微波无线传能高性能双极化整流天线设计

设计了一款用于微波无线传能的5.8 GHz高效率双极化整流天线。该整流天线包含5.8 GHz双极化接收天线和5.8 GHz F类整流电路,并通过金属探针实现接收天线和整流电路的集成。接收天线为2×2微带阵列天线,采用了金属环加载技术提升天线的阻抗带宽和鲁棒性。采用金属探针代替常规微波接插件和线缆,实现了接收天线和整流电路的集成,该集成技术不仅简化了整流天线结构,还降低了整流天线的重量、损耗和成本。将双极化整流天线进行了加工和整流效率测试并将其与同样口径面积的线极化整流天线进行比较。实验测试结果表明,在1.47 mW·cm?2的最佳入射功率密度下,该双极化整流天线的最大转换效率达到76.8%。与线极化整流天线相比,当入射波极化方向在0°～90°变化时,双极化整流天线的转换效率始终保持在62%以上,具有稳定的直流输出,表现出良好的全极化接收整流性能。     

异面带状线馈电的宽带双极化蝶形天线

针对通信与雷达系统对双极化与宽带天线的要求,提出了一种基于带状线馈电的双极化蝶形天线。通过两对互相正交的蝶形阵子实现了天线的双极化,并采用一种新型的微带线转异面带状线的巴伦给两对正交蝶形阵子平衡馈电。异面带状线为平衡传输线,满足了蝶形阵子对于平衡馈电的要求。在馈电点处由同轴线对微带线馈电,经渐变微带线转化为异面带状线,最后由两组异面带状线给两对正交蝶形阵子馈电。测得该天线实现了69.23%的阻抗带宽,在6.8~14GHz频带内电压驻波比(VSWR)小于2。为使天线单向辐射且改善天线增益,将天线放置于反射吸收腔内。测得天线在6.8~18GHz的频宽内VSWR基本小于3,天线增益在8~12GHz频带内大于0.11dB,天线前后瓣比大于15dB。因此,所提出的双极化蝶形天线可用于宽带通信系统中。     

微弱信号检测技术在超导电阻测量方面的应用

随着近年来超导技术应用范围的不断扩大,超导技术的影响已经波及到了各个学科领域.本文通过对超导电阻特性的分析研究,提出了一种基于微弱信号检测的超导体电阻测量的新方案.利用高性能DSP芯片,软件实现了超导体电阻的测量;利用单片机配合双积分A/D转换器测量超导体的环境温度.实验表明,本测量系统可有效地检测微弱的超导电阻信号,本系统充分显示出了自身在超导体电阻测量等微弱信号检测方面的优越性.     

航空超短波通信链路余量分析系统设计

为分析飞行器位置、姿态和工作频率对航空超短波通信链路性能的影响,构建了航空超短波通信链路模型,利用FEKO7.0电磁仿真软件计算了机载天线与飞行器一体化电磁辐射特性,基于MATLAB软件设计了系统的主程序,系统主程序通过调用天线的辐射特性数据,结合飞行器的位置、速度和姿态变化,可计算出通信双方之间的天线极化衰减和空间衰减等数据,分析了飞行器在相应状态下航空超短波通信链路性能的数值变化,具有较强的实用性。     

基于混沌的信息检测技术

文章根据混沌系统的特点 ,论述了基于混沌的信息检测技术的三种形式 :构造混沌检测系统 ,实现高精度测量 ;从具有混沌性的背景信号中检测有用信号 ;基于混沌振子的微弱信号的检测。分析了基于混沌的信息检测技术区别于传统检测技术的独有特点及其在信息检测技术中的应用前景。     

亚毫米波段波导阵列结构频率选择性滤波器的设计

在毫米波和亚毫米波段探测技术中,为了满足低的透射带插入损耗及反射带反射损耗的需要,本文设计了一种基于波导阵列结构的频率选择性滤波器,通过结构参数的优化设计,克服了大角度入射下透射带插入损耗大的缺点,并且还具有对入射角度变化不太敏感的优点,满足了实际工程设计的需要．另外这种滤波器还兼具有双极化信号的检测特性,对TE波和TM波有基本一致的频率响应,可以同时检测双极化信号．文中首先根据指标要求给出滤波器结构参数的设计初值,然后通过软件进行仿真优化设计,最后给出一种低损耗的滤波器结构,仿真结果表明设计的滤波器满足系统的性能要求,接着详细分析了透射带插入损耗的主要来源．最后给出了滤波器各个参数的误差灵敏度分析：为实物加工提供了工艺参考．     

