混合远近场太赫兹通信中波束色散分析及预编码设计

为解决宽带太赫兹通信中传统混合预编码架构中的波束色散问题,将时延器引入到该架构中,并研究基于时延器的混合预编码架构性能。讨论了混合远近场太赫兹通信中的波束色散问题,分析了引入时延器后的混合预编码架构及其性能,提出了一种基于远近场的混合预编码算法,对所提算法和传统的混合预编码算法进行了仿真。仿真结果表明,所提算法在性能上优于传统算法,可以有效缓解混合远近场中的波束色散。

面向下一代网络的近场通信:理论、应用与挑战

从电磁理论出发,分析了近场通信不可忽视的电磁特性和波束特性,以及对现有通信系统性能的影响。利用近场效应,阐释了几种典型近场应用场景以及如何实现更高的性能指标。最后,为实现近场通信容量的提升,介绍了一些实现方法与架构,并对近场信道估计的两种技术进行展望,指出了未来研究方向。本研究可为未来近场通信的研究提供参考。

可变光阑对高斯光束衍射特性分析

可变光阑作为常见的光学器件,广泛应用于光束整形和空间滤波.根据可变光阑的工作原理可知,其通光孔是多边弧形而非圆形,这导致当光束经可变光阑衍射时,近场会出现齿状光斑.本文对可变光阑的近场衍射图像进行了实验测量,并且采用Matlab对多边弧形的衍射特性进行了理论仿真,理论仿真结果与实验观测结果一致.

面向6G的超大规模阵列下近场波束方向图

由于超大规模阵列(XL-array)中天线数目急剧增加,用户与基站(BS)之间的通信将处于阵列的瑞利距离内,导致传统的基于平面波前的远场波束方向图不再适用。为解决此问题,基于近场球面波前,利用泰勒展开得到近似近场场强表达,绘制出近场波束方向图。在此基础上,根据得到的近场波束方向图,揭示出波束角度偏转现象,并引入回归距离来刻画角度偏转程度。回归距离拟合函数体现了回归距离与目标波束角度、阵列尺寸、以及载波波长之间的关系。仿真结果表明,所提回归距离拟合函数较好地表征了近场波束方向图特性。

超大规模智能反射面辅助的近场移动通信研究

超大规模智能反射面(Extremely Large-scale Intelligent Reflecting Surface, XL-IRS)是未来6G通信系统的一个关键备选技术,其可以通过调节信号的反射来实现无线传播环境的智能可重构,从而大幅提升未来通信系统的性能。不同于现有研究工作主要关注于远场通信的小规模IRS,考虑建模更加准确的XL-IRS辅助近场通信场景。指出XL-IRS辅助通信系统中考虑近场信道模型的重要性,介绍XL-IRS系统中的近场信道建模,指出近场信道模型下的通信性能极限。从基站波束对准、XL-IRS波束训练以及波束跟踪三方面详细阐述XL-IRS辅助通信的波束管理设计方法,针对XL-IRS辅助的通信感知一体化(Integrated Sensing and Communicatioin, ISAC)的场景,详尽讨论其在近场通信的关键设计难题以及有前景的解决办法。

静止轨道微波辐射计多反射面天线容差测试

静止轨道微波辐射计天线由3个大口径反射面组成,天线在轨外热流复杂,反射面及其支撑结构因温度剧烈变化会发生大尺度变形,导致天线主波束效率下降,波束指向偏差。本文开展天线反射面单自由度容差分析,基于全自动多自由度载荷容差分析系统,获取反射面形位误差与主波束效率、波束指向之间的关系,并基于蒙特卡洛容差分析方法对各自由度容差值的正确性进行验证。最后采用近场测试系统测试天线容差状态下的主波束效率和波束指向,并将容差实测值与半物理仿真值和设计值进行比对分析,验证了容差分析的正确性。

基于无人机集群的近场线性稀疏阵列波束形成研究

无人机集群构成的天线阵列常呈现近场、稀疏特性,经典波束形成理论无法适配。为此,该文首先构建了近场均匀线阵信号模型,通过对信号相位差函数进行泰勒展开近似提出基于线性调频脉冲压缩处理的近场波束形成简化实现方法,并以此为基础在空间-频率2维域内对近场波束形成特性进行了分析:从空间频率偏移和带宽失配的角度,分析得到了近场波束的方位向增益变化特性和距离向增益变化特性;从空间欠采样的角度,研究提出了阵元稀疏分布条件下近场波束栅瓣分布的解析表达式。仿真证明了该文结论的有效性,为利用波束形成技术提高无人机集群的通信、电子侦察、干扰能力提供了理论支撑。

