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.     

基于监控视频的前景目标提取

对含有动、静态背景的稳定图像处理时,对比了主成分追踪鲁棒主成分分析法(RPCA)、贝叶斯鲁棒主成分分析法(Bayesian RPCA)和高斯混合模型的鲁棒主成分分析法(MoG-RPCA),3种方法对静态背景下的前景提取都较为完整.而动态背景下只有Bayesian RPCA和MoG-RPCA提取出了完整的前景目标,但是Bayesian RPCA计算速度很慢,且不能够处理复杂噪声.所以MoG-RPCA模型更具有对复杂噪声的适应性,动、静态背景情况下均提取出精度较高的前景目标,且具有较快的计算速度.当图像不稳定时,采用改进的MoG-RPCA模型对非稳定拍摄的抖动视频进行前景目标提取,并在第197帧抖动图像中清晰地提取出显著前景目标,且运算速度较快.在为了快速找到目标出现的帧时,对高斯混合模型背景差分法进行改进,利用K-means聚类算法快速得到聚类中心点,然后作为高斯混合模型背景更新时的初始化均值参数,从而提高在复杂场景下前景目标的检测精度.对于多角度追踪任务,不同角度、近似同一地点的多个监控视频图像中前景目标的提取,可采用跨摄像头视角跟踪结果融合的方法,然后对目标进行匹配.     

不同制备方法对BiOCl材料的形貌、结构与光催化性能的影响研究

对比采用溶剂热合成、传统固相合成与溶胶-凝胶合成技术,制备了四方相BiOC1和Nd3+掺杂BiOCl光催化材料.运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及紫外-可见吸收光谱(UV-Vis),研究了不同合成方法所制备BiOCl材料的相结构、形貌和紫外-可见光吸收性能;并以甲基橙溶液为模拟废水,研究了不同方法所制备的BiOCl材料的光催化性能.结果表明:溶剂热合成的BiOCl是由纳米片组装成粒径小于1μm微球,紫外-可见吸收边为335 nm;固相合成所得BiOCl结晶度较高,其片状颗粒粒径约为6μm,紫外-可见吸收边为430n m;溶胶-凝胶合成法制得BiOCl片状颗粒粒径约为3～4 μm,紫外-可见吸收边为430 nm.进一步地对比研究了稀土离子Nd3+掺杂前后BiOCl样品的结构、紫外-可见光吸收特性,可以发现,Nd3+掺杂后样品的相结构及形貌均无变化,但吸收边均发生不同程度的红移,以溶胶-凝胶法制得的样品效果最为明显,并具有最优的光催化性能.     

人工磁导体正交布阵的宽带低雷达截面反射屏

基于互补开口谐振单环 (complementary split ring resonator, CSRR) 的电磁特性, 设计了一种新型人工磁导体 (artificial magnetic conductor, AMC) 结构 CSRR-AMC. 通过与方形贴片人工磁导体的反射相位对比发现, 该结构在X极化和Y极化波垂直照射条件下可分别实现小型化和多同相反射频带. 基于此特性, 设计了一种仅由单一CSRR-AMC结构组成的宽带低雷达截面反射屏. 该设计将相邻CSRR-AMC单元正交化排布, 通过优化单元结构实现宽带相位对消, 降低后向散射能量. 测试结果表明, 样品在7.38–10.47 GHz 范围内后向RCS减缩量达到10 dB以上, 相对带宽达到34.6%, 为宽带低反射屏设计提供了新的方法. 关键词： 人工磁导体 相位对消 宽带 雷达截面减缩     

