宽带数字波束形成中的分数延时滤波器设计优化

在宽带数字波束形成处理中,一个关键问题是对阵列天线接收到的信号进行包络延时补偿。解决该问题的基本方法是通过分数延时滤波器对输入信号进行延时。本文主要讨论Farrow结构的分数延时滤波器设计优化方法,以便于工程应用。

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。

C波段50mW多注速调管高频系统的设计

本文提出一种全新的、应用于C波段50 mW高功率多注速调管输出系统。该系统首次采用TM 310高次模式多注结构,将整管工作电压由单注的354 kV大幅降低至250 kV,整管长度由单注的1.4 m缩短至0.9 m;并创新性地采用矩形TM 310结构,结合输出波导补偿结构,有效地解决了圆形TM 310结构外品质数不足的问题,保证了整管的输出稳定性。本文提出的C波段50 mW多注速调管能大幅降低整管工作电压、减小体积,可大幅提高系统的可靠性及机动性。本文研究的新型结构C波段50 mW多注速调管高频系统有效解决了高次模式高功率稳定输出的问题,降低了输出结构的设计复杂性、减小了传输系统体积并降低了成本,对未来多注高峰值功率产品的设计具有非常重要的意义。

基于地形趋势面的边缘波束数据处理方法研究

受多波束特点及水体环境的影响,多波束边缘波束的数据质量低于中央波束的数据质量。通过分析多波束边缘波束测深误差的影响因素,提出了通过相邻条带中央波束的水深数据获取地形趋势面来提高边缘波束的水深数据质量。在此基础上,推导出了水底地形的曲线拟合公式和边缘波束测深点误差改正公式,并采用了多波束实测数据进行了验证。结果表明:使用该方法处理后的多波束边缘波束水深数据质量明显提高,水深数据更接近真实水深,有效削弱了多波束边缘波束的测深误差,对如何提高多波束的边缘波束数据质量有指导作用。研究成果可应用于多波束数据处理软件的深度研发和多波束实测数据后处理。

基于空-频域联合滤波的列车轴承轨旁声学诊断

现有的列车轴承轨旁声学诊断方法多集中在多普勒效应去除、空间滤波器优化等方面,忽视了轨旁环境中存在的大量冲击性噪声及循环平稳性噪声的影响。针对此问题,文中提出了一种波束形成和目标频带选择结合的列车轴箱轴承轨旁声学诊断方法。该方法采用传声器阵列采集列车轴承阵列声信号,通过时域插值重采样方法校正信号畸变,使用波束形成空间域滤波器提取目标轴承方向信号,利用ICS2gram选取最优解调频带并提取带通信号,对带通信号进行包络分析实现轴承诊断。实验结果表明,该方法能够在轨旁声场环境下有效避免冲击性噪声和循环平稳性噪声带来的影响,准确提取目标轴承信号并诊断出轴承故障,相较于现有方法表现出了更好的效果。

一种Ka频段圆极化宽波束天线设计

文章针对常规频段越来越拥挤的频谱问题,突破思维定式,超越常规频段,设计了一种Ka频段圆极化宽波束天线。该天线主体辐射结构为单馈点圆极化方形贴片微带天线,并通过金属腔体扩展辐射波束。对天线的电性能进行了仿真分析,仿真结果表明:天线在29.5CHz~30.5CHz范围内电压驻波比小于2,在典型频点值30GHz下辐射右旋圆极化波,可以提高天线的抗干扰能力和接收信号的能力,天线的3dB波束宽度大于等于130°,是常规天线3dB波束宽度的两倍,可以在极广空域内辐射接收能量。

周期介质加载大轨道回旋行波管研究

通过耦合系数、模式竞争和起振条件分析谐波状态下采用大回旋电子注周期性介质加载结构的注波互作用特点,并通过理论分析和PIC粒子模拟,优化设计出一支Ka波段大回旋电子注回旋行波管。该回旋行波管处于二次谐波工作状态,互作用结构采用周期性介质加载结构,结构简单,工艺成熟。仿真结果表明,在电子注为75 kV、电流为9 A、磁场强度仅为0.51 T的工作条件下,所设计的回旋行波管最大输出功率达到了156 kW,3 dB带宽为4.4 GHz,最大增益为47.18 dB,磁场用常规电磁线圈磁体产生即可达到要求。

