大视场龙伯透镜电磁成像超分辨算法

现有的反射面电磁成像系统体积庞大,无法满足机载、车载、无人机等应用平台要求。针对此类问题,研究了龙伯透镜的结构特性和成像特性,设计了大视场龙伯透镜电磁成像系统,利用空不变成像特性进行超分辨图像处理,实现了快速、大视场、宽频带、高分辨电磁辐射源分布成像。计算了口径300 mm带球核分层龙伯透镜参数,仿真了4~18 GHz龙伯透镜焦弧面场强分布,验证了龙伯透镜空不变的成像特性及其超分辨算法的有效性。实验对比了抛物反射面电磁成像系统和本文龙伯透镜电磁成像系统的体积、成像范围、源数目和分辨率,结果证明了本文系统的优越性,同样分辨率下,达到了方位角及俯仰角均为40°的大视场范围。

一种三轴龙伯透镜天线座架的结构设计

龙伯透镜天线是一种折射率渐变的透镜天线,可将特定频率的入射波汇聚到透镜表面的某点或将电磁波沿原方向反射,能够实现波束扫描和多波束聚焦,龙伯透镜天线具有高度低,增益高和副瓣低等特性。随着龙伯透镜天线的制备技术不断发展,龙伯透镜天线的应用也越来越广泛,其广泛应用于军用战机、军用舰艇、遥感遥测、卫星通信、电子对抗和雷达等领域。随着无线通信技术的不断发展,天线功能越来越多,结构也变得越来越复杂,天线座架的设计难度也越来越高。由于该龙伯透镜天线座架负载重量较大,同时该天线安装于机载平台,还需满足复杂的机载振动条件,这就对天线座架的结构设计提出了较高的要求。本文叙述该三轴龙伯透镜天线座架的设计思路,对天线结构强度进行了力学仿真分析,计算出了天线结构在耐久振动条件下各方向的均方根应力值并与最大许用值进行了对比分析,结果表明该三轴龙伯透镜天线座架结构设计的合理性。

低剖面RCS可控的龙伯透镜反射器

传统龙伯透镜反射器用金属做反射面,可在全频段内实现对电磁波能量的全反射,其雷达散射截面(RCS)特性不可变。采用半球龙伯透镜代替龙伯透镜反射器中的全球龙伯透镜来减轻重量、降低剖面。为了达到对半球龙伯透镜反射器散射特性可控的目的,使用有源频率选择表面(AFSS)吸波器代替半球龙伯透镜反射器金属地面,通过AFSS吸波器的吸波/反射功能,使半球龙伯透镜反射器实现对能量的吸波/反射。仿真结果表明,低剖面龙伯透镜反射器在俯仰方向θ=20°~90°时吸波/反射状态下RCS之间的差值在8 dB以上;在方位方向ϕ=-90°~90°具有130°宽角响应,且吸波/反射状态下RCS之间的差值在8 dB以上。研究结果表明,该龙伯透镜反射器在吸波与反射状态下具有较好的切换效果,实现了RCS的调控。

宽频带吸波/反射状态可电控切换龙伯透镜反射器设计

本文对传统的龙伯透镜反射器采用有源频率选择表面(active frequency selective surface,AFSS)技术进行电磁结构的设计,用具有吸波/反射可切换的AFSS龙伯透镜反射器代替金属反射板,达到对入射电磁波的反射强度和雷达散射截面(radar cross section,RCS)大小可调、工作状态可切换的主动型龙伯透镜反射器.仿真结果表明,在X波段内,设计的新型龙伯透镜反射器可实现吸波/反射功能的可切换以及单站RCS可调,大小相差约8 dB.通过对龙伯透镜AFSS反射器进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果较为吻合,实现了龙伯透镜反射器在一定频段内工作状态切换和RCS可调.

基于聚合物-陶瓷复合材料的异形龙伯透镜天线的研究及制造

针对目前龙伯透镜在工程应用中材料发展不成熟、质量大等问题,提出了一种质量小、性能优异的新型异形龙伯透镜天线。首先基于准保角变换法对低介电常数龙伯透镜进行压缩得到了一款高介电常数椭圆龙伯透镜,然后采用球形与椭球的特殊组合结构,得到了一款工作于X波段的高介电常数异形龙伯透镜天线。最后,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和钛酸锶(Sr TiO3)陶瓷粉体混合而成的聚合物-陶瓷复合材料制备了该透镜,将制备好的聚合物-陶瓷复合材料注入3D打印的模具中来说明异形龙伯透镜的制作过程。测试结果表明,所制作的透镜天线在8.5 GHz、10 GHz、12 GHz时的最大增益值分别为20.8 d Bi、22.4 d Bi、22.6 d Bi,旁瓣电平均低于-19 d B,方位面上3 d B波束宽度小于9.8°。所提出的异形龙伯透镜具有质量轻、材料制备过程简单、制作周期短且在低温下即可无缝成型的优良特点。

