球面阵列的阵元分布及副瓣特性分析

天线单元数目及位置是影响阵列天线辐射特性的两个重要参数。文章针对半球面,在满足口径及最小阵元间距的约束条件下,采用了一种新的建模方法对天线单元进行球面建模。仿真结果表明:通过与传统的建模方法比较,新模型可有效的避免主波束指向变化对旁瓣特性的影响,达到了令人满意的结果。

球面阵列压力传感器的研究

利用压电陶瓷技术,设计并制备球面阵列压力传感器,并用于爆炸冲击波压应力的测试。结果表明,阵列传感器可测试爆炸冲击波的的压应力及其分布、体密度分布、面密度分布等参数,测试结果证明爆炸过程产生+的冲击波存在空间分布不均匀性。球面阵列压电陶瓷传感器的性能:测试单元数为136个,呈球面密排分布;不同单元的介电常数分布偏差小于±2.5%;压电常数分布偏差小于±2%;动态响应频率约为1 MHz;冲击破坏阈值为100 MPa量级。

球面阵列基线测向算法的误差分析

针对传统立体基线测向算法中阵元摆放形式单一和天线盘体积受限等问题,提出球面阵列基线测向算法。首先根据简单的几何理论推导出辐射信号入射到不同基线得到的相位差公式,然后采用记忆梯度法求解3个相位差公式构成的非线性方程,得到辐射信号的来波方向。最后通过推导与化简基于球坐标下天线阵列的测向误差公式,从理论上证明球面3根天线阵列被一平面截得的圆为球大圆时测向误差最小,进而提出天线阵列的最佳摆放形式。研究结果表明:与同类算法相比,该算法中阵元位置由平面扩展到空间,摆放更加灵活,使得多模制导的导引头中基线空间位置关系不受限制;所提算法的测向性能(测向均方误差和解模糊概率)良好,对通道不一致系统具有较强的鲁棒性。

基于遗传算法的球面阵列旁瓣电平优化方法

针对共形球面天线阵列,采用有向天线阵元,在保持阵列孔径不变的条件下,以阵元分布位置作为优化变量,以降低最大相对旁瓣电平为优化目标,运用改进的遗传算法对阵列进行稀疏优化,仿真结果表明:该方法能够降低球形阵列的旁瓣电平,达到了减少阵元个数、降低天线系统成本的目的。

球面共形天线阵列的稀布优化方法

为了抑制球面阵列峰值旁瓣电平,提出了一种基于改进遗传算法的阵元球面稀布优化算法(ESSA).首先采用遗传算法染色体对阵元位置信息进行特征提取,并利用染色体的的交叉、变异对位置信息进行优化重组,然后将重组前后的阵元位置信息合并成新的种群,最后在迭代过程中根据遗传算法适应度函数对阵元分布进行优化选择,从而建立最优阵元分布模型.与阵元球面均匀分布方法相比,EESA具有更大的阵元分布空间.仿真实验表明,经过遗传算法优化后所得最优阵元分布模型的峰值旁瓣电平较优化前约降低2.6dB,实验结果证明了ESSA可完全实现阵元可分布空间的随机寻优.

用于微波热疗的球面波导天线阵列的设计

设计了一种工作在2450MHz频率的球面波导阵列天线,用于浅层肿瘤的体外热疗,即通过微波近场功率聚焦,实现对人体组织进行局部加热的目的。通过矩量法进行仿真,改进天线阵列排布方式,确定了"57875"的32元阵列排布设计,并利用遗传算法进行了优化。对天线在真空中的近场分布进行了测量,对仿人体组织模型进行热疗试验,结果均满足微波体外热疗的要求。

共形球面天线阵列的宽凹陷波束赋形与凹陷测量技术

针对干扰方向在某个角度区域内不能精确估计的工程实际问题,可应用宽凹陷波束赋形技术提高信噪比。根据共形球面天线阵列的阵元位置分布,提出了一种适用的宽凹陷波束赋形和凹陷宽度计算机测量技术。建立了该优化问题的适应度函数模型并应用遗传算法优化设计了赋形波束,仿真结果论证了遗传算法进行波束赋形和测量的有效性和稳健性,并拟订了波束凹陷宽度的计算机测量系统。