基于双面平行带线的全空间扫描漏波天线

为了实现从后向端射到前向端射的连续波束扫描天线,该文基于双面平行带线结构提出了一种具有全空间扫描能力的漏波天线。天线单元由双面平行带线传输线和一对反向加载的开路枝节组成,两个开路枝节分别位于传输线的上导带和下导带。加载的反向开路枝节等效为一个偶极子,使得天线单元具有全向辐射性能,作为整个全空间扫描漏波天线的基础单元。为了抑制周期漏波天线中的开阻带问题,又在天线基础单元上加载了一对平衡槽以实现频率平衡条件,还加载了一对匹配槽以匹配周期结构的阻抗。最后实现了一款天线原型,经仿真与实验验证,该天线能够在7.6 GHz到14.0 GHz的频率范围内,实现从后向端射,经侧向辐射,然后到前向端射的全空间扫描能力。

宽轴比波束双频带北斗导航天线设计

[目的]为了有效拓宽北斗天线3 dB轴比波束宽度,提出一种加载寄生单元的开槽叠层微带贴片天线。[方法]通过叠层基板结构实现北斗双频带特性,并通过开槽拓宽双频段带宽,在贴片边缘切角实现双频带圆极化;同时在贴片周围加载L形寄生单元来拓宽天线的3 dB轴比波束宽度。[结果]实测和仿真结果吻合度较高,在北斗B1和B2频段的相对带宽为3%和7.5%;3 dB轴比波束宽度可达到180°和176°;增益最高可达6 dBi。在北斗接收机试验中,天线搜星数量能达到17颗以上,定位精度在米级以内。[结论]所设计的双频带北斗导航天线具有宽轴比波束宽度和高定位精度,研究结果可为小型北斗导航天线的设计提供参考。

局域共振夹芯超结构梁带隙特性及实验研究

本文提出了一种新型局域共振夹芯超结构梁,该结构由夹芯梁基体和由软材料包裹质量块组成的局域共振单元构成。分别采用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的带隙分布和振动传输特性,搭建了局域共振夹芯超结构梁的振动传输测试实验平台,并与数值计算结果进行对比验证,最后分析了结构参数对结构带隙分布特性的调控规律。研究结果表明,该结构在低频范围内共出现两条弯曲波带隙,带隙频率分别为196.1~339.0 Hz和377.2~655.6 Hz。而完全带隙位于弯曲波带隙内,频率范围为380.0~423.6 Hz。且在这两条弯曲波带隙范围内,弯曲振动传输会发生明显的减弱现象。另外,局域共振夹芯超结构梁的结构参数会对带隙分布特性产生较大影响,通过合理选择结构参数,可以实现局域共振夹芯超结构梁低频率和高带宽的减振要求。

E波段矩形环对角双杆行波管的研究

高功率、宽频带是当前科研人员研究行波管的主流方向,中国工信部最新规定E波段的频率范围在71-76 GHz/81-86 GHz。虽然传统的环圈慢波结构有更高的互作用阻抗,但是当其达到E波段及以上由于其结构特点在现实中难以加工,所以难以实现工作在E波段,为了提升输出功率,本文设计了E波段矩形环对角双杆慢波结构行波管的研究,对其进行注波互作用模拟仿真和计算,带状电子注采用19.1 kV的电压,电流为0.14 A的条件下,行波管可获得最大400 W的瞬时输出功率,增益为46.02 dB、电子效率15%。

