超宽带时域天线阵列延时控制扫描实验

超宽带(UWB)冲激雷达目标探测中时域天线阵列波束延时控制扫描是通过天线阵列单元间精确的延时控制实现的。在介绍UWB时域波束延时控制扫描原理的基础上,研制了用于UWB天线时域波束扫描的延时控制器,其延时步进为50 ps,延时精度可达10 ps。利用该延时控制器对单元间距42 cm的4单元UWB天线阵列H面方向进行了单元间延时控制波束扫描测量,扫描步进角度小于2°。结果显示,在0°,10°,20°和30°扫描时,实际扫描角度分别为-0.5°,10.5°,20°和29.5°,与理论计算值之间误差小于1°。     

基于亚波长步进光延时线的雷达宽带波束形成技术

利用光延时技术抑制宽带相控阵雷达的波束色散,光延时量的离散特性会引入波束指向偏差.通过线性相位拟合法分析了最小延时改变对阵面等效相位分布的影响,建立了延时线步进与雷达波束指向偏差间关系的理论模型,得到波束指向偏差与延时步进成正比,与阵元间距、阵元数平方和波束指向的余弦值成反比.通过仿真和实测数据验证了该技术的可行性.实...     

基于微光学元件堆栈集成技术的收发一体化宽带光控相控阵天线

设计了一种收发一体化的光控相控阵天线系统.该系统中,采用基于微光学元件堆栈集成技术实现真时延的产生.天线系统通过光域内的延迟控制实现微波射频域的波束控制.对系统接收模式状态进行实验验证,±10.6°、±30.8°波束指向的暗室实验结果表明,在2~6GHz宽带微波信号下,±10.6°指向角的最大指向角误差为3.1°,±30.8°指向角的最大指向角误差为1.2°.相控阵天线系统在2GHz频点动态范围约为71dB左右.该光控相控阵系统能够实现与宽带射频信号频率无关的波束指向及一维平面内方位向运动物体的跟踪.     

应用于相控阵雷达的光子晶体慢光波导光实时延迟线

光子化研究是相控阵雷达的发展趋势,光子晶体以其优异的集成度及光学特性在相控阵雷达光子化研究中具有广泛的应用前景。基于光子晶体波导慢光特性及热光调制原理,设计了应用于相控阵雷达波束形成网路的光实时延迟线。通过优化光子晶体慢光波导参数,所设计光子晶体光实时延迟线可实现延时量为0~36.69ps的高精度调谐,得到23GHz以上的延时带宽。通过优化实时延迟线群速度随温度的色散特性,温度每变化1℃,延时量变化量在0.36~1.57ps/mm范围内。所提出的基于光子晶体波导的光实时延迟线,可实现延时量的高效、高精度调谐,相对于传统电域波束形成网络,具有集成度高、瞬时带宽大、调谐精度高等优点,为高频段宽带相控阵雷达波束形成网络的研发提供了理论基础。     

基于超辐射机理产生X波段高功率亚纳秒脉冲研究

设计了一种基于超辐射机理的X波段相对论返波管结构, 利用全电磁2.5维粒子模拟程序对返波管中的超辐射机理进行了粒子模拟研究. 模拟表明: 在束430kV、束流4kA, 脉宽3.1ns的电子束驱动下,实现了峰值功率1.5GW、频率10GHz、脉宽500ps的亚纳秒微波脉冲输出, 峰值功率转换效率达到87.2%;在超辐射机理作用下, 微波峰值功率与电子束脉宽在一定的范围内成平方关系.     

基于大功率激光二极管的光导开关导通特性

研究了应用于介质壁加速器的小间隙光导开关在大功率激光二极管驱动下的导通特性。激光二极管产生的激光脉冲中心波长为905nm,脉冲宽度(FWHM)约20ns,前沿约3.1ns,抖动小于200ps,峰值功率约90W。所用光导开关为异面电极结构的砷化镓(GaAs)光导开关,电极间隙5mm,偏置电压为15~22kV脉冲高压,工作在非线性(高增益)模式。测得光导开关最小导通电阻4.1Ω,抖动小于1ns,偏置电压在18kV时平均使用寿命约200次。     

C/Ku波段共口径宽角度扫描相控阵天线

设计了一款具有高功率容量与宽角度扫描特性的C/Ku双频段共口径平面相控阵天线。在同一辐射口径内,相控阵天线包含有基于平面偶极子单元的C波段4×4阵列,以及基于混合零阶谐振贴片单元的Ku波段8×9阵列。所设计的相控阵天线的宽角度扫描性能归功于双频段阵元天线的宽波束辐射特性。下层混合零阶谐振贴片天线既能作为Ku波段的宽波束辐射单元,又能够为C波段的偶极子天线提供零反射相位,进而基于镜像原理拓宽偶极子天线的波束宽度。并且,对天线进行了介质埋入式设计,避免了空气击穿以提高天线系统功率容量。全波仿真结果表明,所提出的共口径相控阵天线在C和Ku双频段均实现了±45°的波束扫描,增益波动小于3 dB,天线阵列在各单元输入功率之和为1 W时功率容量达18.9 MW。     

