Tunnel Diode Loaded Microstrip Antenna with Parasitic Elements

The present work describes the circuit model based analysis of symmetrically tunnel diode loaded microstrip antenna with parasitic elements. To optimize the antenna characteristics, a systematic study has been carried out as a function of tunnel diode bias voltage, space between parasitic patch and fed patch. The results obtained from antenna radiation pattern depict that an improvement of 5.8 MHz in bandwidth can be achieved if the symmetrically tunnel diode is loaded with patch along with parasitic elements of gap (s) = 3.6 cm. It has also been noted that at this state the radiations are more powerful i.e. 0.5647 dB as compared to single patch design.

RTD太赫兹探测器与片上天线的匹配技术

高信息传输速率和大带宽容量的太赫兹通信被认为是实现6G的关键技术,这需要高效、稳定和紧凑的太赫兹源和探测器。为提升探测性能,研究了一种共振隧穿二极管(RTD)与缝隙天线片上集成的准光式太赫兹探测器。针对电路的高频损耗和寄生效应问题,采用协同考虑阻抗匹配因子和天线辐射效率的设计准则,设计了0.67 THz的小偏压RTD偏馈式探测器。采用高频结构仿真器(HFSS)和先进设计系统(ADS)软件联合仿真表征其探测性能,当输入功率为-30 dBm时,该探测器在0.67 THz的电流灵敏度达2.349 A/W,相比微波段采用阻抗匹配因子最大的设计准则,灵敏度提升了28.01%。

窄波束贴壁天线在地铁隧道通信覆盖的研究和实践

传统地铁隧道4/5G通信覆盖采用隧道壁挂泄漏同轴电缆的方式,但是该方案造价高且周期长,存在一定的局限性。为此,文章以福州地铁4号线螺洲温泉站至帝封江站为例,结合地铁隧道环境和天线无线传播模型的特点,提出采用窄波束贴壁天线替代泄漏同轴电缆的解决方案,对天线覆盖隧道方案的网络性能和实施安全进行研究,通过实践方案验证,该方案具有良好的经济性和安全性,相关研究成果可为其他隧道类场景4/5G通信覆盖提供参考。

雷达平板天线风力矩数值仿真分析研究

风载荷是影响雷达伺服系统的稳定性能、瞬态性能及稳定误差的重要外载荷。文中利用数值仿真分析方法对雷达平板天线进行风力矩系数计算,并结合试验数据探究平板天线在不同方位角及俯仰角下的风力矩系数变化规律。研究发现,雷达平板天线的方位风力矩系数随着方位角的增大先减小后增大,俯仰风力矩系数随着俯仰角的增大整体呈逐渐减小的趋势,两种风力矩系数的绝对值均随着镂空度的增大而减小。某雷达天线阵面俯仰风力矩的数值仿真结果与风洞试验的误差为8.7%,且力矩方向与试验一致,说明该风载荷数值仿真方法可用于类似平板天线的风载荷计算。

天线极化和阵元间距对地铁隧道MIMO性能的影响

在上海地铁隧道环境中对5.6 GHz多输入多输出系统开展了基于伪随机序列的信道测量。通过相关运算获得了子信道冲激响应,分析了不同天线极化和阵元间距对2×2 MIMO信道条件数、等效自由度和信道容量的影响。结果表明,当交叉极化天线的条件数均值约为10时,分别比垂直同极化和水平同极化约低5和8。当交叉极化的等效自由度均值约为1.6时,分别比垂直同极化和水平同极化约高0.3和0.2。当交叉极化的信道容量均值约为5.8 bit/s/Hz,分别比垂直同极化和水平同极化约高0.7 bit/s/Hz和0.8 bit/s/Hz。3个结果都一致表明交叉极化天线有利于MIMO性能的提高。另外,天线阵元间距对于同极化MIMO的信道容量影响较大,而对于交叉极化MIMO的信道容量影响较小,表明采用交叉极化能以较小的阵元间距获取较大的信道容量,这些结果对于地铁隧道狭小空间中减少天线尺寸提升信道容量有参考意义。

不同频率雷达天线在矿山法隧道检测中的适应性研究

探地雷达作为矿山法隧道的一种高效无损的质量检测技术,在地铁矿山法隧道检测中得到广泛应用。通过预制混凝土标准块模拟矿山法隧道衬砌形态来研究探地雷达的检测精度已得到广泛认可。本文采用GSSI公司900 MHz、1.5 GHz天线对矿山法隧道不同工况下的标准块进行数据采集、分析,研究不同频率天线对不同衬砌形态的适用性及检测精度。

