Wideband Reconfigurable Millimeter-Wave Linear Array Antenna Using Liquid Crystal for 5G Networks

The advanced design of a 10 × 1 linear antenna array system with the capa-bility of frequency tunability using GT3-23001 liquid crystal (LC) is pro-posed. The design for this reconfigurable wideband antenna array for 5G ap-plications at Ka-band millimeter-wave (mmw) consists of a double layer of stacked patch antenna with aperture coupled feeding. The bias voltage over LC varies from 0 V to 10.6 V to achieve a frequency tunability of 1.18 GHz. The array operates from 25.3 GHz to 33.8 GHz with a peak gain of 19.2 dB and a beamwidth of 5.2° at 30 GHz. The proposed reconfigurable antenna ar-ray represents a real and efficient solution for the recent and future mmw 5G networks. The proposed antenna is suitable for 5G base stations in stadiums, malls and convention centers. It is proper for satellite communications and radars at mmw.

基于聚合物分散液晶的频率可重构贴片天线

本文设计了一种以液晶聚合物为介质基板的频率可重构天线,通过调节贴片的位置及尺寸实现天线的阻抗匹配。制备聚合物分散液晶薄膜作为天线的介质,并根据液晶与聚合物的比例分别为7∶3、6∶4、5∶5这3种不同配比以及50μm和100μm两种不同膜的厚度来考察其效果。在电场作用下,液晶微滴会沿着电场方向重新取向排列,通过改变驱动电压的大小,实现天线的频率可重构。经过对比分析得出,液晶含量(质量分数)为70%的聚合物分散液晶薄膜具有最佳的效果,在48 V的驱动电压下实现了62 MHz的频率连续调节,天线的最大增益为3.5 dBi。该基于液晶聚合物的频率可重构贴片天线结构简单、体积小、质量轻,易于集成在各种移动设备中,发展前景广阔。

液晶媒质电控扫描天线

相较于机械扫描天线而言,电扫描天线,因其波束可控制、扫描速度快等优点,正逐渐取代机械扫描天线。传统漏波天线是一种常见的频率扫描天线,通过复合左右手传输线理论可有效解决传统漏波天线的缺陷。本文介绍了电扫天线的优势、传统漏扫天线存在的问题,鉴于此,通过研究超常媒质电控扫描天线发展现状、漏波天线辐射原理、复合左右手传输线理论,提出液晶可控波导传输线的可行性。

相控阵天线热真空试验控温方法

在相控阵天线的热真空试验中,天线的辐射散热器不参与试验。为保证地面试验温度状态与在轨飞行状态一致,文章提出采用液冷板、并结合真空容器内辐射热沉和传导热沉对相控阵天线进行控温的方法。热真空试验结果表明,相控阵天线控温状态良好,温度波动在±0.8℃之间,满足天线温度波动<2℃的要求,达到了地面热真空试验考核的目的。

基于微带天线的溶液浓度的测量

微波可以穿透被检测物质与其内部水分子相互作用.基于微波法,设计并制作了一款微带天线,并以有机溶液作为检测对象,分析了溶液的检测高度、含水量、谐振频点、回波损耗的关系.利用对水分敏感的微带天线将溶液的含水量转换成为微波电学参量的变化,建立换算数学模型,实现了透明液体浓度的在线测量.测试结果表明,本实验装置能有效检测出待测液体的浓度,且在60mm的检测高度下检测灵敏度最高,设计的数学模型具有良好的检测效果,可用于液体的浓度检测.本文所建立的S参数模型、浓度—S11模型以及微带天线的非接触、实时、高精度的含水量检测技术,为液体浓度检测提供了一种新方法.