近场地震作用下简支梁桥倒塌分析

为了模拟近场地震作用下简支梁桥的倒塌过程,基于ANSYS/LS-DYNA平台建立了简支梁桥的三维有限元模型,研究了方向性脉冲和滑冲脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌机理,并分析了两类脉冲地震作用下简支梁桥的动力响应变化趋势。研究表明:方向性脉冲和滑冲脉冲地震作用下简支梁桥的倒塌过程主要表现为墩底混凝土大面积失效而引起的桥墩承载能力不足,进而导致整个桥梁出现倒塌;当墩底开始出现损伤时,桥墩进入塑性,墩底弯矩变化较小;脉冲型地震作用下简支梁桥的破坏倒塌过程分为地震作用下正常运行阶段、损伤演变阶段和倒塌阶段;滑冲脉冲地震作用下简支梁桥的墩顶位移、墩底剪力和弯矩分别为方向性脉冲地震作用时的1.28、1.35和1.06倍,而方向性脉冲地震作用下桥梁从出现损伤到进入倒塌阶段的时间比滑冲脉冲短。

面向超大规模阵列的近场通信研究

超大规模阵列可以有效提升传输距离,克服路径损耗,为通信发展带来新的机遇。在超大规模天线阵列系统中,用户和散射体更可能位于近场辐射区域,通信系统应采用更精确的球面波模型。然而,目前针对超大规模阵列近场通信的研究尚处于初始阶段,面临着码本搜索开销大、波束追踪复杂度高等问题。基于现有研究基础,分析了近场通信中的关键问题,包括波束训练、波束追踪以及天线可视区域,指出所面临的挑战,并提出了未来愿景。

基于FDA雷达的近场波束形成及改进

针对频率分集阵列(FDA)雷达近场波束成形问题进行研究,通过分析频率分集阵列雷达近场方向图及距离损耗补偿因子,建立单基地收发阵列模型,推导距离损耗的补偿权值,提出了2种非线性频偏以改进能量聚焦的性能。此外为了使波束方向图形成的效果更好,提出了2种非线性的频偏,使之更接近于一个点状波束图,以提高能量聚焦精度。仿真结果表明,所提方法能提高距离聚焦分辨率,使聚焦能量达到更好的分辨率,并减少能量浪费。

金属目标对贝塞尔涡旋波束的近场电磁散射特性

相较于平面波,贝塞尔涡旋波束作为典型的涡旋波束,以其携带轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)、无衍射、自重建的特性,使其在雷达检测、目标识别与成像等领域具有更加显著的竞争力.本文根据物理光学法和三角形面片建模,并结合贝塞尔涡旋波束的角谱展开法,导出了贝塞尔涡旋波束入射到任意金属目标的散射近场表达式,通过与FEKO软件仿真结果对比验证了本文方法的正确性.数值计算了简单和组合目标的散射近场的幅相和OAM分布以及雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析了波束参数、接收面的距离和目标偏移波束距离等因素的影响.结果表明贝塞尔涡旋波束照射下的目标的近场幅相和OAM扰动与多种因素相关,这为进一步利用近场散射特征获得更多的目标信息奠定了基础.

固体浸没透镜出射光场偏振特性研究

在固体浸没透镜近场光存储中,光的偏振对近场光场分布具有很大的影响 采用三维时域有限差分法,对聚焦线偏振高斯光束通过固体浸没透镜后焦平面上各分量场分布及距离焦平面不同位置光斑图样进行了模拟 结果表明在焦平面上及距离焦平面较近的近场区域,出射光场在与入射光偏振垂直方向出现显著的场增强现象,从而使光斑图样呈近似椭圆分布;而在距焦平面较远的远场区域光斑图样趋向圆形对称分布.

大型水面舰艇在重型鱼雷水下近距爆炸作用下的毁伤效应

以单发某重型鱼雷击沉DD973驱逐舰的实船打靶试验为例,揭示了船体梁结构在船中底部近距离水下爆炸作用下最终呈现中垂破坏现象。建立了该问题的物理仿真模型,再现了船体梁在水下爆炸近场冲击波正压和负压交替作用下的中垂破坏过程。与实船打靶试验情况进行对比的结果验证了数值计算结果的有效性。在此基础上,分析了船体梁结构在水下爆炸近场球面冲击波和动态气泡作用下的内力和变形规律。

单模光纤端面衍射光束参量与其结构参数关系研究(英文)