电弧风洞热/透波联合试验技术研究及应用

介绍了在电弧风洞上发展的一种新型试验技术。针对某型飞行器,了解其在飞行条件下天线窗烧蚀透波特性对于了解及掌握"黑障"问题及通信信号特点至关重要。在电弧风洞内开展热/透波联合试验考核是地面试验考核的最佳选择,但存在若干技术难点。为此在电弧风洞开展热/透波联合试验技术研究,使用半椭圆喷管,改进进气方式,提升能量利用率;改进电弧加热器结构解决了铜离子对测试的干扰;设计定向天线,在关键部位布设吸波材料解决了试验段内微波反射问题;将收发天线均置于试验段内部,保证天线同频振动,解决了风洞启动时天线抖动导致的信号波动;设计水冷箱体解决了天线窗口长时间气动加热下天线的热防护问题。经试验验证,研究内容是有效的、成熟的、可行的。目前该技术已成功用于指导在电弧风洞上开展的数项试验。

煤矿井巷天线位置对辐射场分布的影响

采用基于介质波导理论的多波模模型,推导巷道中天线的耦合效率和方向函数。以水平极化半波偶极子天线为例,进行仿真分析,得出结论:天线在巷道截面中心最有利于波模的激励,天线耦合效率最大,且传输衰减率最小;除截面中心区域,天线在巷道截面横向对称轴的位置,如巷道侧壁中心,也较易激励波模,可有效激励70%以上的波模,天线耦合效率较大,传输衰减率也相对较小;当天线靠近巷道截面拐角时,最不利于波模的激励,只能有效激励30%左右的波模,天线耦合效率最小,传输衰减率最大,但此时天线的辐射方向性最强,信号起伏最为平缓。

矿用天线在矩形巷道中应用的最佳波束指标

煤矿井巷中,如果天线的波束过宽,则难以有效抑制多径衰落、增大覆盖范围;反之,如果波束过窄,则容易使巷道的边缘区域得不到有效覆盖。利用多波模波导理论,讨论得出理想点源在巷道中的辐射场分布特性是制定矿用天线波束指标的理论依据。在此基础上,推导了井下理想点源的方向函数和半功率波瓣宽度。随后,统计计算结合相关仿真,讨论了巷道波导结构、介质壁电参数、载波频率和电磁波传播距离的影响。根据分析所得,结合相关推导与比较,给出了矿用天线的最佳波束指标:为明显改善巷道内的无线覆盖效果,矿用天线应辐射形状较扁的均值为π/2的Gaussian波束;且天线的半功率波瓣宽度至少要窄于理想点源辐射场在巷道第I,II传播区分界点处的波瓣宽度。

煤矿井巷自适应多天线理论与关键技术研究

在分析煤矿井巷无线信号传播环境特点及多天线辐射特性的基础上,提出了融合巷道波导理论和自适应阵列天线相关技术的自适应多天线技术,介绍了煤矿井巷自适应多天线的基本组成和原理,并探讨了其需进一步研究的关键技术。煤矿井巷自适应多天线可根据信道传输特征有选择地控制导引波模的数量、类型和强度,从源头上改善井下无线通信覆盖状况,提高煤矿无线通信系统性能。

圆锥和抛物面天线的风荷载及变形特性分析

简述了研究雷达天线风荷载和变形特性所用的测试仪器、测试方法及数据处理。给出了抛物面及圆锥形两种雷达天线的主要研究结果 ,结果表明对于所研究的构形圆锥天线的阻力和方位力矩系数分别为圆抛物面天线的 1.34倍和 4 .0倍 ,而最大弹性变形量却仅为圆抛物面天线的 75 % 。

地质雷达非接触式车载系统隧道衬砌检测影响因素研究

借助模型试验和现场试验,文章针对地质雷达由传统接触式检测技术到非接触式多通道检测技术的几个关键技术问题进行探索研究,重点研究了非接触式地质雷达车载系统检测距离、检测速度及天线选型对检测结果的影响。研究结果表明:(1)检测距离为200 mm时效果较好,地质雷达信号经过水平滤波去背景、垂向滤波增益处理后能够形成清晰的雷达图,能较准确判识隧道衬砌质量缺陷,衬砌厚度检测精度可达±3 cm;(2)检测速度为20km/h时,雷达扫描图像清晰,既能保证隧道状态检查车载系统有较好的隧道病害发现能力,又能保证较高的检测效率;(3)对于隧道底部的病害判识,400 MHz空耦天线得到的雷达图,层位清晰,病害显现明显,比400 MHz屏蔽天线检测效果更好;(4)采用400 MHz+900 MHz组合天线进行互相校正时,绝大多数病害在地质雷达图上能够反映出来,应用不同频率天线组合方式是提高车载平台检测系统效率和准确度的有效途径。该研究成果能为我国地质雷达多测线非接触式车载平台检测系统的研制提供重要的技术参考。

钢质天线结构风振疲劳寿命估算方法比较研究

根据一屋顶钢质天线结构气弹模型风洞试验结果,计算了疲劳分析关键点处的应力响应功率谱;基于疲劳累积损伤理论在频域上用等效窄带法对钢天线进行寿命估算;同时,根据关键点处的应力响应功率谱,用Monte Carlo方法模拟了应力时程响应,并用雨流法对应力时程响应进行计数,用Goodm an法则考虑平均应力的影响后得到应力范围出现的概率,然后拟合了应力范围的概率密度函数,对天线进行寿命估计。结果表明,采用两种方法估算的结构风致疲劳寿命相近;平均风对结构的疲劳寿命影响很小。