大口径多波段光束质量检测系统设计

光谱合成技术是实现高能激光输出的重要技术途径,如何在高功率输出的前提下,保证高光束质量的激光输出已成为当前光谱合成技术最迫切要解决的问题。本文针对155 mm×140 mm矩形口径、(1 064±3)nm、(1 030±3)nm和(635±5)nm波段光束的参数检测问题,设计了大口径多波段多参数检测系统。波前检测单元基于开普勒的望远结构,在构建变形镜与微透镜共轭关系的同时,压缩光束口径以匹配探测器尺寸。前组物镜采用卡塞格林结构,以解决大口径、多波段的色差校正难题;后组镜采用三片式复消色差折射镜组,补偿色差的同时,兼顾无热化设计,用以补偿前组物镜的残余热差和后组镜热差。经波前检测单元后进行分光探测,实现光束质量和光束均匀性检测。为了提高系统的环境适应性,采用光学被动无热化方法对系统进行了20℃±10℃的无热化设计。最后,对系统进行装调测试,采用泽尼克波前复原方法对波前探测相机采集的光斑图像进行波前复原,测得10℃~30℃下系统波前的RMS值优于0.052 4λ(λ=632.8 nm),光束均匀性优于0.893,光束质量β因子优于1.26倍衍射极限。

一种多频段双波束超宽带测向天线设计

设计了一种多频段双波束超宽带测向天线,通过采用切割抛物面多馈源形式,涵盖L/S/C/X频段,不仅节省设备平台的空间,又能实现多频段双波束共用抛物面,利用结构上改变抛物面切割形式来达到压窄方位面波束的目的。采用馈源偏置的抛物面天线,可以将馈源、馈线、支撑结构等从反射波很强的区域移开,减少对口径面的遮挡,从而改善匹配、降低副瓣电平,实现了多频段双波束共用反射面的设计。测试结果表明天线在L/S/C/X频段范围内电性能良好。

中长双色红外焦平面探测器组件技术研究

在(211)B碲锌镉衬底上,采用分子束外延生长制备了PPP型中长双色碲镉汞材料,通过台面孔刻蚀、侧壁钝化等工艺,实现中长双色640×512红外焦平面探测器组件研制。中长双色碲镉汞材料测试结果表明,表面宏观缺陷(2~10μm)密度统计分布约773 cm^(-2),同时对材料进行了XRD双晶衍射半峰宽(FWHM)测试和位错腐蚀坑(EPD)统计,XRD测试FWHM约31.9 arcsec,EPD统计值约为5×10^(5) cm^(-2);双色器件芯片台面刻蚀深度达到8μm以上,深宽比达到1∶1以上,侧壁覆盖率达到72.5%。中长双色红外焦平面组件测试结果表明,中波波长响应范围为3.6~5.0μm,长波波长响应范围为7.4~9.7μm,中波向长波的串音为0.9%,长波向中波的串音为3.1%,中波平均峰值探测率达到3.31×10^(11) cm·Hz^(1/2)/W,NETD为17.7 mK;长波平均峰值探测率达到6.52×10^(10) cm·Hz^(1/2)/W,NETD为32.8mK;中波有效像元率达到99.46%,长波有效像元率达到98.19%,初步实现中长双色红外焦平面组件研制。

基于辛理论的Bernoulli-Euler梁波散射分析

为研究辛对偶力学体系下Bernoulli-Euler梁波的散射问题,通过构造Lagrange乘子以解除泛函约束,引入对偶变量,提出了Bernoulli-Euler梁的Hamilton对偶方程。综合运用本征向量展开法、辛Gram-Schmidt正交算法,以及精细积分法等方法剥离了Bernoulli-Euler梁能带结构中的禁带部分,获得了端部散射体的散射矩阵。结果表明:辛体系下Bernoulli-Euler梁的状态向量是由一对通带本征向量和一对禁带本征向量所组成的,其端部散射体的散射矩阵是一阶酉矩阵,入射波的功率流等于反射波的功率流,满足功率流守恒。

超宽带抛物环面多波束测向天线设计与分析

介绍了一种以多个超宽带喇叭天线作为馈源的多波束体制的抛物环面天线。该天线工作带宽宽,波束瞬时覆盖角域宽,可以实现方位维的宽角多波束测向。通过建模仿真计算,瞬时覆盖角域为±7.5°,仿真与测试结果基本吻合。为进一步拓展工作带宽与瞬时覆盖角域的性能指标,进行了仿真验证,结果满足设计要求,工作带宽达到3∶1,瞬时覆盖角域至±60°,可推广应用于高增益电子侦测系统中。

