毫米波生物效应聚焦装置的设计

 采用喇叭天线与透镜相结合的准光技术方案,设计了毫米波生物效应聚焦装置,其频率达到95 GHz,辐射功率达GW级。毫米波辐射源传输到波纹喇叭天线产生的波束经透镜变换得到所需的高斯波束,实现波束能量的汇聚。在毫米波辐射源功率为W级的条件下,该装置的焦斑功率密度达到0.01～2 W·cm^-2,焦斑面积为0.8～30 cm²。该实验装置在毫米波生物效应实验中已得到成功应用。     

X波段高功率容量Rotman透镜设计与仿真

介绍了Rotman透镜的工作原理,给出了透镜的设计方程。为适应天线在高功率水平下工作的需求,使用平板型设计,以提升功率容量,采用宽度渐变的方式改善了Rotman透镜的传输线分布方式。设计了一款工作在9.4 GHz、拥有9个输入端口和9个输出端口的高功率容量Rotman透镜天线。仿真结果表明,天线的扫描角度可以达到±22°,各方向增益大于16.5 dBi,效率约为60%,功率容量可达到0.9 GW。     

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。     

小尺寸声矢量平面阵三维波束形成方法

提出了一种基于声场多极子展开的小尺寸声矢量平面阵三维波束形成方法。该方法利用了声场的垂直振速信息,并结合球谐波函数与多极子模态之间的联系,可用二维的阵列结构合成指向任意方向的三维波束图,简化了三维波束形成所需的阵列结构。以3×3均匀矩形阵为例的仿真结果表明,在相邻阵元间距小于0.2倍信号波长时,所提方法引入的差分近似误差可被忽略,所得阵列波束图接近理论波束图。相比于声压球面阵三维波束形成方法,所提方法在低频段能在获得相同阵增益的同时有着更好的稳健性,为实现小尺寸阵列的三维波束形成提供了一种可靠的方法。     

一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列

设计了一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列,该三片式微透镜阵列以加入场镜的开普勒望远结构为原型,通过微透镜阵列之间的微小横向位移进行接收视场的选择与发射光线的同步偏转,完成扫描光学系统对大视场区域的光束收发。设计约束望远镜的视觉放大率为1,即入射和出射端口的微单元通光孔径相等,从而实现收发共用且不会造成能量损失和串扰。利用ZEMAX光学设计软件,采用发射、接收端口单独设计然后拼接的方法搭建模型。微透镜阵列工作中心波长为1 064 nm,凝视视场为±1.06°,扫描视场为±10°,单元规格为1 mm×1 mm,且只需移动一片即可实现双向扫描,具有体积小、扫描角度大、灵敏度高等优点。     

基于二维Meniscus透镜的准光功率合成器

为了实现大功率容量和高效率的空间功率合成,将基于波导腔体的二维Meniscus透镜用于毫米波功率合成器的设计.对透镜中传输的主模(TE10波)的散射效应进行了分析,并且设计了匹配层减小透镜结构带来的反射.在30 GHz频率上利用Rexolite介质的Meniscus透镜设计出了10路功率合成器,对不同结构的功率合成器和不同参数的透镜进行了研究,得到了最终的优化结果.CST-MMW的仿真结果表明该功率合成器在30 GHz合成效率可以达到92.6%,并且其80%以上效率工作带宽可以覆盖整个Ka波段.     

基于二维Meniscus透镜的准光功率合成器(英文)

为了实现大功率容量和高效率的空间功率合成,将基于波导腔体的二维Meniscus透镜用于毫米波功率合成器的设计.对透镜中传输的主模(TE10波)的散射效应进行了分析,并且设计了匹配层减小透镜结构带来的反射.在30GHz频率上利用Rexolite介质的Meniscus透镜设计出了10路功率合成器,对不同结构的功率合成器和不同参数的透镜进行了研究,得到了最终的优化结果.CST-MMW的仿真结果表明该功率合成器在30GHz合成效率可以达到92.6%,并且其80%以上效率工作带宽可以覆盖整个Ka波段.     

