一种带障板宽波束宽带纵振动换能器

介绍了一种带障板宽波束宽带纵振动换能器.通过将纵振动换能器的纵振动模态和前盖板弯曲振动模态有效耦合来达到拓宽换能器工作频带的目的;并提出利用反声障板边界结构大幅度增大发射波束宽度的方法.利用有限元软件分析了其在水中的特性.分析结果表明,通过纵弯模态耦合方式可有效拓宽换能器的频带宽度;通过障板在纵振动换能器中的应用可有效调节纵振动换能器的波束特性,从而实现宽波束的目的.实际制作该换能器并测试了其在不同情况下的性能,测试结果表明：有限元分析结果跟实验测量结果吻合.在9.5～18 kHz的频率范围内实现了发送电压响应起伏不超过3 dB的宽带工作;在11、12、13、14 kHz,实现了120°～160°的宽波束.

一种宽轴比波束宽度的圆形微带天线的设计

针对中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)L频段天线,本文设计了一种宽轴比波束宽度的微带贴片天线。该天线中心频率是1.616GHz,采用双层圆形贴片结构,在下层贴片加载4根销钉。仿真结果表明:反射系数S11<-10dB带宽是85MHz(相对带宽为5.26%);小于3dB的轴比范围在xoz面为151.0°,在yoz面为143.6°,中心频率点增益是8.73dB。与加载销钉的单层圆极化微带贴片天线相比,加载销钉的双层结构展宽阻抗带宽和宽轴比波束宽度范围。

制导一体化引信前向探测波束宽度计算方法

针对制导一体化引信宽波束赋形需求,提出了一种前向探测波束宽度的计算方法。该方法将导弹速度、目标速度、交会角、弹目距离、脱靶量、导弹攻角、角度指向误差、目标几何尺寸、数据处理周期等因素考虑在内,在给定交会条件下,根据计算的前向探测波束边界最大值确定前向探测波束宽度。仿真结果表明,采用该方法计算的前向探测波束宽度,结合宽波束赋形设计,可保证制导一体化引信实现对目标的持续探测和跟踪。

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。

一种宽带宽波束圆极化微带天线的设计

本文设计了一款宽带宽波束圆极化微带天线。天线采用堆叠的双层圆贴片结构,结合四点顺序旋转馈电方式,实现了宽带圆极化辐射性能;在叠层圆贴片周边加载垂直接地金属柱环形阵,利用波束引向作用和等效零模谐振特性,在大带宽范围内实现了半功率波束宽度(HPBW)的有效展宽,并保证宽带宽波束内的圆极化辐射性能。对天线进行了加工、测试。实测结果表明,S 11小于-10 dB的阻抗带宽(4.54 GHz~11.50 GHz)为87%,覆盖了期望的应用工作频带6 GHz~10 GHz;轴比小于3 dB的带宽达到了33.1%(6.71 GHz~9.36 GHz);HPBW在6 GHz~8 GHz范围内接近100°,在整个带宽内均超过75°;除了9.5 GHz以上频段,工作频带内的6 dB轴比波束宽度覆盖范围都接近200°,表明天线在宽带和宽波束内具有良好的圆极化性能。

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。

宽波束赋形天线星地测试技术分析与改进

为满足风云三号G星长寿命、高可靠、业务化的工作要求,星上数传天线采用通信性能好、覆盖率高的宽波束赋形设计。但宽波束赋形天线测试技术相对复杂,对测试质量有潜在影响。文章重点阐述了风云三号G星数传天线设计方案的必要性,建立星地链路余量分析,对星载数传天线的仿真和试验结果比对进行分析,验证了天线方向图测试结果的有效性,并对星载天线和地面系统的测试技术提出改进,提高了测试结果的准确性和完整性。相应技术的改进可以为平台方案相近的空间辐射测量基准卫星平台系统综合试验验证技术提供支撑。

宽波束双频同轴共口径高精度GNSS天线设计

为了展宽高精度卫星导航定位圆极化天线波束宽度和实现天线的小型化设计,本文提出了一款轻量化、宽波束的双频同轴共口径微带贴片天线。该天线包含一个内外嵌套的双频同轴共口径辐射贴片单元、若干寄生枝节、若干金属支撑柱、4个馈电馈针以及接地板。将高、低频辐射贴片分别布设在PCB印制板的上、下表面,采用了空气作为共同的辐射介质层,从而实现了天线更低的剖面设计。此外,还将高频辐射贴片和低频辐射贴片在垂直方向进行了局部交叉设计,以及在环形低频辐射贴片外围设计了若干T型寄生短路枝节,分别形成了电容效应,进而实现了天线的小型化设计,即该天线单元尺寸仅为0.37λ×0.37λ×0.03λ。实测数据表明,该天线两个频带内最大增益均>4.5 dBi,并且在低频1.227 GHz、低仰角20°处的增益>1 dBi,在高频1.575 GHz、低仰角20°处的增益>0 dBi。因此,本文所提出的天线能够较好地满足高精度卫星导航定位终端需求。

