文首先结合可重构天线实现机理,给出了OAM可重构天线设计的方法及具备的特点;然后,系统性综述了具有可重构特征的OAM天线的研究进展;最后,对未来设计具有可重构特征的OAM天线研究进行了展望。

一种高增益超薄柔性可穿戴天线阵列设计

为克服微带天线增益较低的限制并提高天线的整体性能,基于聚酰亚胺材料和十字形单元,提出并设计了一种超薄柔性可穿戴的高增益天线阵列。该天线阵列由16个十字形天线单元均匀分布在4×4的拓扑结构中组成,体积为72 mm×72 mm×0.4 mm,最大增益可达9.7 dBi,天线单元工作频段为5.75~5.83 GHz,中心频率为5.8 GHz,相比于现有文献的微带天线平均增益提升了3.87 dB。对天线阵列进行了实物制作及测试,测试结果与仿真结果吻合较好,证明了该设计方案的可行性和实用性。

结构因素对遥感天线跟踪精度影响分析及对策

在遥感地面站天线设备中,跟踪精度是伺服控制系统的关键技术指标。重点分析影响跟踪精度的机械结构谐振频率、摩擦两个结构因素,给出了影响因素与天线跟踪误差之间的理论关系:天线机械结构谐振频率主要影响伺服动态滞后误差和高仰角跟踪性能;摩擦力矩主要影响跟踪随机误差和伺服低速跟踪平稳性能。给出了改善低速平稳性能的解决措施;提出了一种数字复合控制融合新型结构滤波器(数字凹口滤波器+一阶惯性环节)的动态跟踪控制方法,解决了窄波束天线机械结构谐振频率较低影响伺服跟踪性能的问题。测试结果表明,天线最低平稳运行速度达0.005 (°)/s,速度误差优于10%;天线加速度在0.393 (°)/s^(2)时,方位动态跟踪均方根误差优于0.006 2°。遥感地面站天线设计方法实用有效,为今后同类天线伺服控制系统设计提供了理论依据。

一种宽带双极化波束切换微带天线的设计

以海港码头集装箱堆场的远程(无人化)操控系统为应用背景,提出一种控制方法简单和可实现性好的宽带双极化波束切换微带天线系统。该系统整体由微带阵列天线和波束控制电路两部分组成,其中微带阵列天线包含天线阵A和天线阵B两种类型。所涉及的双极化微带天线采用新型双贴片结构,使得天线实现较宽工作带宽的同时保持较高的极化隔离度;同时,通过在底层辐射贴片上开正方形环槽,实现天线的小型化。波束控制电路采用SP6T射频开关芯片,通过合理的电路设计布局,将两组射频开关集成于一块电路板,在保证低损耗、高速的多波束切换的同时减小了电路尺寸。实测结果表明:该天线的带宽达到21.8%(反射系数小于-10 dB),隔离度大于20 dB,在整个工作频段内该天线系统六个波束能够无缝覆盖-90°~90°工作区,增益优于12 dBi,双极化性能良好。

矩量法的一般波端口电磁建模方法

针对矩量法中非规则截面波端口的电磁建模问题,提出了一种基于高阶基函数矩量法的一般波端口建模方法。基于等效原理和模式匹配法建立了波端口表面积分方程,并利用二维有限元法对非规则波端口的模式进行高精度数值分析,将矩量法的规则波端口模型拓展为可用于规则及非规则波端口建模的一般波端口模型。在此基础上,使用定义于双线性曲面四边形单元的高阶基函数取代传统低阶基函数,减少了矩量法矩阵的未知量,显著降低了算法的内存需求和计算时间。通过数值算例对方法进行测试,与有限元法的数值结果进行对比,验证了方法的正确性;与低阶矩量法的数值结果对比,验证了方法的高效性。结果表明,该方法进行一般波端口模型建模仿真具有高效率和高数值精度的特点。

浅析美国高功率微波效应研究动态

简要介绍了美国国际高级研究计划局(DARPA)发布的“波形捷变射频定向能(WARDEN)”项目、空军研究实验室公布的《定向能和基地防御》和《定向能未来2060-美国国防部定向能技术未来40年远景》报告,重点分析了“WARDEN”项目、《定向能和基地防御》和《定向能未来2060-美国国防部定向能技术未来40年远景》报告中的高功率微波效应研究动态,分析归纳了当前美国高功率微波效应研究进展和研究重点是“深化无人机和巡航导弹高功率微波后门扰乱效应机理,提升高功率微波武器系统对无人机和巡航导弹的攻击距离”,这些结论可为我国高功率微波效应研究提供重要参考。

