0.2 μm~20 μm超宽光谱超材料吸波结构设计与仿真

为了实现对从紫外到红外超宽光学谱段辐射的高效吸收,设计了0.2 μm~20 μm波长范围内高吸收效率的超材料吸波结构。采用超宽带分区设置、5分离层结构优化设计、非均匀采样等方法获得了3尺度5分离层超材料吸波结构的等效谐振电路参数,确定了各分离层结构参数,分析讨论了吸波性能。仿真实验结果表明:超材料吸波结构总厚度约3.14 μm,在0.2 μm~20 μm波长范围内吸收效率优于89%,有效吸波带宽比接近100%,满足超宽光谱超材料吸波结构波长范围和吸收效率约束。设计方法在超宽带频率范围内可实现一致性连续吸波结构设计,各分区吸波带宽比预期带宽拓展约45.26%,整体吸收带宽比预期带宽拓展约81.57%,吸收效率优于80%的有效吸收带宽比约85.11%,适用于超宽光谱探测与对抗隐身。

无线电引信的超宽谱辐照效应及其防护

探讨了超宽谱高功率微波对无线电引信的辐照效应、耦合机理和防护方法。利用超宽谱高功率微波辐照源对多姿态的无线电引信进行了辐照实验并对结果进行了分析,实验表明当引信和弹体的轴向与超宽谱高功率微波的电场极化方向一致时,引信最容易被引爆,辐照效应最明显。通过理论分析和辐照实验找出超宽谱高功率微波能量耦合机理为:引信和弹体上感应的瞬变电压通过引信电源电路传递到执行电路,瞬变电压上升率超过了电路中晶闸管的断态电压临界上升率,使晶闸管意外导通,导致引信误动作。在不影响引信工作特性前提下,采取增加防护器件和替换敏感器件的加固方法,可以提高引信抗干扰能力。采用综合防护加固方法可使引信在超宽谱高功率微波辐照下不再产生误动作,达到了防护加固的目的。

小型超宽谱高功率微波辐射系统

小型超宽谱高功率微波辐射系统由Tesla型100 kV级ns脉冲源、Peaking-Chopping型亚纳秒气体开关及TEM喇叭天线构成。系统重复运行频率100 Hz,辐射因子rEp值75 kV,主轴辐射场中心频率520MHz,-3 dB频谱范围230～810 MHz。系统集成于一便携箱内,体积为80 cm×50 cm×26 cm,质量约45 kg。该系统结构紧凑,能够快速展开和撤收,可方便用于超宽谱高功率微波应用技术研究。

超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统

介绍了一套自行研制的高功率超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统,该系统主要由TEM喇叭接收天线、同轴传输线、宽带示波器及微型计算机组成。其中,TEM喇叭上极板为等腰三角形金属板,顶角14°,高60 cm,下极板为80 cm×30 cm矩形金属板,两金属板间夹角为7°,采用同轴线直接馈电方式,馈电点高度1mm。分析了测量系统的基本理论,采用时域有限差分和离散傅里叶变换相结合的方法对TEM喇叭接收天线的传递函数进行了计算,建立了信号衰减补偿方法。实测了抛物反射面脉冲辐射天线的辐射场,测得主轴上远区辐射场主脉冲波形与辐射天线的激励信号近似成微分关系,当激励信号的前后沿变快时,测得的辐射场也相应增大。测量结果表明,该系统能够反映脉冲辐射场的变化特性,具有良好的波形保真性和宽频带特性。

特种电磁材料对非核电磁脉冲的屏蔽效能测试

采用了窄带和超宽谱高功率微波源,在微波暗室和开阔试验场地中建立了多个典型波段的微波辐射场;并利用辐射场测量系统,对多种测试样片和屏蔽室模型试验样片的屏蔽效能进行了试验。结果表明:当测试窗样片厚度(屏蔽室模型试验样片壁厚)大于30 mm时,对窄带高功率微波的屏蔽效能可达到80 dB以上,对超宽谱高功率微波的屏蔽效能可达到50 dB以上。该特种电磁材料可广泛应用于三级屏蔽要求的工程中,当周围的电磁环境以窄带微波为主时,可谨慎应用于屏蔽要求较高的防护工程中。

低频端超宽谱HPM在低电离层中的自作用效应分析

基于电波电离层传播基本理论和高功率微波大气传输机理,讨论了低频端超宽谱高功率微波(HPM)低电离层中的自作用效应,得到了强场条件下自作用因子表达式,分析了强场条件下电场强度、电波频率、电子碰撞频率、电子密度、传播距离等参数对自作用效应的影响.仿真结果表明,初始场强振幅大、频率高、电子密度越大、传输距离越远,自作用效应越明显.