一种基于石墨烯表面等离激元的电调虚像龙伯透镜

本文提出了一种具有电调虚像特性的石墨烯表面等离激元透镜(GPL)。GPL的设计原理是基于石墨烯表面等离激元(SPP)折射率与化学势之间的非线性关系。通过控制石墨烯的偏置电压,可以实现虚像位置连续调节,并采用射线追踪方法计算不同虚像焦距对应的偏置电压。为了表征虚像在全波仿真场图中的位置,我们在石墨烯表面上创建了一对组合透镜。本文所提出的GPL实现了可调的虚像特性,为高自适应、紧凑的成像透镜设计提供了新的思路。

加载龙伯透镜反射器的飞翼布局靶机RCS设计与仿真

空中靶机可以用作模拟目标飞行器和开展防空训练和演习。为模拟目标机电磁散射特性,通常在军事演习或武器试射时加载在靶机上用于模拟敌方航空系统战术、技术性能,为火炮或导弹系统提供假想目标与射击机会。简单地说龙伯透镜是一个球形多面折射透镜,它可以将照射进来的电磁波进行多次折射,聚集到某一个点上,然后再被折射回去,达到反射电磁波的作用,从而在雷达上更显眼。

有源频率选择表面在龙伯透镜反射器RCS控制中的应用

本文设计了一种有源频率选择表面(active frequency selective surface,AFSS),利用该AFSS组成7×7的阵列取代龙伯透镜反射器上的金属反射板,可以调控龙伯透镜反射器的雷达散射截面(radar cross section,RCS)。通过仿真验证AFSS处于透射状态时龙伯透镜反射器未增强RCS,而处于反射状态时,龙伯透镜反射器增强约20dB的RCS。另外,通过设计调节PIN二极管的通断主动切换AFSS的透射和反射状态。

基于龙伯透镜天线的海面5G超远覆盖研究

结合茂名联通业务发展需求,联合中兴、京信等厂家利用新型龙伯透镜天线对比普通天线进行超远海面覆盖验证,成功商用全国首个900M+2.1G的5G海域超远覆盖双层网,并在海域进行了极限距离测试、验证。测试结果表明,900M的透镜天线覆盖49KM,比普通天线覆盖40KM提升18.37%。2.1G的透镜天线覆盖可达52KM,比普通天线覆盖45KM提升13.46%,并助力茂名联通通过物联网信号,基于“超级基站”提供的岸基子系统信号增强服务,及时监测渔船动态信息,同时用户通过wifi、移动网络访问APP及时了解船舶动态信息。

龙伯透镜分层介质球的设计与计算

本文对龙伯透镜分层介质球进行分析和计算。对设计中的主要问题进行论证，给出计算实例和制造方法。

龙伯透镜反射器性能评估预处理方法研究

介绍了龙伯透镜反射器用于雷达回波反射的诸多优点及其主要性能指标,分析了龙伯透镜反射器RCS测试过程中产生角度误差的原因,并指出了该误差引起的零点偏移会影响其性能指标的评估分析。针对这一问题,提出了最大RCS值法和响应区间中心法,阐述了两种算法的工作原理及实现流程,应用算法对实测RCS数据进行预处理,评估了所测样机的主要性能,验证和比较了算法的有效性及差异性。

基于新型泡沫材料的龙伯透镜天线设计

该文利用新型泡沫材料聚甲基丙烯酰亚胺(PMI),设计了一种适用于复杂太空环境探测的毫米波龙伯透镜天线,通过将泡沫材料的密度与介电常数相关联,结合传统龙伯透镜天线的工作原理进行仿真优化,实现了小型化高增益多波束的功能。仿真结果表明:该天线工作于33.7 GHz,增益可以达到25.65 dBi,波束宽度4.17°。该设计方法为将来小型化高增益的龙伯透镜的实现提供了新的思路。

加载龙伯透镜反射器的靶标RCS改型设计与仿真

针对武器装备试验、训练构建实战化空情模拟条件的要求,提出利用小型靶标加载龙伯透镜反射器模拟空袭武器雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)的方法。基于FEKO电磁仿真软件,分析了龙伯透镜反射器(Luneburg-Lens Reflectors)散射机理和散射特性影响因素,对不同形状、尺寸和位置反射板的龙伯透镜反射器RCS特性进行了数值仿真,总结了反射板对反射器RCS的影响规律,重点基于反射器对靶标RCS起伏特性进行了改型设计,对靶标加载单个和两个龙伯透镜反射器进行了联合仿真计算和分析。结果表明,利用靶标加载龙伯透镜反射器可以实现RCS改型的目的。