伸缩式全金属反射阵列扫描天线

提出了一种伸缩式全金属反射单元,在此基础上设计了一个可用于高功率微波领域的全金属反射阵列波束扫描天线。通过反射单元的上下独立滑动,阵列中每个阵元所接收电磁波的传输路径可改变,从而实现了相控波束扫描。由电磁仿真可知,设计的反射单元能够在10～13 GHz的频带范围内实现0～360°的线性相位调节,且可在15°～40°偏馈条件下相位调节时保持高功率容量。由该型单元组成的中心工作频率为10 GHz的伸缩式全金属反射阵列扫描天线具备90°锥角范围内的二维波束扫描能力,功率容量可达5 GW/m2。同时,在波束扫描过程中,天线增益变化小于3 dB,副瓣电平低于?13 dB,最大口径效率为54.59%。     

一种高功率微波宽带紧耦合偶极子阵列天线

提出了一种新型高功率微波宽带紧耦合偶极子阵列天线。在常规的紧耦合偶极子阵列天线的基础上,该阵列天线通过采用全金属结构设计、天线匹配层和密封层一体化设计以及调节天线结构的手段,获得了宽带高功率性能。仿真结果显示,在0.8～4.0 GHz的范围内,天线未扫描时的驻波比小于2;在16 mm×32 mm单元尺寸内和1个大气压的SF6气体中,功率容量达到0.12 MW;以该单元天线组成10×10阵列,100个单元总尺寸仅为160 mm×320 mm,在1个大气压的SF6气体中,功率容量可以达到12 MW,另外,该天线可实现45°的宽角扫描。该阵列天线的提出为实现高功率微波宽带天线的宽频带、大角度扫描、紧凑化、小型化以及低剖面化提供了参考。     

一种旋转移相式高功率微波反射阵列天线

利用旋转移相技术的几何相位调控方法,提出一种基于传输相位差概念的波束扫描高功率微波反射阵列天线。电磁仿真结果表明,所设计的三叉戟形反射阵列天线单元工作于9.5～10.5 GHz,在0～40°入射角度下具有360°范围内的线性相位调控能力,真空条件下的功率容量达到1.11 GW。采用该单元设计了半径为200 mm的圆形口径反射阵列天线,并使用全波仿真软件进行验证,利用口径相位分布的可重构特性,所设计的反射阵列天线可以实现±40°范围内的波束扫描。在10 GHz时,波束扫描过程中的增益下降小于1.7 dB,最大增益达到31.1 dBi,对应口径效率为73.42%,最低口径效率超过50%,副瓣电平和轴比始终低于-18.7 dB和1.6 dB。     

X~Ku波段宽带驱动放大器设计

基于SiC衬底的0.25 μm GaN HEMT工艺,设计了一款X~Ku波段宽带1 W驱动放大器单片微波集成电路。设计使用了一种有源器件的大信号输出阻抗的等效RC模型验证了GaN HEMT工艺模型的准确性,并获得了不同尺寸的GaN HEMT的大信号输出阻抗。第一级管芯采用负反馈结构,降低匹配网络的Q值,通过带通匹配网络拓扑,实现了宽带匹配。测试结果表明,在28 V的工作电压下,8~18 GHz的频率内驱动放大器实现了输出功率大于30 dBm,功率附加效率大于21%,功率增益大于15 dB。芯片尺寸为:2.20 mm×1.45 mm。该芯片电路具有频带宽、效率高、尺寸小的特点,主要用于毫米波收发组件、无线通讯等领域,具有广泛的应用前景。     

A polystyrene cap for matching a silicon lens at millimeter wavelengths

A polystyrene cap for a silicon lens has been fabricated by thermal molding. The cap is 0.5mm thick, and it acts as a quarter-wave matching layer at 94GHz. The measured performance from 75GHz to 170GHz agrees with theory. The reflection loss at 94GHz is reduced by 1.5dB. This is an economical way to make a millimeter-wave anti-reflection coating. This makes a monolithic circuit with a gallium-arsenide substrate and a silicon lens much more attractive than before. The total absorption and reflection loss for a linch diameter lens with the cap should be 1.1dB.     

Q波段宽频带线性化器设计

当前我国Q/V频段的低轨卫星互联网项目正在大力开展,宽带通信正在逐步发展。而国内相关线性化技术一般局限于较窄频带,相关研究尚不成熟。因此尽快研究设计宽频带线性化器十分有必要。采用适用于空间环境的模拟预失真技术,设计出针对卫星通信所用的行波管功率放大器（TWTA）的Q波段线性化器。其利用新型微带传输结构,结合肖特基二极管,可在毫米波频段实现超宽瞬时频带的线性化。在38～43 GHz（5 GHz）的瞬时频带内对TWTA的幅度失真以及相位失真有着很好的改善。线性化器在输入功率为?17～13 dBm的范围内,频带内幅度增益约为4.8～7.2 dB,相位扩张约为70°～88°。相对其他同类型线性化器,此线性化器对应频率较高,且可在很宽的瞬时频带内对TWTA实现比较稳定的线性化。     