用于宽角波束覆盖的短路贴片天线设计

针对宽角波束覆盖需求,本文利用辐射模式调制方法,提出了一组短路贴片天线的设计方法,分别对应相控阵天线扫描、单天线宽波束覆盖以及多波束切换三种波束覆盖理论。首先,通过利用谐振模式重分配,设计了单侧宽带短路贴片天线,可以作为具有低互耦特性的相控阵天线单元使用;在此基础上,通过对称单元设计并引入差分馈电,实现了E面宽波束天线设计;此外,利用天线相位中心偏移的特性,结合去耦措施构建了具有双波束特性的宽带短路贴片天线。通过仿真测试,本文提出的三种短路贴片天线相对工作带宽分别为11%、13%和17%,中频E面波束覆盖范围分别为111°、120°和124°,实现了宽带宽波束覆盖性能。

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。

宽带宽波束微带天线设计

共形相控阵天线在飞行器的雷达系统中得到广泛应用。复杂的电磁环境,高超声速飞行器的出现对共形相控阵天线的带宽,扫描角度以及耐高温特性提出了新的挑战。本文基于表面波衍射原理,金属腔体电磁波截止原理以及外围环形贴片,使用具有耐高温特性的氧化铝陶瓷基板,设计了宽带宽波束天线单元。该天线工作在14GHz-25GHz,相对带宽为56.5%。在整个带宽内,天线单元均实现了不低于140°的半功率波束宽度,在某些频段波束宽度可以达到200°以上。

基于凸阵列超声换能器的宽波束成像算法研究

超声宽波束成像是一种高帧频超声成像技术,相对于线聚焦、平面波和发散波等成像方法,其通过远点聚焦能更好地平衡图像分辨率、对比度和帧频等成像性能。目前,宽波束成像的主要研究均是基于线阵超声换能器,但线阵超声换能器成像视野有限且不适用于较深的腹部器官。本研究基于凸阵列超声换能器研究宽波束成像算法,评估凸阵列下宽波束成像方法的性能。基于128阵元的凸阵列换能器,在软件仿真平台和真实实验两种环境分别实施宽波束成像,得到原始的通道数据后,采用延时叠加的方法对仿真和实验数据进行波束合成,建立宽波束超声影像;针对图像的对比度与空间分辨率,将宽波束成像结果分别与传统的聚焦成像、复合发散波成像等方法进行定量的比较分析。相对于复合发散波成像,宽波束成像具有更高的图像对比度(仿真情况下为19.6 dB,提高了67.1%;实验情况下为19.1 dB,提高了33.1%),但其空间分辨率在仿真和实验中有不同的表现。在50~90 mm深度范围内,仿真情况下宽波束的平均分辨率为1.11 mm,相对发散波成像提升了18.1%;而在实验情况下62 mm处的分辨率为1.48 mm,相对降低了15.4%。综合结果表明,宽波束成像性能优于复合发散波成像。相比于聚焦扫描成像,宽波束成像具有更均匀的成像分辨率和更高的帧频。在凸阵换能器上,相比发散波成像方法和传统聚焦成像方法,超声宽波束成像方法具有更均衡的成像性能,可为临床应用特别是腹部超声提供更优的成像策略。

一种低剖面宽波束双圆极化扫描阵列设计方法

设计了一种用于卫星通信的低剖面宽波束双圆极化扫描阵列天线。天线阵元采用十字形贴片的形式,使用改进的共面耦合探针结构来实现较好的匹配性能并降低剖面高度。在天线阵元4个角放置矩形金属块,用于改善天线的波束宽度。在天线底部增加了匹配网络,引入非辐射模式,实现了双谐振,进一步优化了天线的阻抗带宽。该天线阵元实现了可覆盖频段(上行:889~904 MHz,下行:934~949 MHz)的阻抗带宽,在频段内大于92°的半功率波束宽度,同时实现了大于5 dBi的峰值增益,且天线的剖面高度仅为0.03λ0。采用矩形栅格布阵将该阵元组成8×8阵列,最终可实现俯仰60°下17.56 dB的可实现增益覆盖,波束扫描至60°时,可实现增益的扫描下降都在4.5 dB以内,且不同扫描角度下阵列轴比小于3 dB。该天线可用于运营商LTE band8频段的卫星通信。