UWB扩频通信技术研究

该文首先介绍了采用超宽带(UWB)信号实现扩频通信的工作原理,然后分析了接收信号处理方式,并从理论上推导出表征系统性能的误比特率和最大接入用户数,最后进行了数值仿真计算,研究结果表明,UWB通信是一项很有发展潜力的高速无线接入技术。

连续波多普勒引信超宽谱高功率微波辐照效应试验

为客观评价超宽谱高功率微波对某型连续波多普勒引信的干扰能力,构建了引信辐照效应试验系统,并开展了辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最强能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;重复频率越高,发火电路端耦合电压越大,且同为82kV/m的辐照场强,单次、10Hz重频、20Hz重频和50Hz重频触发条件下耦合信号电压值分别约为66.5,69.4,71.5,74.6V;在157kV/m干扰场强范围内,超宽谱不会造成引信意外发火,但会影响引信检波电压和工作电流等性能参数。

形成线脉冲压缩技术在超宽谱技术中的应用

分析了基于同轴Blumlein线的高功率脉冲源对低阻抗短形成线充电、实现脉冲压缩的基本原理,给出了理想情况下,脉冲压缩后输出的高功率超宽谱脉冲电压、功率增益及能量效率计算公式。利用电路仿真软件建立了脉冲压缩电路模型,通过模拟验证了理论分析。模拟了实际主脉冲波形对输出脉冲的影响,结果表明:低阻抗压缩线充电时间变长、充电电压峰值降低;通过在前级脉冲源与脉压形成线之间增加一定长度传输线,可以有效提高压缩线充电电压。针对典型的同轴Blumlein线高功率脉冲源———紧凑Tesla型高功率脉冲源CKP-1000,设计了脉冲压缩装置和测量系统,建立了完整的脉冲压缩实验系统,开展了脉冲压缩试验。该脉压系统可将4.5ns输入脉冲压缩为前沿940ps、半高宽约1ns的亚纳秒脉冲,实现了约2.2倍的功率增益。实验数据与理论分析基本吻合。

一种非均匀的双路脉冲产生结构

提出了一种非均匀的双路脉冲发生器,采用非对称的高/低阻双路输出,结构上类似于同轴Blumlein线,其形成线包含内筒、中筒和外筒三个同轴圆筒,形成线与Tesla变压器一体化。为获得一致的终端输出阻抗,低阻输出端采用同轴线一分多结构,以匹配高阻输出端阻抗,高阻输出端的输出幅值相对较高,低阻一分多输出端形成低幅值的多路均匀脉冲输出。此外还给出了一组产生超宽谱非均匀脉冲串的设计实例,多路输出脉冲经延迟传输可形成首脉冲幅值较高、后续脉冲幅值均匀的组合脉冲。

电子设备高功率电磁辐照效应

用GW级超宽带电磁脉冲辐射装置实验研究了某电子系统的辐照效应,分析了开、关门状态下设备内04、08号分系统各检测点及接收天线在不同方位时02号分系统检测点上的响应特性,结果表明:在场强E=20kV/m的超宽带源(上升时间0.3ns,脉宽3～4ns)辐照时,开门时电路上及天线最佳耦合状态下设备02分系统电路上的响应的电压均可达1.6kV;开、关门时设备响应的带宽均为0～500MHz,主频约70MHz。

低波段大波束角SAR脉冲响应函数特性研究

对合成孔径雷达(SAR)而言,其成像性能的优劣或SAR图像质量可通过成像系统的脉冲响应函数(IRF)来表征。脉冲响应函数可看作是一个理想点目标的成像结果,这一函数由中央主瓣和一些旁瓣组成。SAR系统的图像质量可以通过描述IRF的空间分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比等主要特征进行描述和评价。文中主要对工作于VHF/UHF频段的低频大波束角SAR系统的脉冲响应函数(IRF-USAR)特性进行了研究,推导了超宽带大波束角条件下的脉冲响应函数。基于点目标的傅里叶支撑谱与脉冲响应函数之间的对应解析关系,分析了IRF-USAR的响应特性,并基于仿真及实测数据对IRF-USAR响应特性进行了验证。

