基于石墨烯的多功能超表面设计

为实现机载天线罩吸波/透射波/反射波功能一体化,设计了一种基于石墨烯和光电二极管(PIN)的宽带吸波/反射波/透射波多功能超表面。当PIN正向导通时,超表面对入射电磁波的透过率接近于0,反射率可以通过改变石墨烯的费米能级进行调节;当石墨烯的费米能级为0.3 eV时,超表面在1.55~5.51 GHz范围内的吸收率超过了90%;当石墨烯能级为0 eV时,超表面在1.55~5.51 GHz范围内的反射系数高达45%。当PIN反向截止时,超表面在4.76 GHz处出现了一个透射峰,石墨烯费米能级为0.3 eV和0 eV时的透射系数分别为61%和71%。设计的超表面具有结构简单、宽带吸波/反射波/透射波多功能等优点,在通信和雷达等领域具有广泛的应用前景。

一种基于太赫兹成像的复杂地形自适应定高方法

针对现有近感探测器难以适应复杂地形情况下的精确定高问题,提出一种基于成像的图像域自适应对地高度估计方法。该方法将多普勒锐化成像原理应用到前下视场景,利用太赫兹频段分辨力高、孔径合成长度短的优势,采用太赫兹前下视成像实现地形感知,将传统近感探测器的一维距离测量扩展为二维成像测量,实现对运动轨迹前下方地形地貌的精确感知。在获得地面目标图像后,利用地面图像特征,采用图像域特征拟合方法实现对地高度估计。对前下视多普勒锐化成像的参数设计和成像算法进行了理论分析和仿真验证,开发了一套工作于220 GHz频段的太赫兹近感探测系统,并开展了无人机挂载试验。试验表明,该方法能有效感知地表目标环境,排除角反、树木等其他目标对地面高度测量的干扰,测高精确度达0.5 m,证明了该基于太赫兹成像的对地高度估计方法的可行性,为基于图像域特征提升近感探测器对复杂地形适应能力和感知能力奠定了工作基础。

《太赫兹探测、通信及其一体化》专辑发刊词

太赫兹频段频谱资源丰富,在探测与通信方面具有分辨率高、通信容量大、抗干扰能力强、可全天时工作、易于高度集成等突出优势,而太赫兹探测通信一体化技术通过探索构建全新技术体系与应用模式,把雷达与通信两者科学地融合在一个平台上,实现“精细探测+高速通信”的综合服务和灵活应用能力。因此,发展太赫兹探测、通信及其一体化技术具有重要的科学意义与应用价值。

基于子载波提取的OFDM无源雷达频率分集方法

为了解决当前正交频分复用(OFDM)无源雷达波束形成无法对分布于同一角度不同距离处的目标信号进行区别处理的问题,提出了一种基于回波信号子载波提取的频率分集新方法。通过对接收阵列不同通道OFDM数据提取不同频率的子载波信号并独立地进行处理,使得接收端波束图具有距离-角度依赖性,从而可实现对同一角度内不同距离处的目标分别处理,同时分析了不同频率分集处理参数对波束图性能的影响。该频率分集处理方式可以提高距离维信号处理自由度,使得接收波束能量可聚焦于期望目标点处从而提升雷达目标检测、定位和杂波抑制等性能。仿真分析表明OFDM无源雷达回波信号经频率分集处理后可获得点状波束图,并通过实测数据分析验证了该方法的有效性与实用性。

平板介质的微波分裂腔法介电常数测试技术

为实现微波频段平板类介质材料的介电常数的无损测试,研究了分裂式圆柱形谐振腔测试方法。介绍了分裂式圆柱形谐振腔的电磁场分析理论,采用模式匹配技术实现了介质加载条件下腔内电磁场分布的精确求解,得到了腔体谐振频率与材料介电常数之间的准确关系。在理论分析的基础上,制作了空腔谐振频率为10 GHz的分裂式谐振腔,并与前期研制的闭式谐振腔进行对比测试,介电常数实部测量结果相对误差小于1%。与国外同类产品进行对比测试,介电常数实部结果基本一致,损耗角正切测量结果更接近于文献参考值。因此,微波分裂腔法能够实现平板介质板材的无损测量,具有准确度高,使用方便等突出优势,可在微波频段内实现介电常数为1~20,损耗角正切为1×10-3~1×10-5,板材厚度为0.1~2.0 mm的各类平板介质材料介电常数的准确测试。