本文采用指数函数拟合光纤基模端面衍射场光束参量与光纤基本参数的关系,分别得到了各个光束参量与光纤归一化频率V和光纤芯层半径a关系的解析表达式。把曲线拟合得到的基于V和a表达的解析函数的计算结果,与基于光纤芯层参量U、包层衰减参量W和光纤芯层半径a表达的解析函数的计算结果相比,当1.5<V<9.4,最大相对误差都小于2%。这些表达式可为快速分析和计算光纤基模端面衍射光束参量提供理论支持。

平面近场测试高斯波束束腰半径的方法

高斯波束理论广泛应用于准光学、毫米波领域,束腰半径作为高斯波束最重要的参数,在工程应用中具有重要价值,有必要对其进行精确测量。提出了一种基于平面近场测试高斯波束束腰半径的方法,对准光学、毫米波装置的出射波束进行平面近场测试,根据采集的近场数据,反演远场方向图计算出束腰半径大小。进一步对近场电场数据进行高斯函数拟合及后处理,并利用高斯波束传输理论计算出束腰半径位置。本方法完全借用平面近场测试条件,通用性好,特别是解决了大口径装置束腰半径难以测试的难题。

平面波导基模端面衍射光束参量与波导结构参数关系的研究

采用指数函数拟合光束参量与波导归一化频率的关系,分别得到了以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度、以二阶矩和微分算子定义的远场发散半角以及以二阶矩定义的光束传输因子和波导归一化频率V、波导芯层半宽度a的解析表达式.曲线拟合得到的基于V、a的解析函数的计算结果,与基于波导芯层参量U、包层衰减参量W、波导芯层半宽度a的解析函数的计算结果相比,非常接近.

超声相控阵系统的聚焦特性研究

文章参照ASTM E2491—2008标准,通过试验测试相控阵探头在不加装楔块以及加装横波斜楔块两种情况下声束在工件中的聚焦特性以及偏转特性。试验变换了激发晶片数量、聚焦深度以及偏转角度等参数设置,研究了这些参数对声束聚焦特性和偏转特性的影响。结果发现,相控阵声束仅能在近场区内聚焦,ASTM E2491—2008标准对角度偏转极限测试实际表征的是某种情况下的角度分辨力。

径向剪切干涉法综合诊断光束质量研究

为了解决高功率激光装置光束质量诊断系统的自验证问题,研究了基于空间相位调制的径向剪切干涉法综合诊断光束质量的实验应用。该方法理论上只需一台干涉仪且从单幅干涉图中获取光束的近场、相位和远场分布信息。实验结果表明,目前可以得到高分辨率的相位分布,由测量近场和相位恢复出的远场同CCD直接测量得到的远场形态相同,环围能量比曲线相当吻合,不足之处在于只能提取近场较低空间频率成分,还达不到CCD直接测量的空间分辨水平。

DBF天线的近场测量与模拟分析

数字波束形成(DBF,Digital Beam Forming)是现代阵列天线系统的关键技术,然而传统的近场天线测量系统与DBF天线的数字接口并不兼容。本文在论述数字波束形成原理的基础上介绍了一种DBF天线近场测量系统。通过对一维DBF天线的近场测量模拟,由近场平面波综合技术得到远场方向图。所得结果与DBF阵列天线远场方向图相比较,可以看出两种方法得到的远场方向图具有良好的一致性。该方法避免了大量探头的使用,克服了探头间的耦合问题。

近爆作用下钢筋混凝土π梁防护性能的数值模拟

为研究钢筋混凝土π截面梁在近场爆炸荷载作用下的防护方法,采用ANSYS/LS-DYNA建立π梁爆炸数值模型,结合现场爆炸试验结果,对π梁在爆炸荷载作用下的破坏形态进行对比分析,验证数值模型的准确性。通过π梁在近爆荷载下采用不同防护层进行模拟分析,对π梁在不同防护工况下冲击波超压峰值分布规律、结构耗能规律、防护后π梁的破坏形态进行研究。研究发现,在钢板和泡沫铝组合防护层作用下,π梁冲击波超压峰值相对较小。而且随着纵向距离的增大,冲击超压在顶板迎爆面衰减幅度最大。钢板和泡沫铝组合防护层耗能能力较强,所消耗的能量占π梁三部分(混凝土、钢筋、防护层)总能量的90%。近爆作用下,各防护工况π梁的破坏模式均为局部破坏,无整体变形,翼缘板、腹板未发生破坏。其中,π梁在钢板和泡沫铝组合防护下损伤区域相对较小,防护能力相对较好。