多路激光装置同步技术研究

 多路激光装置同步系统包括精密同步机和数字同步机两种单元技术,它们具有四路延时脉冲（A、B、C、D）和一路标准时钟脉冲（T₀）输出,精密同步机延时同步精度为10ps, 最大触发晃动小于10ps,延时范围200ns;数字同步机：延时同步精度为5ps, 最大触发晃动小于200ps,延时范围10ms。     

基于反谐振波导微环的光控波束延时网络设计

设计了面向Ka频段(30 GHz)相控阵天线的4阵元子阵集成波导光延时网络。该光延时网络采用相位调制方式将射频信号转换至光域,波导微环处于反谐振状态,以实现大带宽、连续可调延时;通过带通滤波仅对一个边带进行延时调控,基于差分平衡探测器还原出射频信号。优化设计了级联双波导微环的结构参数,使每条路径的延时量在0～24.9 ps范围内连续可调,延时带宽大于4 GHz,实现了最大扫描角为±30°的波束扫描。对光延时网络链路的增益和噪声系数进行了推导分析,评估了整个延时芯片系统在实际应用中的性能。     

三路太赫兹光导天线的功率合成技术

针对单个光导天线功率容量有限的问题,采用光导天线功率合成技术研究高功率、超宽带的太赫兹辐射方法。通过构建三路光导天线功率合成系统,以500μm孔径的偶极子光导天线为对象,进行了功率合成技术研究。结果表明:当三路500μm孔径的偶极子光导天线产生太赫兹的光程差一致时,合成后的时域光谱峰值最大,时域相干度达90.6%,提高了太赫兹输出的功率。     

小间隙异面电极结构的光导开关

介绍了应用于介质壁加速器的小间隙异面电极结构的光导开关。所用光导开关为异面结构的砷化镓（GaAs）光导开关,电极间隙5 mm,偏置电压为15~22 kV脉冲高压,工作在非线性（高增益）模式,由半导体激光器产生的脉冲激光触发。脉冲激光的中心波长为905 nm,脉冲宽度（FWHM）约20 ns,前沿约3.1 ns,抖动小于200 ps,峰值功率约90 W。实验结果表明:光导开关的偏置电压较低时,开关寿命较长,导通性能较差;偏置电压较高、驱动脉冲激光功率较大时,开关导通性能较好,寿命较短。     

高功率无移相器自旋转波束扫描天线设计

设计了一种无移相器结构的平板高功率天线,通过辐射层自旋转方式改变口径场相位分布,从而实现空间波束扫描,满足轻质、低剖面集成要求,辐射增益36 dB,波束扫描范围-30°至+30°,GW级功率容量,满足Ku波段工作的系统指标与能力要求。对天线进行了实物加工与测试,测试结果说明该天线具有良好的波束扫描特性和较高的口径辐射效率。无需加载移相馈电网络便可改变波束指向,具有伺服简单,结构紧凑,平面化、低剖面、轻质等优点,可广泛应用于机载、车载、舰载等高功率微波系统的表面共形发射。     

高增益相对论速调管放大器相位特性的模拟与实验研究

为实现高功率微波的相干功率合成, 开展了S波段高增益相对论速调管放大器输出微波相位特性的粒子模拟和实验研究, 粒子模拟与实验结果均表明电子回流是影响输出微波相位特性的主要因素. 在有效控制电子回流的情况下, 实验实现输出微波相位抖动小于± 10°, 锁相时间达90 ns. 以此计算, 若相位抖动在± 10° 内满足均匀分布, 十台该高增益相对论速调管放大器的功率合成效率将大于99%.     

同轴回旋行波放大器的理论和数值研究

 给出了一组描述同轴回旋行波放大器中波束相互作用的非线性自洽方程组，对该放大器的运行特性进行了研究。得到：在小信号区，辐射场的增益随同轴波导的内外半径比b/a的增加而增加，达到饱和时的辐射功率仅略有下降；内外导体管壁上的功率损耗密度随b/a的增加而减小。采用电压为90kV，电流为10A，纵向速度零散度为3%，速率比为1的电子束，在34.26～36.78GHz的频率范围内，计算得到了峰值功率约230kW的微波输出，相应的增益和效率分别为46.6dB和25.5%，带宽为7%，内外导体管壁上功率的最大损耗分别为80和56W/cm²。     