基于模糊贝叶斯网络的引水隧洞安全评价模型分析

为准确预测黄河引水隧洞安全隐患,提出基于模糊集理论和主观贝叶斯方法的模糊贝叶斯安全评价模型。结合实际巡检数据,模型使用贝叶斯网络处理模糊信息与不确定信息,将巡检数据中给出的多态性故障事件模糊化;再通过贝叶斯网络的条件概率表找出不同故障事件之间的逻辑关系;最后获得对引水隧洞安全模型的整体评价。通过开展引水隧洞安全评价模型实例分析,验证了该方法的可行性。

一种基于硅基MEMS三维异构集成技术的T/R组件

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段双通道T/R组件。该组件由两层硅基结构通过球栅阵列(BGA)植球堆叠而成,上下两层硅基封装均采用5层硅片通过硅通孔(TSV)、晶圆级键合工艺实现。组件集成了六位数控移相、六位数控衰减、串转并、电源调制、逻辑控制等功能,最终组件尺寸仅为15 mm×8 mm×3.8 mm。测试结果表明,在Ku波段内,该组件发射通道饱和输出功率大于24 dBm,单通道发射增益大于20 dB,接收通道增益大于20 dB,噪声系数小于3.0 dB。该组件性能好,质量轻,体积小,加工精确度高,组装效率高。

太赫兹超材料相控阵天线波束宽度调控方法

太赫兹超材料相控阵由于其强大的波束操纵能力在探测与通信一体化系统中具有重要的应用价值。为了提升系统的通信和探测性能,需要太赫兹超材料相控阵能够实现宽波束和窄波束的灵活切换。提出了一种基于反相位间隔(反相)编码的太赫兹超材料相控阵天线波束宽度调控方法。通过天线3 dB波束宽度表达式和目标波束宽度逆推阵列规模,保持其相位编码不变并对该阵列规模外的其余阵元进行反相编码,旨在实现相位相反相消。仿真结果表明,所提方法可以准确地调控太赫兹超材料相控阵天线的波束宽度,实现宽波束和窄波束的灵活切换。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第9期专栏征稿主题:长波光子探测、感知与应用

电磁波信息的探测感知与有效掌控是世界各国全方位竞争的制高点。毫米波至中远红外(30 GHz~100 THz)的长波光子范围涵盖了传统电子学至光子学之间的过渡区域,探测感知其强度、波长、相位、偏振、时间分辨等多维度信息是实现其在安全检查、通信雷达、医学诊断、无损检测等领域应用的基础性、关键性和共性问题。为了进一步推动长波光子探测、感知与应用新理论、新技术、新方法的创新研究,促进长波光子学领域的相互交流、学习借鉴,《太赫兹科学与电子信息学报》计划推出“长波光子探测、感知与应用”专题栏目,现特向广大专家学者征集符合该专题方向的原创性研究论文及综述,旨在集中反映该领域最新的研究成果及研究进展。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第11期专栏征稿主题:宽禁带半导体材料、器件、电路与系统集成

近年来,以SiC、GaN、金刚石、Ga2O3为代表的宽禁带半导体在功率、射频器件方面展示出重要的研究价值,并在5G通信、汽车电子、快速充电等方面展现出了广阔的应用前景。抓住研发宽禁带功率半导体的战略机遇期,解决宽禁带半导体材料、器件、电路与系统集成中的关键技术瓶颈,具有极为重要的科学意义与实际价值。

《卫星互联网接入与传输技术》专栏发刊词

《卫星互联网接入与传输技术》专栏正式和大家见面了!以“星链”为代表的低轨卫星互联网近几年快速发展,引起了全球的广泛关注。在此背景下,我国也提出了卫星互联网计划,正在建设和发展中。卫星互联网是卫星通信网络与互联网应用信息服务系统的有机结合,具有广阔的应用场景及潜在的巨大市场。另一方面,卫星互联网的建设面临许多挑战。低轨卫星相对地面的高速运动,会导致接收端出现较大的多普勒频偏,在这样的高动态条件下如何保证大量用户的高效接入及可靠传输,是亟待解决的关键问题。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

复杂光机系统综合性能评估方法

作为涉及光、机、电、控、热、气、液等多个领域的复杂光机系统,如何对其进行综合性能评估一直是难以解决的关键技术问题。针对该问题,通过分层分析并结合熵值、灰色和模糊评估等方法,提出了能够直观反映复杂光机系统的评估因子,即G因子。通过G因子,可直观地对复杂光机系统的综合性能进行评估,并可对比不同光机系统的综合性能;同时在评估过程中,也可对复杂光机系统的某个或几个关键参数进行对比分析。G因子提供了一种能够反映复杂光机系统综合性能的直观参数,为复杂光机系统的综合性能评估及相关系统研制提供了技术支撑。