高交叉极化隔离度的液晶极化相控阵天线设计与实现

针对小型化、低成本极化相控阵雷达应用背景,提出了一种基于液晶材料的高交叉正交极化隔离度的极化相控阵天线。与传统极化相控阵天线相比,该设计不需要成倍增加的收发组件和复杂的移相馈电网络。基于液晶传输线移相器特点,结合缝隙耦合辐射原理,提出一种基于斜交耦合缝隙的交叉极化抑制结构,在提升天线单元主极化辐射性能的同时,抑制交叉极化辐射幅度。天线阵列采用由中心向两侧180°反向馈电形式,进一步提升交叉极化抑制比,同时可以实现极化和波束的联合重构。样机实测表明,天线扫描角度可达±40°,增益最大可达16.8 dB,效率高于66%,法向交叉极化隔离度可以达到33.3 dB,法向波束旁瓣最大抑制可以达到36.3 dB;展示了液晶极化相控阵天线的实用性,并且具有低成本、低功耗以及结构简单的特点。

基于液体金属的接触PIM抑制方法和实验验证

接触非线性是射频设备和电路中产生无源互调(passive intermodulation,PIM)信号的重要原因之一。基于对接触结点射频等效电路的分析,提出了一种基于共晶镓铟合金(eutectic gallium-indium,EGaIn)的PIM抑制方法。EGaIn不同于传统的焊锡,它可以在室温下实现接触结位置上的稳定、可重构连接。首先分析了射频(radio frequency,RF)下的金属接触结的电路模型。其次设计并实现了两个包含不同金属接触结构且工作在2.6GHz的平面倒F天线(planar inverted F antenna,PIFA)。最后比较了EGaIn焊接前后PIFA的互调水平,其中对PIM指标的最大抑制程度为35dB。验证了EGaIn可以在室温下对PIFA的接触结点进行可重构焊接,这为电连接中的非线性抑制提供了一种参考方法。

某有源相控阵天线阵面风液混合散热系统设计

文中针对某有源相控阵天线设计了一种风液混合散热系统,既解决了相控阵天线高热流密度散热问题,又实现了天线阵面一体化集成设计。针对风液混合阵面的热环控技术要求,从阵面系统布局、热设计、热仿真优化等全流程解析了天线阵面散热系统的设计过程。最后,通过产品实物验证了该天线阵面风液混合散热系统的可行性,可为后续天线阵面散热系统设计提供工程参考。

柔性微流体电子:材料、工艺与器件

微流体技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的新兴技术,通过与柔性电子技术结合,产生了全新的柔性微流体电子技术,有望在可变形电极、可穿戴电子、可延展柔性天线等领域发挥重要作用。目前,液态金属由于其常温液态、大表面张力等特点,应用于柔性微流体电子技术领域时,在材料、工艺和设备等方面面临诸多挑战。重点讨论液态金属的组分和属性、微流体制造工艺与特点,以及柔性微流体电子技术的新兴应用。最后展望了柔性微流体电子技术需研究并解决的关键科学技术问题。

一种液态金属锥形螺旋天线的仿真研究

为设计可替代固体金属天线且具有小体积、高增益、宽带宽、易重构等特点的圆极化天线,提出一种易于调节形状的液态金属锥形螺旋天线。以应用于海事卫星通信为例,采用HFSS软件对天线进行设计与仿真,利用仿真软件的优化功能对天线进行了阻抗匹配,得到良好的圆极化辐射和阻抗特性。仿真结果表明：天线在整个海事卫星通信工作频带（1 525～1 660.5 MHz）范围内,增益达到8.5d B;轴比〈3 d B带宽达到了520 MHz。对比同尺寸同结构的固体金属（铜）天线,轴比带宽超出约30MHz。因此所提出的液态金属锥形螺旋天线在易于可重构前提下,达到了固体金属天线技术要求。

基于稀土配合物和离子液体的新型稀土发光材料研究进展

稀土有机配合物具有优异的发光性能,但其内在缺陷如较低的稳定性和较差的加工性等则限制了它们的实际应用。离子液体稳定性和溶解性能均较好,将稀土配合物和离子液体结合可以有效地弥补上述不足,同时可以赋予材料更多奇特和优异的性能,从而增强它们的实用性。本文主要介绍了一些典型的含离子液体和稀土配合物的发光材料体系,阐明了离子液体在这些体系中的地位及作用,并对这类材料未来的应用及发展前景作了展望。