全固态高稳定度纳秒脉冲源的相干合成技术

 单个子源的稳定度指标是多源相干合成技术的关键。文章首先对脉冲源稳定度指标进行了定义，并指出全固态纳秒脉冲源具有较高的稳定度指标，在相干合成中具有潜在优势。对脉冲时基抖动、波形抖动机理进行了深入分析，给出了高稳定度子源设计的关键技术途径，采用过触发、欠容量等具体改善方案，有效提高了子源的时基稳定度和波形稳定度，单个子源脉宽抖动小于等于1%，峰值抖动小于等于1%，单次短时抖动小于等于20 ps，长时漂移小于等于100 ps/min。最终成功实现了256单元的16×16路电路-空间综合合成，研制出30 MW全固态高稳定度多路相干合成纳秒脉冲源，脉冲源16路输出端口最大时基离散度小于30 ps，合成峰值电压抖动小于1%，合成峰值电压效率可达到90%~95%。     

紧凑型矩形波导内功率合成器设计

介绍了一种基于常规速调管功率合成和脉冲压缩的微波源系统,为实现多路高峰值功率速调管的功率合成,设计了一种紧凑型、近平面结构的微波功率合成器。在2.856 GHz频点处,合成器各端口反射损耗和相对端口隔离度均大于45 dB。当两路峰值功率为50 MW的微波功率合成时,合成器内的最大场强约为9.6 MV/m,合成效率大于99%。在四端口功率合成器的基础上,通过两级合成可实现一种八端口微波功率合成器,当四路峰值功率50 MW的微波功率合成时,合成器内最大场强约为13.5 MV/m。     

高功率微波波导缝隙阵宽角扫描特性研究

波导间缝隙的互耦会严重降低高功率微波宽边纵缝波导缝隙阵的宽角扫描能力。设计了一L波段高功率宽边纵缝波导缝隙阵,在阵列波导间设计扼流槽结构抑制缝隙互耦。数值模拟结果表明,没有扼流槽结构的阵列波束扫描增益下降3 dB的角度为24.7°,具有扼流结构的阵列扫描增益下降3 dB的角度为33°。同时扼流结构还可以明显改善阵列的有源反射系数,有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为6.6%,而没有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为5.0%。数值模拟结果还表明,波束扫描时(扫描角35°),阵列功率容量可达到957 MW, 比阵列无波束扫描时(1.008 GW)稍低一点。     

1.2kW C波段固态高效率GaN微波源研制

针对传统大功率Si,GaAs固态微波源效率低和高温度性能差的不足,采用导热系数优良的宽禁带GaN单元功放模块集成、低损耗同轴波导径向空间功率合成方法,研制出一种1.2kW全固态C波段高效率宽禁带GaN微波源。实验结果表明:该方法实现了大功率固态微波源高效率及连续长时间高温风冷散热运行,系统安全可靠。单路功放模块集成6位移相器,移相精度5.6°,增益35dB,输出功率大于31W。系统连续波输出功率1.2kW,总效率30%,谐波抑制-54.8dBc;杂散-63.69dBc,相位噪声-94.03dBc/Hz@1kHz。     

高延时分辨低抖动同步时序信号产生技术

针对大型激光装置中广空间分布的甚多路高精度(一是长时间时间抖动小于5 ps,二是时间延迟微步进分辨率小于15 ps)同步触发信号的需求,设计了一种“数据流编解码光传输+高速串行收发器粗延时+宽带微带线微步进延时”的同步时序产生方案。通过数据流编解码光传输架构实现了广空间范围内时序的对齐;高速串行收发器粗延时和微带线微步进延时技术解决了同步触发信号低时间抖动和高延迟分辨的问题。通过对系统的时序逻辑和电路板的关键线路进行仿真,完成了整个系统的设计与研制,并开展了实验测试。测试结果表明:该系统可以实现广空间范围内的同步时序信号产生,同步触发信号的时间抖动精度优于3.76 ps(均方根值,8 h),39.6 ps(峰峰值,8 h),时间延迟分辨率优于15 ps;若应用于小空间范围,同步触发信号的时间精度可优于1.27 ps(均方根值,8 h),12.4 ps(峰峰值,8 h)。     

高功率微波波导缝隙阵宽角扫描特性研究（英文）

波导间缝隙的互耦会严重降低高功率微波宽边纵缝波导缝隙阵的宽角扫描能力。设计了一L波段高功率宽边纵缝波导缝隙阵,在阵列波导间设计扼流槽结构抑制缝隙互耦。数值模拟结果表明,没有扼流槽结构的阵列波束扫描增益下降3dB的角度为24.7°,具有扼流结构的阵列扫描增益下降3dB的角度为33°。同时扼流结构还可以明显改善阵列的有源反射系数,有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为6.6%,而没有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为5.0%。数值模拟结果还表明,波束扫描时(扫描角35°),阵列功率容量可达到957 MW,比阵列无波束扫描时(1.008GW)稍低一点。