钢天线风致疲劳研究

基于一钢质天线气动弹性模型风洞试验结果，研究了其风致疲劳，首先，根据当地气象站资料统计的风速风向联合概率分布函数求得天线结构所在位置处的风速风向联合概率分布函数，并以结构假定的疲劳寿命为最大风速重现期来计算每个风向区间要考虑的最大风速，其次，对天线结构的气动弹性模型进行风洞试验，

地质雷达应用于铁路隧道仰拱检测的可靠性研究

仰拱是隧道产生病害较多的部位,仰拱的检测是新建隧道施工质量控制、运营隧道安全评估的主要内容。本文结合工程实践对地质雷达法在铁路隧道仰拱检测中的可靠性进行了研究。结果表明:地质雷达法在隧道仰拱密实情况定性检测上具有较高的准确率,但检测的不密实区域深度与开孔实测结果略有偏差;在仰拱与围岩分界面较明显且仰拱为素混凝土时,地质雷达配置270 MHz天线可准确检测仰拱混凝土的厚度。

基于数值风洞的天线动态风载特性分析

基于Reynolds时均N-S方程,采用雷诺应力(reynolds stress equation model,RSM)湍流模型,对位于大气边界层中的平板天线表面风压进行了数值分析,分析了天线工作面风压的分布特性。系统研究了方位角、仰角变化对天线风载特性的影响规律,并与工业风洞试验结果进行比较。计算结果表明:大气边界层中天线动态风载特性的变化规律与工业风洞试验结果一致,但风剖面的不同使得两种方法得到的风力值并不相同;进一步研究了仰角变化对大气边界层中天线风载特性的影响规律。通过对天线风压和风载的数值计算,得到了转动过程中天线风载的变化规律。

大型相控阵雷达天线系统“三心合一”设计的研究

天线系统的最佳风力矩中心、重心、旋转中心合而为一通常称“三心合一”。“三心合一”设计能有效降低传动系统的驱动功率 ,使天线运转平稳可靠。本文通过剖析具有代表性的某大型相控阵雷达天线系统设计 ,探讨实现“三心合一”的设计方法。

适用于隧道环境的二元相控阵天线系统

为了满足在隧道环境中实现高速率、高质量无线通信的迫切需求,研究了适用于隧道环境的高增益天线,提出了利用二元相控阵天线系统提高隧道内信号传输质量的新方法。相控阵天线系统由两个高增益天线单元及一个移相器组成,通过移相器调整其中一个天线单元的相位,使隧道内合成电场的最小值幅值达到最大,提升信号的平均场强。仿真结果表明:与单个天线发射信号相比,在3000 m隧道轴向传播范围内,相控阵天线系统发射信号合成电场的最低电平最少提升了19.6 dB;与两个天线同时发射信号相比,最低电平最少提升了12.4 dB,取得较好分集优化效果,消除多径效应导致的深度衰落,解决了隧道环境中存在的通信问题。

隧道场景列车车体对无线电波传播的影响

应用射线跟踪法,仿真对比地铁隧道场景中列车车体加入前后采用直接覆盖和中继覆盖2种通信方式、1.4和38.0GHz 2种通信载频,以及收发天线不同位置时无线电波传播特性的变化情况。结果表明:采用直接覆盖的通信方式,无线电波在穿越车体时会产生严重的穿透损耗,均方根时延扩展明显增大;采用中继覆盖的通信方式,列车车体的存在对2种载频情况下的路径损耗结果影响不明显,但对均方根时延扩展结果影响会有较大不同;在隧道内有列车的情况下,载频为1.4GHz时,收发天线分别设置在车头中部和隧道墙边位置路径损耗最小,均方根时延扩展亦不大,而载频为38.0GHz时,发射天线设置在隧道顶部或者墙边效果较好,接收天线设置在车头中部位置时,路径损耗和均方根时延扩展均最小。

钢天线风致疲劳研究

基于一钢质天线气动弹性模型风洞试验结果,研究了其风致疲劳.首先,根据当地气象站资料统计的风速风向联合概率分布函数求得天线结构所在位置处的风速风向联合概率分布函数,并以结构假定的疲劳寿命为最大风速重现期来计算每个风向区间要考虑的最大风速.其次,对天线结构的气动弹性模型进行风洞试验,测得天线结构在不同风向角、不同风速下的加速度响应,根据试验获得的结构响应,求得疲劳分析关键点处的应力响应功率谱.最后,基于疲劳累积损伤理论在频域上用等效窄带方法计算天线结构的疲劳寿命,结果表明,这一实际结构的风振疲劳寿命接近主楼结构的设计寿命.