多点激光通信光学中继天线伺服系统

一对多激光通信网络通过基于旋转抛物面原理的伺服摆镜天线,对多点光端机的激光信号进行捕获、跟踪、通信,形成空间激光通信网络。论述了该伺服天线系统的基本原理、架构、跟踪算法与拼接技术,证明了旋转抛物面天线的形成原理,给出了伺服摆镜天线的可行性分析。介绍了跟踪系统的闭环架构,分别阐述了敏感器、执行器、控制器的组成及指标。给出用于光斑跟踪的带执行器限位的比例积分微分(PID)算法及调试方法。为了实现连续跟踪,引入多反射镜拼接技术,着重说明了反射镜拼接的实现方法。整个伺服天线系统以执行范围、跟踪精度、拼接可靠性为测试内容,最终实现了360°全向执行,小于50 mrad跟踪误差和室内原理实验拼接成功率大于90%的技术指标,有效地保证了激光通信网络体系的正常运行。     

基于随机共振进行弱信号探测的实验研究

非线性随机共振系统可利用噪声增强微弱信号检测的能力,为强噪声背景下微弱信号的检测开创了新方法.基于随机共振的基本原理设计了硬件电路系统,并将其应用于检测单频和多频微弱信号;通过输入模拟工程实际的带噪信号,采样所得的输出信号的频谱分析结果表明,利用随机共振技术可从强噪声背景下有效地提取出单频和多频弱信号.多频弱信号的有效提取拓展了基于随机共振原理的弱信号检测技术的应用领域,结合数字滤波处理技术有效地消除了低频噪声对信号识别的影响.基于随机共振的弱信号检测技术在信息识别与信息处理方面具有巨大的潜在的应用价值.     

基于差分光谱吸收技术的双光纤光栅乙炔测量系统

提出一种基于双光纤光栅(FBG)差分光谱吸收技术的乙炔测量系统.以光纤光栅反射出的窄带光作为探测光, 基于红外吸收理论实现乙炔浓度的检测.通过引入参考光栅, 有效抑制了光路噪声、暗电流等干扰因素, 实现了大背景信号下微弱信号的测量;利用数字滤波技术, 消除了系统响应信号中的低频干扰, 提高了系统的稳定性和可靠性.实验结果证明系统具有良好的测试重复性和较高的测试灵敏度, 最低检测限约为25×10-6.本文的研究成果对进一步研究实现多组分混合气体的测试具有重要的意义.     

一种X射线聚焦光学及其在X射线通信中的应用

基于栅控脉冲发射X射线源与单光子探测技术的X射线通信已经实现了实验室语音通信验证,并对通信系统的误码率性能进行了分析,为探索未来X射线深空应用打下了坚实的基础.针对目前X射线通信面临的信号发散角大、通信距离短、难以实现工程化应用的情况,迫切需要对X射线通信天线系统进行深入研究.为了提高信号增益、增大X射线通信的距离,提出了多层嵌套式X射线聚焦光学作为X射线通信的"收发天线",理论分析了X射线聚焦光学用于X射线通信"收发天线"的可行性,分析了X射线聚焦光学的理论基础与结构设计,对"发射天线"发散角、"接收天线"有效面积与焦斑尺寸、信号增益等性能做了探讨.结果表明:在信号发射端,"天线"的发散角为3 mrad左右,发射增益23 d B;在信号接收端,"接收天线"的有效面积5700 mm2@1.5 keV,焦斑直径为4.5 mm,接收增益为25 d B,通信系统总的增益可达48 d B.     