基于宽波束磁电偶极子天线的宽角扫描线性相控阵列

设计并加工了两款基于宽波束磁电偶极子天线单元的宽角扫描线性阵列.首先,通过加载磁偶极子的方法拓展了天线单元的3-dB波束宽度.然后,基于该宽波束天线单元设计了两款具有良好宽角扫描特性的一维阵列天线.实测结果表明,天线单元的E面方向图3-dB波束宽度在9GHz—12 GHz均大于107°,H面方向图3-dB波束宽度在7GHz—12 GHz均大于178°.E面阵列中心单元的有源驻波比在9GHz—13 GHz小于2,相对阻抗带宽为36.36%.H面阵列中心单元的有源驻波比在9.6GHz—12.6 GHz小于2.5,相对阻抗带宽为27.03%.E面阵列在9GHz—12 GHz可实现±70°的有效宽角扫描.H面阵列在9GHz—GHz可实现±90°的有效宽角扫描.与传统的扫描阵列相比,设计的阵列可实现有效宽带宽角扫描,在X波段相控阵雷达方面具有广阔的应用前景.     

一种性能稳定的新型频率选择表面及其微带天线应用

设计了一种基于分形树结构的高性能频率选择表面(frequency selective surface,FSS),并将其作为微带天线的空间滤波器,同时改善天线的辐射与散射性能.该FSS单元是由两层金属及其中间介质组成,上、下层金属采用金属柱连结,整体构成树枝状分形结构.通过优化参数,得到了一种宽带、极化无关、宽入射角、小型化的超薄FSS,厚度只有约0.017λ.将该FSS应用于微带天线后,天线的相对带宽拓展到40%,工作频段内的增益得到改善,9.6 GHz时,天线的增益提高了6.7 dB,同时,天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)也得到了明显减缩,最大减缩为12.7 dB.实验结果与仿真结果符合得较好,证实了该空间滤波器具有提高宽带天线增益、增强天线定向性、改善天线带宽与降低天线带内RCS的效果,可以应用于宽带天线带内辐射与散射性能的同时改善.     

一种宽带可重构反射型极化旋转表面

将超材料设计思想与微电机系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）技术相结合，提出了一种宽带可重构反射型极化旋转表面.该结构由上层方形金属贴片、中间介质层、金属底板以及连接贴片与底板的金属通孔构成，通过在电流短路点处加载MEMS开关，使其具有电可调特性.仿真结果表明，当MEMS开关导通时，该结构能在7.78 GHz–14.10 GHz频带内将入射的线极化波转化为正交极化波并反射；当MEMS开关断开时，入射波则以同极化全反射.加工了实际的样品并进行了测试，结果与仿真符合较好.该结构具有结构简单易加工、器件个数少、工作频带宽、损耗低等优点，在电磁波动态调控中具有潜在应用价值.     

一种兼有高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线设计

设计了一种同时具备高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线.将蚀刻有互补开口谐振环的方形贴片人工磁导体正交布阵得到宽带低雷达截面积(RCS)反射屏并以之代替原天线的全金属反射板,通过优化反射屏的加载方式,在展宽天线工作频带、提高天线增益的同时,实现了宽频域范围内天线鼻锥方向RCS减缩.实测结果表明:加载低RCS反射屏的缝隙天线工作带宽增加了100 MHz,前向增益提高了3.2 dB,在5.52—6.63GHz范围内RCS减缩量达10 dB以上,减缩带宽达到20%.     

Ku波段编码式电控超薄周期单元设计与验证

编码式电控周期单元通过加载电子控制器件使周期结构具有编码式的电可调特点. 本文利用PIN二极管, 设计实现了一种工作在Ku波段的超薄平面电控单元结构. 当外加电压控制二极管导通或截止时, 该结构的反射相位呈现出180°的相位差, 并且具有较低的反射损耗. 因此, 当对周期排列的单元外加不同的电压时, 可等效为用不同组合的“1”, “0”对结构进行编码, 从而可以获得不同的电磁功能. 为验证单元的编码特性, 从“场”与“路”两个角度考虑, 设计了实际的偏置电路, 制作了单元样品, 并基于波导法测试了其性能. 实验结果表明: 在加载不同的控制电压时, 制作的单元结构实现了设计的低损耗和相位差; 实验与仿真符合良好. 提出的周期单元形式简单, 厚度超薄, 其电控编码式特性在主动式隐身表面或波束捷变天线设计等许多方面都有潜在应用.