基于开孔球面高强度聚焦超声阵列的相控精度设计

研究了超声换能器阵列驱动信号的相位调控精度对阵列聚焦声场的影响.基于开孔球面高强度聚焦超声(HIFU)阵列,提出了一种阵列驱动信号的5位量化精度相控方案,解决了相控HIFU治疗系统中驱动信号相位的非连续性调控问题.仿真结果表明,此种相控方案既使阵列声场保持了高声强的聚焦点,又维持了原有的栅瓣抑制能力,从而为相控HIFU阵列驱动系统的设计提供了可靠依据.

一种低计算复杂度的球面稀疏阵列优化算法

传统稀疏阵列优化算法的计算复杂度高,对球面相控阵列的工程实现有很大影响。基于半球面共形阵列,给出了一种低复杂度的稀疏优化算法:位于半球面中间的阵元满阵分布,其他位置阵元均匀随机分布。通过计算机仿真,对满阵分布的层数进行了优化。仿真结果表明,所提算法能够有效降低旁瓣电平,且优化后的阵列仍关于球面中心对称分布。

球面LED阵列的光斑传输特性

引入弯曲度的概念建立了球面LED阵列的模型,利用非相干光的叠加原理推导出计算球面LED阵列的光斑半径公式、光斑发散角公式以及照度公式。通过数值计算研究了光斑半径随弯曲度的变化规律、发散角随弯曲度的变化规律、照度峰值随弯曲度的变化规律。计算得出:当弯曲度为0时光斑半径为2.997 m,随着弯曲度的逐渐增加光斑半径逐渐减小,当弯曲度增加到0.2时光斑半径减小为2.913 m;当弯曲度为0时光斑发散角为24.197°,随着弯曲度的逐渐增加光斑发散角逐渐减小,当弯曲度增加到0.2时光斑发散角减小为23.177°;当弯曲度为0时照度峰值为160.33 lx,随着弯曲度的逐渐增加照度峰值逐渐增大,当弯曲度增加到0.2时照度峰值增大为169.81 lx。计算结果表明:球面LED阵列对光斑半径、光斑发散角以及照度都有明显的汇聚作用。这些结果的获得在理论上和方法上为利用球面LED阵列来实现照明设计提供依据,弥补了之前在研究LED阵列中阵列面仅限于平面的不足。

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.

不等间距排列的球面高强度聚焦超声相控阵列

讨论了一种新型的不等间距排列的球面高强度聚焦超声相控阵列，通过阵元间的不等间距排列明显的降低了栅瓣，使在陈元间距在 ４λ的情况下，栅瓣低于－２０ ｄＢ．通过优化设计发现在 ０．５ ＭＨｚ的发射频率时，采用 ２３１个直径为 １０ ｍｍ的圆形阵元组成的球面阵列可以在轴向 １０～ １５ ｃｍ，径向半径 ２ ｃｍ的圆柱区域形成声强 ８００ Ｗ／ｃｍ２的高强度聚焦。同时还可形成多焦点，实现大肿瘤的超声热疗。

AZ9260光刻胶制作连续非球面微透镜阵列的研究

为解决研制深浮雕连续非球面微光学元件所面临的浮雕深度和面型控制这两大难点,选取吸收系数小的AZ9260正性光刻胶进行实验研究。提出了采用低温长时间前烘和连续升温后烘技术实现深浮雕结构和非球面面型的控制,并得到口径为300μm、抗蚀剂厚度为35.49μm、石英刻蚀深度为72.36μm双曲线柱面透镜的最佳光刻工艺参数。实验曲线与标准双曲线拟合所得最大误差为2.3637μm,均方根差为0.9779μm。

