一种高增益低雷达散射截面的新型圆极化微带天线设计

设计了一种基于人工电磁材料覆层的高增益低雷达散射截面(radar cross section, RCS)圆极化微带天线. 人工电磁材料覆层是由介质板及其两侧的人工周期表面构成, 上表面是加载集总电阻的方环贴片, 具有宽带吸波特性; 下表面是开条带缝和圆环缝的金属贴片, 具有部分反射特性. 将其加载到圆极化微带天线上方, 通过覆层上表面的电阻可吸收入射的雷达波, 结合下表面与接地板构成Fabry-Perot谐振腔的多次反射, 可实现圆极化微带天线辐射和散射性能的同时改善. 实测结果表明: 加载人工电磁材料覆层后, 天线的相对轴比带宽由5.9%扩展为7.1%; 天线增益在整个工作频带内都得到了提升, 最大提高了6.61 dB; 天线RCS在宽频带宽角域内实现了明显的减缩, 在天线工作频带内也实现了3 dB以上减缩. 实测结果与仿真结果符合较好.     

共享孔径人工电磁媒质设计及其在高增益低雷达散射截面天线中的应用

提出了一种具有部分反射特性和吸波特性的共享孔径人工电磁媒质(shared aperture metamaterial, SA-MTM).该媒质由上层斜十字金属图案加载集总电阻的吸波表面、下层开条带缝隙金属面的部分反射表面以及中间介质层构成, 吸波表面和部分反射表面在垂直维度上共享了一个物理孔径使该媒质同时实现了吸波特性和部分反射特性.将SA-MTM与天线一体化设计, 利用SA-MTM的部分反射表面和天线表面构成的法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)谐振腔提升天线的增益, 利用SA-MTM的吸波表面吸收入射电磁波实现低雷达散射截面(radar section cross, RCS)天线的设计.仿真和实验结果表明, SA-MTM 的加载使天线的前向增益在5.57–5.94 GHz 的工作带宽范围内都提升了3 dB以上, 且天线的后向RCS在2–9 GHz范围内都有明显的减缩.该研究成果克服了天线辐射性能和散射性能无法兼顾的矛盾, 对高增益低RCS天线的设计具有重要的指导意义.     

钻孔雷达全向天线的设计与分析

根据钻孔雷达全向天线的设计要求,为减少天线的结构尺寸增加带宽,设计了一种新型电阻加载全向天线。通过理论分析和数值优化,选择了较优的结构尺寸,得到了较佳方向图和带宽。天线外径为65 mm,使用10 mm厚天线罩封装后外径为85 mm;天线的S11小于-10 dB频带为70~260 MHz,带宽约190 MHz。该天线的带宽超过100 MHz,中心频率处增益大于-3 dB,辐射电场脉冲波形拖尾小于主峰幅度1/5,方向图在H面为全向。基于矢量网络分析仪的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致,结果表明设计的天线能够满足钻孔测井雷达系统小尺寸宽带的要求。     

基于超材料吸波体的低雷达散射截面波导缝隙阵列天线

提出利用超材料吸波体减缩波导缝隙阵列天线带内雷达散射截面的设计方法. 设计具有超薄(厚度仅为0.01λ, λ为吸波体中心频率对应波长)、无表面损耗层和高吸波率的超材料吸波体, 将其加载到波导缝隙天线E面方向辐射缝隙间的金属表面上, 并与辐射缝隙保持一定的间距. 该加载方式没有破坏天线的口径馈电振幅分布, 并利用超材料吸波体对电磁波的强吸收特性降低了天线阵的结构模式项散射. 仿真和实验结果表明, 加载超材料吸波体后天线阵的反射系数、增益、波瓣宽度保持不变, 在x极化和y极化条件下, 波导缝隙阵列天线的带内雷达散射截面减缩量均在6 dB 以上, 且在-25°-+25°范围内天线雷达散射截面均有明显的减缩, 鼻锥方向减缩超过10 dB. 该研究成果对阵列天线雷达散射截面减缩具有重要的借鉴意义和工程应用价值.     

