光栅衍射与相控阵雷达结合的教学案例探索

光栅衍射是光学教学中重要的章节,是对多缝干涉和单缝衍射的综合运用。但是教学过程中会出现教学过程枯燥、教学内容晦涩难懂等问题,这极大地影响了教学效果。本文基于光栅衍射的基本公式,以实际工程应用相控阵雷达为案例,融入课程思政,同时结合Matlab仿真,具体形象地展示了光栅常数、缝宽、衍射角对衍射光谱的影响,以及相控阵雷达的基本原理与以上各因素的联系,在学习知识的同时让学生掌握了相控阵雷达的基本原理。本次教学探索对于光栅衍射教学知识点的教学、思政、实际问题的解决都具有重要的意义。     

电磁脉冲弹对相控阵雷达毁伤能力的仿真研究

在建立电磁脉冲弹和相控阵雷达天线阵面弹目关系数学模型的基础上,对电磁脉冲弹使用过程中涉及到的天线阵面覆盖率等问题进行了研究,分析了弹道偏差等因素对天线阵面毁伤区域的影响,并进行了仿真计算。仿真结果分析表明,弹头引爆高度、落点精度等弹道参数对毁伤覆盖区域均会产生影响。为实现对目标的最佳毁伤效果,应综合考虑弹头引爆高度、弹道倾角、滚转角等参数精度,以及目标处功率密度等要求。     

电磁脉冲弹对相控阵雷达毁伤能力的仿真研究

在建立电磁脉冲弹和相控阵雷达天线阵面弹目关系数学模型的基础上,对电磁脉冲弹使用过程中涉及到的天线阵面覆盖率等问题进行了研究,分析了弹道偏差等因素对天线阵面毁伤区域的影响,并进行了仿真计算。仿真结果分析表明,弹头引爆高度、落点精度等弹道参数对毁伤覆盖区域均会产生影响。为实现对目标的最佳毁伤效果,应综合考虑弹头引爆高度、弹道倾角、滚转角等参数精度,以及目标处功率密度等要求。     

MESAR舰载相控阵雷达温度场及红外辐出度研究

目标与环境红外辐射特性的研究是目标与环境特性研究领域中的重要课题。本文采用区域分解法和蒙特卡罗法计算了英国的MESAR(Multifunction Electronically Scanned Adaptive Radar)型多功能相控阵雷达各种工况下的雷达稳态及关机时的瞬态三维温度场和红外辐射出射度。研究结果为保证舰载相控阵雷达的各组件的温度环境的一致性和相控阵雷达的正常工作、在特定环境下使红外信号消减和减少舰载雷达甚至舰艇受到攻击的可能提供理论依据。     

宽带磁共振T/R开关的设计与实现

磁共振系统中的发射/接收（transmit/receive,T/R）开关用于收发通路的切换,要求在隔离大功率信号的同时具有较小的插入损耗;另外,在宽带磁共振谱仪中,一般的窄带T/R开关也不再适用.本文基于PIN（positive-intrinsic-negative）二极管设计了工作频率为10~100 MHz的宽带磁共振T/R开关.通过减小电平跳变、优化开关过冲和解决二极管被动导通等问题,获得了插入损耗小于1 dB、大功率信号隔离度大于75 dB、开关时间1 μs的整体性能.用本文设计的宽带T/R开关替代一般探头中的窄带T/R开关,在0.5 T核磁共振（NMR）波谱仪上测得了氢核和氟核两个不同频率的磁共振信号,验证了宽带T/R开关的宽带性能.     

相控阵测量雷达扫描特性及误差补偿方法研究

本文基于相控阵雷达波束扫描原理,分析了在扫描及跟踪状态下波束展宽对天线增益和测角精度的影响,提出了扫描跟踪角度误差补偿方法,提高相控阵雷达测量精度。     

磁共振快速T/R开关驱动器研制

在磁共振T/R开关和主动失谐线圈中广泛使用PIN管,由外部驱动器向PIN管提供驱动电源,控制其导通或截止,从而达到开关切换和线圈失谐的目的.因此,驱动器的性能直接影响T/R开关和线圈的性能.该工作提出了一种新的T/R开关驱动器设计方案.电路中门控信号与驱动电源互相隔离,同时包含了场效应管死区调整电路,提高了电路稳定性和灵活性.该电路开关切换时间可达500 ns,驱动电压和电流理论上分别可达400 V和10 A以上,具有快速、驱动能力强等特点.可用于快速T/R开关和主动失谐线圈的驱动、缩短死时间、减小发射线圈和接收线圈间的耦合.     