应用于毫米波段的宽带波束调控超表面设计

毫米波段因其较高的数据传输速率和较大的容量而备受关注。为满足现代通信系统对宽带、波束偏转和高辐射效率等天线需求,本文提出了一种工作在88.5~94.6 GHz频带范围内的石墨烯-金属复合结构超表面。该超表面通过调节石墨烯的费米能级,对超表面单元的反射相位进行实时调控编码。调整金属层结构尺寸,可以调制不同编码状态下超表面单元的相位、幅度响应以及编码频段范围。经优化设计,在石墨烯费米能级分别为0 eV和1 eV时,编码超表面单元在88.5~94.6 GHz的宽频带内具有180°±20°的反射相位差,并且反射幅度均大于0.7。利用该单元设计了7×7的超表面,通过合理排布编码单元,可对毫米波段波束进行偏转和多波束切换等动态调控。实验结果显示,单波束最大偏转角度可达105°(-55°~50°),且可实现1~5个波束的切换。该超表面为多功能天线设计提供了新的解决方案,在高速无线局域网、车载雷达、卫星通信等领域具有潜在的应用价值,对毫米波段通信技术的发展具有重要意义。

支持径向交会对接任务的宽波束中继方法研究

针对神舟飞船和天和空间站径向交会对接形成组合体的工作模式下,神舟飞船宽波束中继S终端对中继卫星视场缩小导致测控覆盖率降低的现象,提出一种基于组阵和时空分集技术的宽波束中继S链路的设计构想,通过在天和空间站宽波束中继S终端内部增设功分器和合路器,以及在组合体径向对接口的对接总线内部增设高频电缆。利用天和空间站的宽波束中继S发射天线和接收天线,传送神舟飞船的宽波束中继S信号。神舟飞船宽波束中继S终端,同时接收和处理组合体对接总线内部高频电缆和神舟飞船I/III象限收发的宽波束中继S信号,解决了中继卫星过顶遮挡导致的测控覆盖率降低的问题,提升了链路可靠性。经仿真分析,相比单独工作模式,测控覆盖率提升了25.3%。对于接收链路,采用时空分集技术,对3个方向的宽波束中继S信号进行互相关解算和最大比合并,获得信号合并增益,有效提升了接收信号的信噪比和有效带宽。

中红外7×1硫化物光纤合束器的设计与制备

硫化物光纤合束器可以实现对多个中红外光源(2~5μm)的功率组合和光谱扩展,基于自研As_(2)S_(3)多模光纤,使用低温熔融拉锥技术制备得到7×1中红外光纤合束器,分析了拉锥区域的损耗产生机理,并表征和评估了合束器的传输效率和光束质量。实现了输入光纤合束端与输出光纤的高质量熔接(熔接点损耗低至0.45 dB,抗拉张力超过300 g),合束器平均传输效率约为80%,单通道最高输出功率为4.32 W,表现出了优良的传输特性和功率承载能力。

K波段宽带宽角低副瓣圆极化稀疏阵

文中提出了一种适用于K波段的低剖面宽带宽角低副瓣圆极化稀疏相控阵天线,该天线单元的辐射部分由带有寄生环形辐射器的圆形贴片和L形贴片组成。为了与四通道T/R组件集成设计,设计了跨层连接微带传输线,并引入单元旋转技术大幅拓宽了天线的轴比带宽。此外,在考虑T/R组件引入的阵元布局制约下,设计了多约束子阵级优化布阵算法,仅通过子阵位置的优化,设计了400单元规模的宽带宽角低副瓣稀疏阵。仿真结果表明,该稀疏阵在44.6%的稀疏率下的法向增益为30.46 dB,波束宽度小于4.5°,扫描±55°内副瓣电平低于-13.13 dB,适用于K波段卫星通信相控阵天线。