存在CDMA干扰时超宽带系统性能分析

超宽带系统信号功率很低,并且占用很宽的频段,系统需要与其它窄带系统共存。因此,在进行系统设计时,必须考虑窄带干扰信号对超宽带系统性能的影响。文中采用特征函数的方法精确分析了多径信道环境下,存在CDMA信号干扰时直接序列超宽带系统的性能,推导得到系统的误码率公式;最后,在基于IEEE 802.15.3 a推荐的多径信道环境下进行系统仿真和数值分析,结果表明,文中方法得到的系统性能与仿真结果基本吻合,能够较准确估计系统在存在CDMA窄带信号干扰时的性能。

超宽带无线技术的应用前景及其挑战

从超宽带(UWB)无线技术产生的背景出发,概括了UWB系统的特点,讨论了UWB的应用前景;同时指出,UWB利用的是频谱重叠技术,频带非常之宽,有许多课题有待于去解决;最后提出了一种UWB抗干扰系统的实现方案。

DS-UWB系统中一种抑制窄带干扰的多天线接收机

直接序列扩频超宽带(DS-UWB)系统采用窄脉冲和扩频技术能够与其它无线电系统共存,但是,在进行系统设计时,必须对同频段系统的干扰加以抑制。文中在存在窄带干扰的情况下,提出一种自适应多天线Rake接收机,通过自适应调整天线合并权向量来抑制窄带干扰对系统的影响,并通过仿真实验与现有抑制窄带干扰接收机进行比较。理论分析与仿真结果表明,该接收机具有较好的环境鲁棒性,并且能够一定程度上抑制窄带系统对DS-UWB系统的干扰,保证系统接收性能。

无载频超宽带雷达的梳状谱干扰仿真研究

超宽带雷达的发展及其在军事上的应用,对传统雷达对抗装备提出了严峻的挑战,极宽的信号带宽迫使干扰信号在频域上分散,从而大大降低了干扰信号的有效性。为了集中信号功率,对超宽带雷达进行有效干扰,提出了梳状谱干扰技术,即将干扰功率集中于雷达信号带宽范围内的一些离散频率点实施干扰,破坏雷达回波信号与参考信号的相关性,从而实现有效干扰。以无载频超宽带雷达为研究对象,通过仿真方法,将梳状谱干扰与传统的噪声干扰进行比较,得出梳状谱干扰技术对无载频超宽带雷达具有明显的干扰效果。研究成果对超宽带雷达干扰装备的研制具有一定的参考价值。

频域谱最优合并超宽带接收技术

基于超宽带(UWB)无线通信系统提出了新型的频域接收技术———频域谱最优合并(FD-SOC)技术,该技术利用任意超宽带脉冲信号的频域谱矢量和为实数,且正负极性随脉冲形状变化的性质,在频域内实现数据信息的最优接收.理论分析了FD-SOC技术的原理.计算机实验仿真了超宽带信道环境下(IEEE 802.15.3a信道模型),基于频域子空间信道估计的FD-SOC超宽带接收机和基于最大似然(ML)信道估计的超宽带Rake接收机的性能,结果显示FD-SOC超宽带接收机具有良好的性能.

扩频技术:历史、现状及发展

从军事抗干扰通信和个人通信业务对频谱分配的要求回顾了扩频技术的历史,并着重从直接序列扩频系统的码捕获和多用户检测两方面讨论扩频技术的研究现状。在第四代移动通信系统的发展背景下,结合超宽带、多载波调制以及软件无线电等新技术讨论扩频技术的发展趋势。最后,给出研究过程中得出的结论。

UWB通信信号的频谱分析

分析了超宽带冲激无线电的脉位调制、通断键控调制和脉冲幅度调制的信号模型。阐述了UWB通信的传输速率高、保密性能好和抗多径衰落强等优点。推导了UWB通信信号的时域和功率谱密度闭式表达式,并对UWB通信信号频谱进行了分析,并对实际UWB通信信号的功率谱密度进行了计算机仿真。

高压氢气亚纳秒开关击穿特性

在超宽谱脉冲产生辐射系统或脉冲功率源中,常用高压气体开关来产生快脉冲沿的高功率电磁脉冲。为了研究高压氢气亚纳秒开关的击穿特性,通过实验研究了氢气开关在高气压和短间隙距离条件下的击穿特性。开关输入脉冲的峰值幅度约220 kV,脉宽3～4 ns。氢气气压4～13 MPa,间隙距离0.4～1.2 mm。结果表明:开关击穿电压随气压升高而增加,且开关气压达到11 MPa后击穿电压随气压增加的趋势变缓;开关击穿电压随间距增加而增加,平均击穿场强随间距增加而减小,氢气开关平均击穿场强分布在3～7 MV/cm之间;开关导通时间随气压增加略有减小,随间隙距离增加有小幅增加。