基于TEM喇叭的电磁脉冲辐射天线优化设计

针对TEM喇叭天线终端反射大、低频辐射效率低的问题,对其进行了仿真优化设计。采用时域分析方法,分析了端部加载电阻与背部加载电阻的低频补偿方法,对TEM喇叭天线的尺寸、极板顶角等结构参数进行了优化,采用末端卷边结构,提升了辐射场的峰值场强与脉宽。根据仿真优化结果,研制了长度2.5 m、天线极板间张角45°、天线极板顶角45°的TEM喇叭天线,通过实测验证了仿真结果。结果表明,加载电阻可以有效降低反射,背部加载电阻方式的峰值场强和脉宽比端部加载电阻高,且采用4个电阻并联加载的效果较好;适当增加天线长度、极板顶角以及极板间夹角可以提高天线辐射性能。该研究结果为TEM喇叭天线在辐射式核电磁脉冲试验系统的应用提供了参考。     

并联介质加载偶极天线脉冲辐射特性的研究

应用FDTD方法和PML技术，对馈电区一侧放置介质块的电阻加载偶极天线的时域辐射特性进行了研究，发现这种天线具有良好的方向性.分析了加载介质块的尺寸和介电常数对脉冲辐射特性的影响，给出了能够产生良好方向性而且辐射效率又不至于很低的天线结构参数.并联介质加载脉冲天线的低轮廓特点使其容易与电路集成，非常适用于UWB这样的超宽带无线通信系统. 关键词： 脉冲天线 辐射特性 介质加载 时域有限差分方法     

一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线

设计并制备了一种兼具高增益和低雷达散射截面(radar cross section, RCS)的微带天线, 通过给原始微带天线加载双屏频率选择表面(frequency selective surface, FSS)覆层, 使其具有宽带的3 dB增益带宽和宽带、宽角度的低RCS特性. 该FSS单元的上层是四个开口处都焊有电阻的金属环结构, 下层是中间和四边都开缝的金属贴片结构. 上层加载的电阻主要用于吸收雷达入射波, 减缩天线RCS; 下层的贴片和天线地板构成Fabry-Perot谐振腔, 提高天线增益. 在5.75–11.37 GHz频带内, S₂₂<-10 dB, S₁₂<-10 dB; 在11.21–11.54 GHz频带内, S₁₁反射系数相位曲线斜率为正, 幅度模值均在0.86以上. 实验结果表明: 与原始天线相比, 在谐振频点11.73 GHz处, 天线增益提高3.4 dB, E, H面的半功率波束宽度分别减小16°和50°; 天线的3 dB增益带宽为10.00–12.40 GHz, 完全覆盖阻抗带宽. 在4.10–11.30 GHz 频带内, 天线法向RCS均有3 dB以上的减缩, 最大减缩23.08 dB; 4.95 GHz处的单站RCS在-20°–20°的角域、双站RCS 在-37°–37°的角域均有3 dB以上的减缩. 实验结果证实了该FSS覆层可用于同时改善天线的辐射和散射 性能. 关键词： 频率选择表面 低雷达散射截面 高增益 宽带     

77 GHz车载毫米波中远距雷达天线阵列设计

为了在雷达中实现对中距和长距的探测,首先研究并实现了针对中长距雷达探测需求的天线及其组阵形式,然后通过雷达方程得出天线阵列所需的增益与组阵方式,设计了高增益窄波束和低增益宽波束形式的毫米波雷达天线阵列,最后的仿真和测试结果表明,该中长距雷达天线阵列能够满足77 GHz车载毫米波雷达对中距大角度和长距小角度的视野范围探测需求。     

基于宽带吸波体的微带天线雷达散射截面缩减设计

利用加载集总电阻的方式设计出一种极化稳定且宽入射角的宽带超材料吸波体(wide-band metamaterial absorber, WBMA), 在平面波垂直入射时, 其吸波半波功率带宽达12.7 GHz, 吸波率大于90%的带宽达10.42 GHz, 峰值吸波率达99.9%. 将其与微带天线共基板共接地板的方式加载, 制备出WBMA微带天线, 实现了天线宽频域内雷达散射截面(radar cross section, RCS)大幅缩减. 仿真与实测结果表明: 将WBMA加载于微带天线后, 天线的前向增益提高了0.53 dB, 整体辐射特性基本保持不变; 在不同极化波下, 天线的工作频带带内和带外等宽频域(6.95-17.91 GHz)内的单站RCS缩减大于3 dB以上, 最大缩减值达21.2 dB; 在天线的中心频点8 GHz处± 48°的宽角域内, 双站RCS缩减效果明显, 很好地实现了天线的宽频域大角度的隐身设计.     