基于镓基液态金属的高带宽柔性NFC标签天线设计及特性测试

利用镓基液态金属作为柔性导电材料,制备基于NFC的可穿戴柔性标签天线。通过理论、仿真和实验分析,设计的NFC标签天线具有良好的柔性特点和较高的带宽,其在较大拉伸和弯曲变形下的电感变化和谐振偏移程度不大,具有较好的工作稳定性。与传统的NFC天线不同,设计的天线具有较好的柔性和可拉伸性,可以柔和地贴合在人体皮肤表面,利用该天线制备的NFC标签能够在13.56 MHz工作频率下进行无线通信,最大通信距离约为3.36 cm,与人体手腕处皮肤接触后的最大通信距离约为3.12 cm。制备的柔性NFC标签天线以其独特的优点,在信息交换、个人健康数据监测和可穿戴生物传感等领域有着较大的潜在应用。

HT-7U装置中的一种新波导阵天线的冷却研究

介绍了一种新的低杂波天线的冷却研究 ,在冷却的过程中 ,选择了加压去离子水作为冷却液体来消除微波通过时所遗留下的热损 ,并运用对流传热的方法对冷却进行了分析 。

微波消融联合液体注射的温度场

为了探讨不同消融功率和肝脏孔隙率条件下,液体注射对微波消融过程中肝脏温度场分布的影响,建立理想的三维对称多孔介质简化模型,模拟微波消融联合液体注射对多孔介质肝脏的作用.在不同的肝脏孔隙率(0.10、0.15、0.20、0.25、0.30)、不同的输入功率(50、60、70 W)和不同的注射液体(生理盐水或无水乙醇)下分析凝固区域.将肝脏孔隙率由0.10增加到0.30,无注射组的消融区域减小,注射生理盐水组的消融区域减小,注射无水乙醇组的消融区域增大,但消融区域变大或减小的趋势并不明显.当消融功率增加(50~70 W),生理盐水组的消融体积比单纯消融组分别增大54.99%、48.73%、32.71%,消融区域的横径由单纯消融组的2.60 cm扩增至3.40 cm;当消融功率增加(50~70 W),无水乙醇组的消融体积比单纯消融组分别增大71.68%、77.99%、73.39%,消融区域的横径由单纯消融组的2.60 cm扩增至3.55 cm,均能达到完全覆盖较大肿瘤(d=3 cm)的目的.对于生理盐水组,逐渐增加消融功率(50~70 W),消融区域的体积分别增大13.89%和6.19%.对于无水乙醇组,逐渐增加消融功率(50~70 W),消融区域的体积分别增大23.06%和15.92%.结果表明:在液体注射联合微波消融的情况下,凝固范围明显扩大.低功率(50 W)注射液体获得的凝固区域优于高功率(70 W)注射液体获得的凝固区域.

层析法微波辐射计遥感反演云液水含量的二维垂直分布

通过机载双天线微波辐射计的观测数据层析反演出云液水的空间分布是一个有限角度的图像重建问题。为提高这一反问题的适定性,本文对已有的正则化方法进行了改进:根据云液水的分布特征选择W1,2空间范数的离散形式作为正则项;通过数值模拟试验确定双天线仰角的最优设置方案为(30°,90°)等。为避免已有方法中对目标函数进行线性化处理而产生的模型误差,采用L-BFGS-B算法对非线性目标函数直接求解。按照侧边界内云液水分布是否已知将反演模型分为已界模型和未界模型。已界模型的反演结果表明,反演误差在8.6%～12.3%之间,反演图像可以反映出不同云型的结构特征。敏感性试验表明,影响反演精度的主要因素为投影数据的角度分辨率、辐射计观测噪声以及侧边界云液水分布的不确定性;受云液水含量、正则算子特性及边界因素的综合影响,不同云型的反演精度存在差异。为使微波辐射计探测云液水分布能够独立于其它探测手段,本文针对未界模型提出嵌套反演方法。数值模拟试验表明,嵌套反演方法可以为目标区域的反演提供足够的侧边界信息。