车削掩模的石英非球面微透镜阵列制作方法

为解决石英非球面微透镜阵列加工所面临的工艺可控性差且面型精度不高这两大难点,提出了一种基于车削掩模刻蚀的石英玻璃元件制作方法。该方法主要使用了单点金刚石车削加工技术与反应离子刻蚀技术,研究了掩模材料车削及刻蚀性能,并利用实验优选出掩模材料,最后进行了面积为5 mm×5 mm石英玻璃非球面微透镜阵列的制备。通过实验结果与预期参数进行对比,分析表明,该方法制作的石英玻璃元件误差均方根为1.155 nm,面型精度误差0.47%。

硅基非球面柱面微透镜阵列制备方法

非球面柱面微透镜是一种重要的微光学元件,具有激光准直、聚焦、匀化等功能,在激光通信、光纤传感、激光雷达测距、激光泵浦等系统中具有广泛的应用。为了减小光电系统的体积、提升光纤性能,增大透镜数值孔径是一种常用的解决方案。提出采用折射率更大的硅作为低折射率石英基底的替代材料,使得微透镜在相同体积下数值孔径大幅提升,同时可以降低加工量从而提升制备效率。针对传统石英微透镜的制备方法不再适用硅基微透镜的问题,提出基于掩模移动曝光方法制备光刻胶非球面图案,使用多次涂胶和循环曝光方法,分别解决厚胶涂覆均匀性差及曝光掩模痕迹明显等问题,最终利用等离子体刻蚀技术进行图案转移传递,从而实现微透镜的制备。以数值孔径2.9的硅基非球面柱面透镜阵列为例开展实际制备工艺实验,所制备的微透镜列阵面型精度PV为0.766μm,表面粗糙度Ra为3.4 nm,表面光洁与设计值符合较好,验证了制备方法的可行性。该方法有望促进非球面柱面微透镜列阵在紧凑化红外光电系统中的大规模应用。

低旁瓣球面共形随机稀疏阵列

针对平面阵列不能实现大范围空域扫描,角度分辨率不高的缺点,对比分析了球面共形阵列的辐射优点,后采用均匀随机排列的方法对球面共形阵列进行稀疏,最终在高角度分辨率和较低成本间实现了很好的性价比折衷,有很大实际意义。

复杂非球面镜高效超精密车削加工法(英文)

本文中对复杂面形的非球面镜进行了分类,并从加工方法和加工路径优化设计等方面研究了复杂非球面镜的超精密车削方法.对回转对称的复杂非球面镜进行了加工实验,并借助超精密测量技术对各段曲面进行面形测量,依据测量结果实现面形补偿加工.最终粗糙度Ra达5.14 nm,形状精度P-V值达200 nm.采用提出的方法对非回转对称的非球面阵列进行加工路径设计,根据具体面形进行加工参数选择和实际加工,得到粗糙度Ra为7.81nm的表面.实验结果证明了提出的加工方法高效实用,可以满足大部分复杂非球面的应用需求.

共形球面阵建模及其旁瓣控制的研究

运用球面几何知识,根据孔径及最小阵元间距约束,提出了一种基于正二十面体球面三角剖分法的球面阵建模方法。应用遗传算法,针对新模型相对主瓣较高的旁瓣电平问题,以阵元位置标识向量为个体元素,进行孔径、阵元个数、最小间隔一定的稀疏优化处理。仿真结果表明,新模型在结构上实现了阵元的近似球面对称分布,运用遗传算法有效地优化了共形球面阵的旁瓣性能。

基于C_(60)分子结构共形球面多波束天线的研究

为了满足卫星通信系统中区域多波束覆盖的要求,设计了一种基于球面排列的波束切换共形天线阵,天线阵列是一种由五边形和六边形组合的C60分子多平面结构.推导了球面共形阵的阵因子函数,并对其设计原理进行了分析.在单元模型的基础上,对球面对称结构的子阵波束进行仿真和分析.