超宽带低剖面天线设计

介绍了一种超宽带低剖面天线设计,该天线由弯折偶极子、短路寄生结构、接地短路柱、同轴电缆和金属地板构成。给出了天线的设计过程,说明了各部分结构对天线性能的影响。该天线通过加载短路寄生结构,减小了偶极子臂上电流分布,减小了地板对天线的影响,实现了低剖面特性。此外,该天线通过将偶极子中间部分弯折,改善了高频段的辐射方向图。最终,该天线尺寸为750 mm×450 mm×295 mm,剖面高度仅为0.09个低频波长。为了验证天线设计思路的正确性,加工了天线实物。文中给出了天线仿真与测试的电压驻波比以及增益的结果,其测试结果与仿真结果相吻合。该天线在96 MHz~500 MHz(135.57%)频段内电压驻波比小于2.2,并且在该频段内具有定向辐射的方向图,增益大于3.38 dBi。

一种基于脊间隙波导的宽频带馈电线源设计

设计了以脊间隙波导(RGW)功分网络为基本结构的宽频带馈电线源,该线源可用以激励平行板波导中的准TEM模式波,并用作宽带连续横向枝节(CTS)天线的馈电结构。首先对RGW阻带和单模带宽特性进行分析,以确定RGW的结构参数;进一步研究了宽带1分2功分器的设计方法、RGW模式到平行板波导模式的过渡结构方案;借助多级阻抗匹配和感性金属柱加载技术,实现了低反射等功率分配,以及输出端口到平行板波导的宽带匹配;最后将各分级结构级联得到1分8 RGW网络线源。对宽频带馈电线源进行了样机加工、装配和测试,在12 GHz~22 GHz频率范围内,其反射系数低于-15 dB,实测方向图与等幅同相均匀线源方向图吻合度很高,证明该馈电线源幅相一致性优异,是一种高效率的CTS天线馈电线源。

基于ROS-Matlab的移动机器人仿真研究

结合Linux下ROS系统高性能的仿真工具和跨平台兼容性,以及Matlab强大的计算能力、丰富的工具箱和函数库,通过建立ROS-Matlab的仿真控制系统,对移动机器人的关键技术进行研究。文中介绍了ROS-Matlab系统的框架和功能,首先,使用Gazebo构建2D仿真室内环境,通过Solidworks创建移动机器人模型,并将该模型以URDF文件形式导入ROS环境中;其次,利用SLAM_gmapping算法对仿真室内环境进行扫描建图,由Simulink发布目标点坐标和目标点导航话题,控制移动机器人完成导航任务;最后,由Simulink发布轨迹跟踪话题,控制移动机器人进行轨迹跟踪。通过仿真验证,由所建地图、目标点导航和轨迹跟踪曲线说明仿真系统的可行性,为机器人研究提供参考。

一种低驻波宽角波束超宽带双锥线阵列天线研制

设计和制作了一种实现宽角波束扫描的1×3超宽带双锥线极化阵列天线,可以应用于无人机上实现空地宽带通信。由于无人机平台安装尺寸受限,通过用椭球形阵子代替传统锥形阵子,并切割椭球振子外部轮廓使其安装在250 mm×130 mm×90 mm的空间内,实现了低剖面、小型化等特点。仿真结果表明,该阵列天线在0.8~2.4 GHz的频带范围内电压驻波比均小于2.5,在±45°波束扫描范围内的4个波束的最低增益均超过了2 dBi,满足实际的应用需求。

基于边缘计算的可重构波束控制技术研究

随着社会和技术的发展,相控阵软件无线电技术得到了快速推广和普及,其应用领域从传统的军事预警探测逐步拓展到气象探测、航空安全、无人驾驶、空间探测、天地通信中继等等。同时,新方法新体制应用对天线波束形成算法复杂度、数据传输量和波束切换的低延时等提出了更高的要求,商业应用要求高效低成本部署,并能够基于软件定义具备良好的可扩展性,传统集中式波束控制方法已无法有效应对需求。波束控制节点部署利用边缘计算理念可实现相控阵天线射频前端的就近波束形成运算与数据处理,有效减小数据传输带宽和降低延时,波束控制平台采用软件可重构体制可适应新兴领域和用户需求的不断发展变化。介绍了相控阵射频前端波束控制原理,提出了一种基于边缘计算的可重构波束控制技术,采用嵌入式分布化运算处理技术,通过建模仿真与计算,证明该技术可有效改善相控阵天线多通道数据传输压力,提升波束敏捷性,实现功能、孔径可重构,具有广泛的工程应用前景。

基于时空编码数字超表面的雷达散射截面积缩减及波达角估计方法

传统的波达角(DOA)估计方法的实现通常基于相控阵天线系统,而其高昂的硬件成本限制该技术在不同领域的应用和推广,此外相控阵天线普遍不具备隐身性能,其在工作频段内雷达散射截面积(RCS)普遍较高。为解决上述问题,该文在时空编码(STC)理论的基础上提出了一种基于超表面同时实现RCS缩减和DOA估计的方法,并利用一款毫米波超表面对算法进行了验证。实验结果表明,该方法实现的波达角估计误差在1°以内,同时RCS缩减大于10 dB,为DOA估计和RCS缩减功能的集成提供了全新的思路,具有高性能、低成本等特点。