超宽带TEM喇叭天线优化设计与实验

针对用于成像雷达系统的超宽带TEM喇叭天线进行了优化设计,兼顾辐射性能、馈入反射和小尺寸条件,采用平滑渐变结构和加载技术代替原设计,增加了低频电流的回流通道,从而改善了天线的低频特性,增强了其定向辐射能力。在理论分析的基础上对其进行了仿真,并按照仿真结果实际制作了一副天线,对天线进行了测试。仿真与实测结果表明:在电压驻波系数小于2时,该天线具有11∶1的阻抗带宽,较强的辐射能力和良好的定性辐射特性,能够满足雷达系统的需求。     

车载探地雷达信号在分层介质中的散射特性

建立了多层分层介质散射的物理模型,基于雷达方程和斯涅尔定律给出了多层分层介质散射场强度计算公式.分析研究了分层介质的电特性参数(介电常数和损耗正切)对雷达系统的探测距离和散射场的影响.以安装于探测车上的探地雷达系统为应用背景,利用时域有限差分方法对整个车载探地雷达系统进行了建模和仿真计算,对接收到的散射回波信号进行了研究.最后将系统数值模拟结果和解析计算结果进行了对比,并对结果做出了分析.     

车载控制器浪涌抑制技术研究

车载控制器电源部分的可靠设计是保证控制器正常工作的关键。其中,车辆电气环境中沿电源线的瞬变传导骚扰是造成车载控制器失效的一个重要原因。为了实现对车载控制器电源部分瞬态传导干扰的抑制,同时通过国际标准ISO 7637-2《道路车辆——由传导和耦合引起的电骚扰：第2部分沿电源线的电瞬态干扰》的测试,对车载控制器浪涌抑制及电源保护的几类常用设计电路进行了研究,比较了各自的优缺点,再结合ISO 7637-2的测试经验,提出了一种简单可靠的浪涌抑制电路的综合性设计方案。试验证明该电路设计能够完全通过ISO 7637-2的测试,特别是能够连续通过5a测试脉冲,具有良好的浪涌抑制性能及很高的可靠性,与设计要求相吻合,可以广泛地应用于车载控制器的电源保护和浪涌抑制上。     

磁窗减缓等离子体对天线性能的影响

飞行器以高超声速再入大气层返回地球时,飞行器周围形成等离子体鞘套,等离子体会影响电磁波的传播特性,严重时通信甚至完全中断。从理论上分析了外加磁场时电磁波与等离子体的相互作用机理,提出了利用永磁体和螺旋天线一体式的设计方式,即磁窗天线,并研究了在等离子体环境中螺旋天线和磁窗天线的性能,仿真结果表明,利用永磁体和螺旋天线一体式设计的磁窗天线,可以减弱等离子体对天线性能的影响,这为解决飞行器再入通信中断问题提供了一种有效途径。     

车载光学平台双层隔振系统设计与试验研究

 分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响,指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素,提出了车载光学平台双层隔振系统的设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态和减振比,完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明,车载光学平台的双层隔振结构具有良好的稳定性,且对环境强振动有很好的衰减作用。该双层隔振技术方案及其分析测试方法,对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。     

切比雪夫渐变线TEM喇叭天线数值模拟

设计了一种采用切比雪夫渐变线的TEM喇叭天线,分析了其工作原理,采用数值模拟的方法研究了其阻抗特性、传输特性与辐射特性,并在不同的馈入脉冲下与常用的线性渐变TEM喇叭天线进行了性能对比。结果表明:切比雪夫渐变线TEM喇叭天线具有低反射、高带宽和高辐射场强的优点,其性能要明显优于线性渐变TEM喇叭天线,且馈入脉冲越宽,性能越明显。分析了最大反射系数对切比雪夫渐变线TEM喇叭天线辐射性能的影响,馈入脉冲越窄时,宜选择反射系数越大的辐射天线。     