高PS材料制备及工艺研究

本文对高膜厚PS材料进行了研究,通过工艺优化,成功在G5线实现了60～120μm的高PS。通过前烘工艺和固化工艺优化调整,得到了无气泡、膜面良好的高PS材料。本文还对曝光量对PS影响进行了研究,发现曝光量低于50mJ时,PS材料无法有效成型;当曝光量达到150mJ时,得到形貌良好,达到设计值的PS。最后还对不同基底高PS材料进行了研究,发现未进行增粘处理时,SiN基底粘附性良好,Mo基底还需继续优化处理。

频率可重构的液态金属锥形螺旋天线的仿真设计

为设计多频带GNSS天线且具有体积小、高增益、可重构、易于保密等特点的圆极化天线,提出一种频率可重构的液态金属锥形螺旋天线。天线可应用于卫星导航系统,包括GPS,GLONASS,BDS-2B1和BDS-1S系统。采用HFSS软件对天线进行设计与仿真,并利用仿真软件的优化功能对天线进行阻抗匹配,得到了良好的圆极化辐射和阻抗特性。仿真结果表明,天线在设计的两个频段内,增益大于3 dB,轴比均小于3 dB。因此,所提出的频率可重构的液态金属锥形螺旋天线具有非常广阔的应用空间。

天线微小通道冷板金属3D打印成型工艺研究

微小通道液冷散热技术是近年来电子设备热设计研究的热点,已逐渐用于高热流密度电子设备的散热。然而真正实现工程应用仍存在诸多困难,主要原因是与之匹配的工艺技术尚不完善。研究了天线铝合金微小通道冷板的3D打印技术,介绍了工艺流程,加工了多个小尺寸芯片和大尺寸天线阵面的微小通道冷板。经分析,3D打印基本能实现复杂拓扑结构微小通道冷板的成型,但仍存在通道堵塞、表面凹坑和翘曲等问题。

利用GPR天线-目标极化的瞬时属性分析方法探测LNAPL污染土壤

轻非水相流体(LNAPL)泄漏后会对土壤和地下水造成严重污染,为了准确探测出LNAPL泄漏范围,本文将GPR天线-目标极化的瞬时属性分析方法应用于轻非水相流体污染土壤探测的研究中。采用注入柴油的石英砂砂箱在实验室建立污染土壤模型,利用探地雷达对该污染土壤分别进行天线方位为0°、90°的测量。LNAPL土壤污染物形状、大小、结构并不规则,因此可以通过0°和90°方位天线测量来分析天线-目标极化特征,了解目标物的走向、形状等地下介质信息。通过对预处理后的包含天线-目标极化特征的信息进行瞬时属性分析,LNAPL污染范围可以被清晰地识别,提高了GPR探测能力。

变形工作状态下非等间距柔性NFC标签天线设计

柔性NFC标签天线常处于变形工作状态,为解决该工作状态下易出现的频率偏移及偏移引起的工作性能下降问题,提高其在人体无线健康监测应用领域的适用性,本文设计了一款可贴合人体皮肤且性能优良的柔性NFC标签天线。该天线采用镓铟液态金属作为柔性导电材料,与PDMS柔性衬底材料相结合,使其具有良好的可拉伸性和可弯曲性;基于小型化NFC天线设计的原则,提出非等间距结构设计方案,提高其工作带宽,实现NFC标签天线在变形工作状态下依然保持相对稳定的电学参数、谐振频率及通信距离,增强其工作稳定性。通过仿真和实验测试结果表明,外形尺寸为25 mm×25 mm且线间距增长率为200%的非等间距NFC标签天线,在-10 dB以下工作带宽高达0.87 MHz,相较于具有相同面积的等间距天线,工作带宽最大增幅高达52.6%;针对此柔性NFC标签天线应用环境的特殊性,通过不同变形状态下的工作性能稳定性测试显示,30%拉伸工作状态时,天线的中心频率偏移率仅为3.2%;曲率半径为5 mm的弯曲工作状态时,天线的中心频率偏移率仅为2.4%,天线通信距离始终不低于30 mm,在变形工作状态下总体表现出良好的工作稳定性。