数字相控阵超声检测系统时间延迟精度分析

文中研究了时间延迟精度对相位偏差的影响,同时在相控阵声束控制理论以及实验仿真的基础上,分析了时间延迟精度与系统空间和对比度分辨力的关系,给出了在实际系统设计时,需要注意的几个问题。研究结果为国内研制数字相控阵超声检测系统提供了重要的理论依据和参考价值。

时域反射仪高精度步进延迟系统设计

提出一种高精度时间步进延迟系统的设计方法,并研制实用的电路模块.该方法基于微波三极管的开关特性,结合恒流源和充电电容及可编程比较电压产生步进延迟.利用PSPICE软件进行仿真和分析,并对实际电路模块进行实验测试.实验结果表明,该步进延时系统稳定性高,步进时间精度为8ps,可用于自行研制的时域反射仪TDR-I中,并准确测量样本的介电常数.

精密光纤延迟线的设计及实验验证

为了解决光纤延迟线研制中高延迟精度和低插入损耗相互矛盾的问题,提高延迟线制作的工程可行性,提出了由基于光纤组合透镜准直器,角锥棱镜反射镜的光学结构和滚珠丝杠等机械结构组成的延迟线系统模型.介绍了光纤延迟线的构成和基本原理;根据项目研制的具体要求,重点设计了波长在1 550 nm的关键器件——光纤准直器和角锥棱镜;然后,进行了光学辅助机械结构的设计和组装;最后,采用光纤激光器完成了光学校准和数据测试.实验结果表明：该延迟线在延迟距离为1～9.6 cm时,耦合效率均在80.6％以上,并且时延的重复性很好,精度较高,可以满足雷达、通讯、电子对抗等各种不同电子系统的需求.

用于X波段相控阵天线的高速可调光纤延迟线

设计并制作了一种用于X波段相控阵天线的5bit光纤延迟线,采用高速磁光开关和单模光纤级联组成。测试结果显示,该光纤延迟线可实现时间延迟量在0～1096ps范围内步进为35.4ps的任意可调,延迟精度小于±2ps,开关切换时间小于30μs。

连续可调光延迟线技术研究

光延迟线在雷达技术、全光信号处理、光通信等领域中有着广泛的用途,但是目前通用的可调光延迟线是增量可调而非连续可调的。连续可调技术大大提高了延迟精度,代表了光延迟线的发展方向。因此介绍了几种连续调谐光信号时延技术,具体分析了它们的实现原理和特点。

用于X波段相控阵天线的高速可调光纤延迟线

通过设计用于X波段相控阵天线5bit光纤延长线研究,采用高速磁光开关和单模光纤级联组成。得出设计出的光纤延迟线可以实现延迟量在0~1096ps范围内步进35.4ps的任意可调。光纤延迟线系统在体积和重量上还没有达到集成化的目标,就地面天线系统而言可以接受。

高精度对流层天顶湿延迟模型研究

对流层湿延迟是GPS误差源中最难确定的量,鉴于目前的对流层湿延迟模型较少考虑相对湿度随高度变化对湿延迟估计的影响,文章根据对流层湿延迟折射率的变化特征,提出新的分段湿延迟模型TTZWD。通过实验证明TTZWD湿延迟精度较Saastamoinen模型有不同程度的提高,与IGS后处理结果吻合精度好,基本可以达到半波长以内。实验还证明在相对湿度未知的情况下,将相对湿度设置为1,TTZWD模型依然可以使用,与相对湿度已知时的精度相当。

440nm-665nm消色差二分之一波片的二元设计

为了设计适用于可见光波段的消色差二分之一波片,根据复合波片理论,选用石英和氟化镁材料利用最小二乘拟合法,设计出了440 nm～665 nm范围的消色差λ/2复合波片。理论研究和实验检测结果均表明,依据此方案设计的消色差λ/2复合波片相位延迟精度可达λ/50,满足实际使用的需求。

基于计数时钟的两步式TDC设计

基于实现高精度时间测量的同时又具有大动态范围的目的,文中介绍了一款基于计数时钟在GSMC 130 nm工艺下设计的两步式TDC,电源电压为1.2 V。该设计的核心电路主要包括计数器型TDC、延迟链型TDC、高精度延迟单元、相位检测和移位寄存器。采用粗计数与细计数相结合的方法,通过外部可调电压实现高精度延迟单元的延时可调,抵消因PVT等外部因素导致的延迟单元延时的随机变化,从而有效提高TDC的精度。仿真结果表明,TDC的分辨率最高为70 ps、动态范围为640 ns、RMS约为3 ps、功耗约1.36 mW、面积为300μm×40μm。

光纤耦合式太赫兹时域频谱系统中空间耦合效率的实验研究

为了解决光纤式太赫兹时域频谱系统中光学延迟线部分的延迟精度和耦合效率低的问题,提出了两种延迟线设计方案,保证延迟线光路的可行性。两种方案设计原理简单且成本低。分别由光纤激光器、准直器、四分之一波片以及金膜平面反射镜构成的光学系统和由光纤激光器、准直器以及直角棱镜构成的光学系统,介绍了延迟线整体的构成和基本原理。同时,根据项目的具体要求,关键光学器件主要适用于1 550nm的波长。在设计出光学延迟线以后,搭建光学系统,并对整个光路进行了测试和验证。实验结果表明:第一种方案较第二种方案耦合效率高,但第二种方案延迟精度高,稳定性好且可操作性强。

厚单元零级波片设计原理及性能分析

针对波片常规设计中存在的零级波片厚度过小而不易制作、多级片的相位延迟量受温度影响较大的现状,给出了一种设计厚单元零级波片的思路与方法。根据单轴双折射晶体的光学性质,给出了厚单元零级波片设计的原理公式,据此使用任意单轴双折射晶体设计出可选择厚度的零级波片。分析了波片的厚度精度和温度变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响,并与常规设计波片进行了比较。分析结果表明:1μm的厚度偏差对厚单元零级波片相位延迟量的影响小于0.3°,仅为相同厚度偏差下常规设计零级波片和多级波片的近6%;温度的变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响与其对常规设计零级波片的影响相近,而温度的变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响仅为相同厚度常规设计多级片的近1/30。针对三个波长波片设计制作了实验样品并进行了实验测试,验证了厚单元零级波片设计和制作的可行性。所设计的厚单元零级波片具有综合相位延迟性能和厚度可以灵活设计的特点,且便于制作,较常规设计波片具有明显的优势。