一种空中辐射场测量用低轴比圆极化天线设计

在进行高功率微波(HPM)空中辐射场测量时,由于来波信号极化角度难以确定和受空中平台姿态影响等因素,普通线极化接收天线难以确保极化匹配,天线的极化失配会进一步降低辐射场参数测量的精确性。为了降低极化失配影响,在梯形微带圆极化单元天线分析设计的基础上,采用四阵元依次旋转90°和依次移相馈电的方式组建了一种低轴比微带圆极化阵列天线,该天线采用功分器和移相器作为馈电网络,天线在9.7 GHz实测增益约为9.4 dB,1 dB波束宽度约17.4°,轴比约0.4 dB。应用该圆极化天线可将极化失配引入的不确定度降低到0.2 dB以下,可满足高功率微波空中辐射场的精确测量需求。     

利用一种偏振方法减小由强反射或弱反射强度引起的植被反演误差

无论是多角度遥感的发展、还是偏振、高光谱遥感的发展,它们有一个相同的目的,即利用电磁波的种种特性、以及空间特性来对地球表面的一切地物进行精确的识别。任何单一的方法和手段不可能完整地描述和反映地物的所有特征。偏振测量是目标测量识别技术中不可缺少的技术之一,并且成为近年来全世界目标识别领域中的研究热点。由于定量遥感的反射强度对植被遥感的影响不可忽视,反射辐射信号呈现饱和或过弱都不能被检测到。而偏振是植被定量遥感的重要手段,因而有必要开发一种克服由反射强度强弱引起的植被反演误差的方法,这也是我们目前的研究目标。如果反射的辐射信号太强或太弱,都会影响遥感的准确性,而来自植被的偏振光可以提供有用的信息,特别是当反射的辐射信号饱和时,使得传感器不能获得足够有用的非偏振信息。本研究采用基于地面的偏振成像光谱仪系统,开发了一种偏振方法来克服反射强度过强过弱引起的植被反演误差。利用FISS-P偏振成像光谱仪系统研究了反射强度对遥感植被NDVI和DoLP效用的影响,实验地点在北京市中国科学院奥林匹克科技园。在对目标采样时对反射率强,反射率弱以及反射率适中的植被分别测量,同时对目标植被的不同波段(470, 555, 670, 864 nm)的DoLP进行计算与分析。地基成像光谱仪系统(FISS-P)提供了具有偏振信息的高空间分辨率图像,我们可以确定在阴影和强反射区域中单个像素的光谱偏振特性。在成像光谱信息的基础上,利用光的偏振性来对地物的物理特性进行分析。本文使用斯托克斯分量来表征反射光的各个偏振分量,使用线偏振度(DoLP)表征反射光偏振程度。信号饱和度和阴影效应导致归一化植被指数(NDVI)植被密集程度非常低,造成严重的反演误差,然而强反射对线偏振度(DoLP)的影响不大。研究结果表明,反射辐射信号饱和时,偏振效应可以通过适当的频带提高植被的反演精度,平均NDVI的相对误差为33.8％,而DoLP(670 nm)的相对误差仅为6.3％,而其他波段的DoLP(555 nm,864 nm)的相对误差要大很多。这项研究结果表明,在植被识别时可以忽略强反射,然而,阴影(弱反射)效应是不容忽视的。FISS-P偏振成像光谱仪是用于计算具有不同反射强度的样品类型的偏振和非偏振参数的有效工具,同时发现在识别植被时,强烈的反射可以忽略不计,但是植被的阴影(弱反射)效应不容忽视。与非偏振方法相比,偏振效应可以提高反射辐射信号饱和时的植被反演精度。这项研究分析了使用偏振法强弱反射强度引起的误差减少。为了进一步揭示植被的阴影(弱反射)效应与DoLP之间的关系,还有一些问题需要解决。     

双光束磁光存贮中信号读出的偏振态分析

利用琼斯矩阵分析了双光束磁光存贮中信号读出系统偏振态的传输情况，推导了读出信号的表达式，分析了偏振分束镜与光盘盘基的相位延迟对读出信号的影响。     

榕树型互连网络及光学实现

讨论了一种用扭曲向列相液晶器件和偏振分光棱镜实现光学榕树上互连网络的结构，这种结构具有直线式传输、无错位、无缩放，并能够实现模块化和集成化的优点。     

Atmospheric channel characteristics for quantum communication with continuous polarization variables