Metamaterial-embedded dual wideband microstrip antenna for 2.4 GHz WLAN and 8.2 GHz ITU band applications

ABSTRACT

A compact dual-band antenna designed for operating in IEEE 802.11b/g WLAN (2.4–2.484?GHz) and ITU frequency bands (8.01–8.5?GHz) is presented in this communication. The antenna has two distinct resonant modes generated with the help of three U-shaped transmission lines and a modified ground plane. A periodic repeating pattern of metamaterial unit cells integrated on the same plane of the substrate has enhanced the antenna performances using improved loading method. The measured bandwidth of the metamaterial-embedded antenna is increased by 16% in the lower operating band and 6% in the upper operating band. The compact proposed antenna provides wide measured bandwidths of about 40% (2–3?GHz) in the lower and 16% (8.19–9.63?GHz) in the upper frequency spectra. The maximum measured gain of the proposed antenna is increased around 3.63?dB at 2.36?GHz and 1?dB at 8.45?GHz. The proposed antenna radiator is about 89.6% compact with respect to a conventional antenna. An excellent agreement of the simulation with the benchmark results validates the design of the proposed structure.     

具有双陷波特性的超宽带天线设计

设计了一款基于共面波导馈电的小型化具有双陷波特性的超宽带天线,该天线的带宽在3～14 GHz内,电压驻波比(VSWR)小于2。在辐射贴片上通过开L型和半圆环缝隙实现了在3.3～3.7 GHz和5.150～5.825 GHz的双频段的陷波特性,抑制了802.16无线城域网和无线局域网对超宽带系统的干扰,在整个工作频段具有稳定的增益和良好的全向性。通过对天线模型进行加工制作并测量,测试结果表明:天线的带宽是3～14 GHz,在3.3～3.7 GHz和5.15～5.825 GHz频段内VSWR大于4,实现了天线的双陷波特性。该天线尺寸小、结构紧凑的特点,适合现代的无线通信系统。     

64单元矩形径向线阵列天线馈电网络的设计

 提出并设计了一种新型耦合探针,研究表明,该探针能有效地扩大耦合调节范围,并基于此探针,研究了中心频率为2.1 GHz的64单元矩形径向线天线阵馈电网络,并进行了优化设计。模拟结果表明:该口径为744 mm×744 mm的馈电网络在中心频率处能达到64路近似等幅馈电,中心频率处的反射系数小于0.1,在2.05～2.15 GHz的频带范围内,反射系数小于0.2。     

Research on beamforming method for dual-line array with space mismatch between the two line arrays

The performance of port/starboard discrimination of dual-line array will be seriously degraded when the space between the two line arrays of the dual-line array is mismatched. The directivity function of the delay-sum and delay-subtract beamforming is deduced and the port/starboard discrimination of the delay-sum and delay-subtract beamforming is also studied both under the ideal status and the status under which the space between the two line arrays of the dual-line array is mismatched. Analysis results show the delay-subtract beamforming has better performance of port/starboard discrimination. At last, the sea trial results demonstrate the theoretical results.     

并行多注THz折叠波导行波管的理论分析与数值模拟

为了提高THz行波管的输出功率,通过并行多注和功率合成的方法,完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明:单束行波管在0.135～0.157THz频率区间具有很好的色散平坦度,3dB带宽为13GHz,0.14THz处获得了20.88dB的最大增益;多束合成行波管在0.14THz处获得了20.8dB的合成增益,3dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点,能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。     

一种新型的低散射微带天线阵设计

本文将电磁表面(electromagnetic surface, EMS)的设计思想引入到微带天线阵的设计中,在设计天线单元的同时,也将其作为EMS单元兼顾其反射特性.通过在矩形辐射贴片上开弧形缺口,得到一种新的单元结构,该单元可与原始EMS单元之间形成180°±30°有效相位差,且作为天线单元时与原始天线工作在相同谐振模式、相同频带.将两种单元以棋盘形式构成组合天线阵,在两个极化下分别基于相位对消原理和吸波原理实现了雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩.实测与仿真结果表明:相较于等大小的金属板,在x极化波照射下,天线阵在5.6—6.0 GHz实现了6 dB以上的RCS减缩,相对带宽为10.1%;在y极化波照射下,天线阵在5.0—7.2 GHz实现了6 dB以上的RCS减缩,相对带宽为24%.同时由于两种单元在辐射上具有较好的一致性,使得组合天线阵的辐射性能得以保持.该方法有效解决了天线阵辐射和散射难以兼顾的矛盾,为其他形式的低散射天线阵的设计提供了新的方法与思路.