一体化GPS磁窗天线的设计与实验研究

设计了一种用于减缓高超声速飞行器通信中断的、中心频率为1.575GHz、一体化GPS磁窗天线,并开展了静态验证实验。设计的磁窗天线由贴片微带天线和永磁体一体化组成,结构尺寸为100mm×100mm×75mm,并设计了防护结构。磁窗天线的贴片微带天线不会对永磁体磁场产生影响,而永磁体也不会改变贴片微带天线谐振频率;设计的磁场防护装置对天线轴向的磁场强度没有减弱,对非传播方向完全屏蔽,起到了保护作用。针对厚度为25.5mm、电子密度为6×1010~1×1011 cm-3的等离子体,设计的磁窗天线能将1.575GHz电磁波透射系数从-19~-23.5dB提高到-11~-16dB。研究结果表明:设计的一体化GPS磁窗天线能够一定程度减缓电子密度为6×1010~1×1011cm-3的等离子体对1.575GHz电磁波通信影响,且实现了磁窗天线的小型化,并提高了安全性。     

GaP-Based High-Efficiency Elliptical Cylinder Metasurface in Visible Light

Compared with the metal antenna metasurface,the dielectric metasurface has better optical characteristics and smaller ohmic loss in the optical band,which makes it superlor.An elliptical cylindrical nanostructured antenna is designed using GaP with excellent transmission characteristics in the visible band.This structure has a transmjssion efficiency of up to 0.96 in the visible light band.Based on the Pancharatnam-Berry(PB) phase control principle,the metasurface structure composed of the antennas is studied,and its abnormal refraction metasurface and focusing meta-lens are analyzed.It is a highly ef Rcient sub-wavelength structure,and promises great potential for the applications of circular polarization optics,nanolithography,dense storage and biophotonics.     

A novel design using meshed-planar fan-electromagnetic bandgap (MP-FEBG) structure for ultra-wideband (UWB) antenna

A concept to combine the plane fan antenna with the meshed-planar electromagnetic bandgap (MP-EBG) structure is proposed; and then, based on the theory, a novel ultra-wideband (UWB) antenna with double-deck meshed-planar fan-electromagnetic bandgap (MP-FEBG) is designed. The structure of the sector is beneficial to the increase of the antenna bandwidth. The double layer structure can greatly reduce the size of the antenna, and the aperture structure can easily adjust antenna's performance. The antenna is compact in size, suitable for UWB applications. An antenna model was established on the substrate of FR4 and at least 79.1% dimension of the antenna was reduced by the traditional UWB antenna in the related documents. The simulation results show that the antenna can achieve a wide bandwidth from 3.20 to 15.78 GHz with return loss less than −10 dB and exhibit stable antenna gain. Furthermore, the measurement result is in better consistence with the simulation result.     

A corner-reflector mixer mount for far infrared wavelengths

A new type of corner-reflector mixer mount, which has the advantages of ease of fabrication and assembly as well as frequency versatility, has been designed and constructed. The mixer works with arbitrary antenna lengths > or = 4 lambda with the reflector to antenna spacing adjusted to give a strong and symmetric central lobe. The predicted response patterns have been experimentally verified for various antenna lengths and operating frequencies between 800 and 2000 GHz. An important design feature is the incorporation of a microstrip matching network which eliminates IF impedance mismatch and provides mechanical isolation of the whisker antenna.     

L波段磁绝缘线振荡器一体化辐射天线

 根据小型化的要求,提出了可以用于小型化L波段磁绝缘线振荡器的一体化辐射天线的模型,即介质+插板移相型模式变换器,该模型可以有效缩短模式变换器的物理长度,并基于该模型研究了一体化辐射天线的方向图、增益、物理长度等特性,初步优化设计了一体化辐射天线,为结构紧凑的小型化磁绝缘线振荡器的研究提供了方便。