基于新型导电壁的磁电偶极子天线宽波束设计

针对双极化磁电偶极子天线进行了宽波束设计。在天线金属地边沿增加四个对称的垂直弧面,再由弧面的上边缘延伸出向内折叠的扇环形面,形成了一种新型半封闭折叠式的导电壁结构。该导电壁结构改变了天线表面电流分布,增强了低仰角处的辐射,从而拓展了天线辐射的波束宽度。仿真与实测表明,该双极化磁电偶极子天线在2.2~4.2 GHz(相对带宽为62.5%)内S参数小于-10 dB,E面和H面HPBW由原先的54.93°、77.49°均提升至100°以上,天线增益为4.5±0.5 dBi,在全带宽内实现了宽波束特性。

高频球面宽波束水声换能器研究

该文对高频球面宽波束水声换能器的声学特性与制作工艺进行了分析和研究,制作出了满足设计要求的换能器样品,并对其声学性能参数进行了测试。实验分析结果表明,研制的高频球面宽波束换能器具有在工作频带内模态单一,高频工作时水平和垂直方向具有宽波束等特点,该型水声换能器应用于声呐系统时,可有效增加声呐系统的辐射范围。

一种新型宽带宽波束圆极化微带天线的设计

设计了一种新型的用于卫星通信的三馈宽带圆极化微带天线。天线在1500～1900MHz频带内实现圆极化辐射。馈电网络采用三功分馈电,增加了轴比带宽和宽角轴比带宽;网络和附加的寄生贴片展宽了阻抗带宽;延伸天线介质衬底增大了波束宽度。实测结果表明:天线电压驻波比(VSWR)小于2的带宽达到62.5%,轴比(AR)小于3dB的带宽达到33%,实现了天线宽带宽波束性能。

宽带宽波束纵向水声换能器研究

本文通过设计纵向水声换能器辐射头的形状及利用其弯曲振动模,实现宽带宽波束辐射特性,采用后质量块的嵌套结构有效缩小了换能器的长度。利用ANSYS有限元软件模拟了小型宽带宽波束纵向水声换能器的电声特性。研制了换能器样品,实现了与有限元模拟计算结果相一致的电声参数:谐振频率14kHz,最大发射电压响应141．9dB,-3dB带宽为11．3～18．7kHz,-3dB带通Q值为1．9,在14kHz频率下波束宽度为132°,比通常纵向换能器波束宽度宽23％。

宽频带宽波束磁电偶极子天线设计

为了展宽天线的波束宽度，在磁电（ME）偶极子天线的基础上，该文设计出一种低交叉极化宽频带宽波束的新型磁电偶极子天线。通过将振子倾斜弯折，展宽了天线的波束宽度；结合6个寄生振子的对称加载，提高了辐射方向图的一致性。在？型馈电结构基础上，优化天线的振子间距和振子长度，实现了天线58.5%的相对带宽（S11？-10 dB），频带范围为2.3~4.2 GHz；对振子倾斜角度以及寄生振子的参数进行优化，在2.4~4.0 GHz的频带内实现了辐射方向图E面和H面同时达到120＆#176;以上的半功率波束宽度（HPBW）。测试与仿真有较好的一致性，证明了所设计天线不仅具有宽频带宽波束特性，同时在整个频带范围内方向图的一致性得到了极大地提高。

一种新型双频宽波束四臂螺旋天线的设计

根据移动卫星通信和卫星导航定位中对天线宽波束、圆极化和低仰角增益等要求,设计了一种新型的双频四臂螺旋天线,通过将工作于不同频段的两副结构类似的天线以内外共轴的方式形成一个整体来实现双频工作。天线通过开槽线巴伦实现平衡馈电,利用四臂螺旋自身的结构特点构造了90°自相移结构,获得了较好的宽波束圆极化特性。测试结果表明,实测和仿真结果基本一致,天线在两个频段都实现了较好的宽波束圆极化特性。

宽线性波束形成技术综述

在圆信号的假设条件下,传统的线性波束形成技术仅仅利用了天线阵列观测矢量的协方差矩阵。然而,现代通信领域中的很多人工调制信号具有非圆特性,观测矢量不仅存在协方差矩阵,还存在伪协方差矩阵。宽线性波束形成技术是针对非圆信号环境提出的一类新技术,该类技术通过构造一个包含天线阵列观测矢量及其共轭的扩展观测矢量,建立有利于特定方向信号接收的目标函数及约束,推导出相应的扩展权重矢量。同传统线性波束形成技术相比,宽线性波束形成技术对非圆信号的接收性能有了明显提升。本文介绍了圆信号和非圆信号定义,给出了阵列模型并介绍了最小方差无畸变响应波束形成,对各种宽线性波束形成算法进行了综述,并对宽线性波束形成技术的下一步研究方向进行了展望。