We investigate the properties of an atmospheric channel for free space quantum communication with continuous polarization variables. In our prepare-and-measure setup, coherent polarization states are transmitted through an atmospheric quantum channel of 100 m length on the flat roof of our institute’s building. The signal states are measured by homodyne detection with the help of a local oscillator (LO) which propagates in the same spatial mode as the signal, orthogonally polarized to it. Thus the interference of signal and LO is excellent and atmospheric fluctuations are auto-compensated. The LO also acts as a spatial and spectral filter, which allows for unrestrained daylight operation. Important characteristics for our system are atmospheric channel influences that could cause polarization, intensity and position excess noise. Therefore we study these influences in detail. Our results indicate that the channel is suitable for our quantum communication system in most weather conditions.     

Surface plasmon resonance-induced tunable polarization filters based on nanoscale gold film-coated photonic crystal fibers

Surface plasmon resonance induced tunable polarization filters based on nanoscale gold film-coated photonic crystal fibers were proposed and analyzed. The characteristics of the polarization filter were calculated by finite element method(FEM). The gold film was selectively coated on the inner wall of one cladding air hole which was located near the fiber core along the y-axis direction. When the phase of core fundamental mode and surface plasmon polaritons(SPPs) mode matches,the two modes couple with each other intensely. Numerical results show that the resonance wavelength and strength vary with fiber structural parameters and the index of the infilling liquid. The fiber parameters were optimized to achieve specific functions. Under the optimal structure, we realized a dual channel filter at the communication wavelength of 1.31 μm and1.55 μm for y polarization direction and x polarization direction. Then a single channel polarized filter at the communication wavelength of 1.55 μm is also achieved by adjusting the refractive index of the infilling liquid. The proposed polarization filters realized dual channel filtering and single channel filtering simultaneously under the same structure for the first time to the best of our knowledge.     

基于多角度偏振载荷数据的中国典型地物偏振特性研究

相对于传统的光学遥感, 多角度偏振遥感不仅可以获取辐射强度信息, 而且可以获取偏振强度信息. 基于多角度偏振卫星载荷观测的中国典型地物的偏振反射率数据, 获取了地表偏振双向反射模型——Nadal模型的中国区域模型参数值. 在此基础上, 基于修正的Nadal模型研究了中国区域森林、草地、沙漠三种典型地物的多角度偏振特性. 研究表明: 1)各地物的偏振反射率均随着散射角的增大而减小, 随着太阳天顶角和卫星观测天顶角的增大而增大; 2)森林、草地和沙漠三种典型地表偏振反射率存在明显差别, 森林的偏振反射率最低, 草地的偏振反射率次之, 沙漠的偏振反射率大约为森林的两倍; 3)不同地物之间的偏振反射率差值均随着卫星观测天顶角和太阳天顶角的增大而增大. 研究结果可为基于多角度偏振遥感数据探测地表偏振特性和反演气溶胶参数提供先验知识.     

基于最大和最小光强图像的偏振去雾方法

相对于传统光学探测技术,偏振探测在目标探测、识别方面有着独特的优势。针对雾、霾等天气下图像退化的问题,提出一种利用偏振信息的图像去雾方法,通过获取3个角度下目标的偏振图像,求解出场景目标的斯托克斯矢量,从斯托克斯矢量与穆勒矩阵的关系出发,分析偏振图像光强随着偏振角度的变化规律,获取最大和最小光强下的正交偏振图像,利用偏振滤波和亮通道先验方法分别估算大气光偏振度和其无穷远处大气光强值,最终重构出无雾图像。实验结果表明,在雾霾天气下,利用获取的正交偏振图像能够重构出清晰的图像,且重构图像的平均梯度和边缘强度均提升了约3倍,灰度标准差提升了约88%。     

基于超材料角反射面的高增益高效率双圆极化Fabry-Perot天线设计

基于射线跟踪模型,提出了一种超材料角反射面结构,实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升.首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析.然后,设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能.最后,对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试.结果表明,该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 d Bi和21.3 d Bi.相比馈源天线,增益分别提高了16.4 d B和16.3 d B.与传统Fabry-Perot天线相比,所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面,实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控.所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段,具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点,满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.