Ku、Ka频段龙伯透镜馈源阵列技术研究

针对卫星通信中龙伯透镜天线不同频段的馈源并排放置导致最大波束指向的偏移,无法实现多频段馈源上、下行跟踪同一颗卫星,提出了馈源阵列馈电的方法。通过辐射口面采用介质杆天线取代喇叭以改进馈源,此方法减小了馈源的阵间距,利于馈源组阵。结果表明:利用馈源组阵技术可以解决波束偏焦问题,实现多频段收发同一颗卫星的目的,同时也分析了阵列馈源馈电对天线增益和效率的影响。

一种新型Ku波段龙伯透镜反射器

与传统制造工艺相比,3D打印技术制造龙伯透镜加工简单,精度更高,成本更低。提出一种采用超材料单元构成的新型结构的龙伯透镜反射器。通过改变单元结构的尺寸,设置梯度折射率趋于连续变化,借助电磁场三维仿真软件CST对单元结构进行仿真,利用等效媒质理论进行计算,从而得到单元结构的有效介电常数。仿真结果表明,透镜直径仅仅为75mm时的反射器就可实现-1.49d Bm2量级的RCS,并且具有宽角响应。

龙伯透镜天线的原理及其研究进展

龙伯透镜天线是一种折射率渐变的透镜天线,可将特定频率的入射波汇聚到透镜表面的某点或将电磁波沿原方向反射,能够实现波束扫描和多波束聚焦,已用于电子对抗、第五代移动通信技术、卫星通信以及军用战机和舰艇。介绍了龙伯透镜天线的基础理论,归纳梳理了球形龙伯透镜天线和变形龙伯透镜天线,总结了三种制备技术,对比了不同类型的透镜天线性能,并分析了馈源对龙伯透镜性能的影响,最后对龙伯透镜天线的发展提出建议。

机载龙伯透镜天线用聚苯乙烯泡沫塑料的制备及介电常数调控

针对雷达通讯微波频段新型轻质介电复合材料的迫切需求,开展高介电性能复合材料的研究具有现实意义。采用悬浮聚合法制备不同密度的聚苯乙烯泡沫,研究了聚苯乙烯泡沫的介电常数与密度之间的关系,分析了钛酸钡粉末的介电性能。采用干混法添加钛酸钡粉末制备介电常数可调控的轻质钛酸钡/聚苯乙烯复合泡沫。聚苯乙烯泡沫的介电常数随密度增大,表现出弱的频率依赖性和低介电损耗。钛酸钡粉末具有高的介电常数和较低的介电损耗。BaTiO_3/PS复合材料的介电常数随着BaTiO_3含量的增加而升高。相同介电常数的BaTiO_3/PS复合材料和聚苯乙烯泡沫相比,密度显著下降,说明添加BaTiO_3可以实现介电材料的轻质化。

基于龙伯透镜测量雷达作用距离验证方法

文中简述了雷达作用距离指标的传统检测方法及遇到的问题,分析了RCS恒定的龙伯透镜反射器的雷达信号特性,提出了采用飞行器加装龙伯透镜的方式,结合试验验证脉冲测量雷达作用距离的方法。通过雷达跟踪测量标准金属球、加装龙伯透镜的无人机等测试数据比对分析,验证了方法有效、可行,在雷达全寿命技术状态管理中有重要意义。

一种波瓣等化的多波束龙伯透镜天线

基于3D打印技术设计、制造了一种具有波瓣等化特性的工作在X波段的多波束龙伯透镜天线。透镜所需梯度变化的相对介电常数通过改变透镜每个单元的介质填充率得到。运用一组双模圆锥喇叭天线作为馈源,从而产生具有波瓣等化特性的多个波束。实验证明,该天线能够在三维空间产生多个波束,在水平和俯仰方向覆盖±20°的范围,各波束辐射特性几乎相同。天线的最高增益为22 dBi,3 dB波束宽度为8°,具有高增益和良好的聚焦特性。由于该天线制造简单、快速且成本低,凭借其良好的工作特性,在雷达、探测、传感等领域有着良好的应用前景。

多频多波束龙伯透镜天线在海域覆盖场景下的应用

简述了海域无线通信覆盖的特点和覆盖距离的计算方法,介绍了龙伯透镜天线原理、优点及应用龙伯透镜天线的无线网络规划建设流程,并对多频多波束龙伯透镜天线在海域的覆盖情况进行了测试、验证。测试结果表明,在703—798 MHz频段使用龙伯透镜天线时,信号距离海岸线60 km的航线覆盖率达到90%以上,重点覆盖区域信号覆盖可以达到100 km以上。