一维阵列电子注平面聚焦系统磁场分布特性

针对平面集成行波管对一维阵列电子注聚焦的应用需求,设计了4通道电子注平面磁聚焦系统。将各通道磁场轴向和横向分量沿轴分布特征计算结果与测试结果进行对比,确认了Opera软件计算磁场分布特征的准确性。为与轴对称周期永磁(PPM)聚焦系统电子注通道内磁场分布特性进行对比,建立了轴对称PPM聚焦系统模型,测试结果与计算结果一致性较好。通过平面聚焦系统与轴对称PPM聚焦系统电子注通道内的磁场纵向和横向分布特性对比表明,两种聚焦系统电子注通道内纵向和横向磁场具有相同的分布特征,在离轴相同位置的圆周上横向磁场分量与轴向分量的比值均为Bx/Bz≈0.11,该平面聚焦系统可实现一维阵列圆形电子注的良好聚焦。

空频抗干扰对GNSS载波相位测量的影响

对于全球导航卫星系统(GNSS)的抗干扰,最有效的是采用自适应天线阵技术,但这种抗干扰处理会引入与信号入射方向相关的载波相位测量偏差,限制了其在高精确度测量领域的应用。为减小抗干扰处理的偏差,引入测量偏差及其分析方法,建立仿真模型,并搭建软件接收机进行实验。结果表明,在不增加额外约束的条件下,采用空频最小方差无畸变响应算法实现空频抗干扰处理器,不会引入载波相位测量偏差,非常适用于对抗干扰性能和测量精确度均有苛刻要求的场合。

卫星通信干扰信号识别技术研究现状及展望

随着通信技术的发展,卫星通信系统面临着日益严重的干扰问题以及干扰识别技术的挑战。针对这一现状,介绍了常见的卫星干扰信号样式及卫星干扰信号的发展趋势,分别从基于特征提取的干扰识别方法、传统机器学习方法以及深度学习方法3个方面介绍了卫星干扰信号分类识别技术的研究现状,分析了其各自的优势与不足。最后对未来卫星干扰信号分类识别技术进行了展望。

260 GHz GaN高功率三倍频器设计

基于GaN太赫兹二极管芯片,采用非平衡式电路结构,设计了一款260 GHz三倍频器。采用GaN肖特基二极管芯片提高电路的耐受功率和输出功率;采用“减高+减宽”的输出波导结构抑制二次谐波;采用高低阻抗带线结构设计了倍频器的输入滤波器和输出滤波器。测试结果显示,该三倍频器在261 GHz峰值频率下,实现最大输出功率为69.1 mW,转换效率为3.3%,同时具有较好的谐波抑制特性。

用于太赫兹通信的双向全并行相位估计算法

在太赫兹通信的超宽带应用场景下,太赫兹载波是通过多次倍频实现,因而导致相噪严重恶化。基于太赫兹频率下的多极/零相位噪声模型,在传统的盲相位估计算法的基础上,提出了一种全并行化的相位估计算法。该算法通过在每个并行数据中插入导频,将导频相噪信息作为初始相位对并行数据进行相位扩展及旋转鉴相。借鉴传统盲相位估计算法的最佳相位估计值的判决选择思路,同时利用前一时刻导频和当前时刻导频,对当前并行数据从前后两个方向进行相位估计并对前后两个估计相位基于距离前后导频的位置进行加权求和以获得最佳相位估计信息。经过仿真验证,通过该算法后残余相噪在1 MHz和10 MHz处分别降低10 dBc/Hz和25 dBc/Hz。

中红外可调谐量子级联激光器研究进展

量子级联激光器(QCL)是中红外波段重要的激光光源,其中,可调谐中红外量子级联激光器具有单纵模、频率可调谐的优点,成为目前研究的热点。可调谐中红外量子级联激光器主要通过分布反馈(DFB)光栅、分布布拉格反射(DBR)光栅、外腔衍射光栅等方法实现。本文介绍了中红外量子级联激光器的基本原理,分别归纳、总结了近年来DFB、DBR可调谐量子级联激光器以及外腔可调谐量子级联激光器的研究进展,讨论了各种可调谐方法的优缺点。最后,对可调谐量子级联激光器的发展趋势进行了展望。

太赫兹近场通信信道特性研究综述

为满足不断提高的数据传输需求,未来的通信技术会向更高的载波频率发展,基于太赫兹频段的通信可实现高稳定性和高数据速率通信。本文综述了太赫兹近场信道特性及信道建模的研究进展,介绍了太赫兹频段下对近场信道分析的必要性,对比了远近场信道的区别;针对太赫兹近场通信信道,介绍了球面波前建模与基于电磁波理论的模型;结合信道建模技术与近场信道特点,介绍了可用于近场信道建模的方法论;最后对太赫兹近场信道特性研究进行了总结并对未来发展方向进行了展望。