T/R双模微波功率模块技术及其应用

微波功率模块（MPM）是真空电子器件和固态电子器件组合而成的一种新型微波功率器件,具有频率高、频带宽、功率大、体积重量小等特点,它使常规行波管的应用变得更加便利和广泛。现代战争向雷达、电子战综合一体化方向发展,这就要求功放既能工作在高峰值功率、低占空比的高模工作方式,也能工作在低峰值功率、准连续波的低模工作方式,针对这一需求,结合电子系统收发共孔径的要求,提出了T/R双模MPM技术。T/R双模MPM技术的核心是T/R双模行波管,基于三端口双向T/R行波管,通过在慢波系统的衰减器附近设置一个耦合口,实现行波管的信号反向接收功能;通过T/R双模行波管设计、双模放大均衡组件、双调制栅极电源等技术实现MPM的双模双向功能。T/R双模MPM应用前景广阔,特别是在基于无人机平台的作战应用中的具有明显优势。     

R1336mzz闪蒸喷雾冷却传热特性的实验研究

闪蒸喷雾冷却是高热流密度电子器件有效的散热技术之一.本研究采用新型工质R1336mzz,建立了一个闭式闪蒸喷雾冷却实验平台,研究了喷雾流量和入口温度等影响因素对其传热特性的影响.实验结果表明,闪蒸喷雾冷却的传热性能随流量的增加先增大后减小,在流量为1.4 L/min时,获得最佳的传热性能,临界热流密度最高可达349 W...     

啁啾光纤光栅延迟线在光控相控阵雷达中的应用研究

介绍了啁啾光纤光栅延迟线在光控相控阵雷达中的两种应用系统及其工作原理,即基于单波长激光器和多个可调啁啾光纤光栅延迟线的系统以及基于多波长激光器和一个可调啁啾光纤光栅延迟线的系统。介绍了这两种系统的光控相控阵雷达扫描角要实现连续变化时,啁啾光纤光栅延迟线的调谐原理。分析结果表明,若啁啾光纤光栅的长度长而反射谱窄,则啁啾光纤光栅较小的调谐量就能使光控相控阵雷达天线实现较大的扫描范围。     

基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法研究

针对闪耀光栅模型光束偏转角度数量分布有限的缺点,提出一种基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法。该方法控制液晶电极间相位差,通过改变液晶电极间相位差控制出射光波束方向。使用傅里叶光学方法推导该模型最大偏转角度、光束偏转角度与电极间调制相位关系以及衍射效率和偏转角度的关系。实验证明该方法可实现任意分辨角的光波束扫描, 在0.15°光束扫描范围内实现优于20 μrad的连续光束偏转。     

Simulation of low-sidelobe phased antenna array with circular polarization

Two shapes of antenna elements have been investigated and compared to obtain phased antenna arrays with circular polarization in the far field; a feed network providing a Chebyshev distribution of current amplitudes and uniform distribution of phases has been designed for 4 × 4 arrays; phased arrays with modified square and circular patches have been designed and compared, providing sidelobe reduction of up to ?26 dB.     

Simulation and data reconstruction for NDT phased array techniques

Phased array techniques are now widely employed for industrial NDT applications in various contexts. Indeed, phased array present a great adaptability to the inspection configuration and the application of suitable delay laws allows to optimize the detection and characterization performances by taking into account the component geometry, the material characteristics, and the aim of the inspection. In addition, the amount of potential information issued from the inspection is in general greatly enhanced. It is the case when the employed method involve sequences of shots (sectorial scanning, multiple depth focusing etc) or when signals received on the different channels are stored. At last, application of electronic commutation make possible higher acquisition rates. Accompanying these advantages, it is clear that an optimal use of such techniques require the application of simulation-based algorithms at the different stages of the inspection process: When designing the probe by optimizing number and characteristics of element; When conceiving the inspection method by selecting suitable sequences of shots, computing optimized delay laws and evaluating the performances of the control in terms of zone coverage or flaw detection capabilities; When analysing the results by applying simulation-helped visualization and data reconstruction algorithms. For many years the CEA (French Atomic Energy Commission) has been being greatly involved in the development of such phased arrays simulation-based tools. In this paper, we will present recent advances of this activity and show different examples of application carried out on complex situations.     

多层介质中超声相控阵声场仿真*

由于良好的声束偏转与聚焦特性,超声相控阵已经广泛应用于多层固体介质的缺陷检测。当超声束经过多层介质时,由于反射、透射以及模式转换的存在,多种声束存在于这种结构中,使得声场分析变得复杂。为了提高多层介质检测的准确性,有必要对超声声场的分布规律进行深入地了解。该文结合高斯声束等效点源模型以及射线追踪法,给出了相控阵声源在多层固体介质中激发声场的仿真方法,并且模拟计算了一维线型相控阵在楔块-铝-黄铜-钢四层固体介质中的辐射声场。通过对不同延时法则的计算,实现了声波在这种复杂介质中的偏转与聚焦,进而研究了不同焦点处聚焦声场的分布。结果表明:相控阵方法能使聚焦点处的声场幅值增大,能量集中,提高了检测分辨率;不同聚焦点处声场聚焦效果不同,实际检测时应根据检测区域结构及位置特点,合理放置相控阵换能器。与瑞利积分法的比较表明,该文的仿真方法适用于多层介质相控阵声场的计算。     

类视网膜阵列结构的光纤相控阵方法研究

出射光束阵列布局对光纤相控阵的高功率激光相干合成性能有着重要影响.针对现有光纤相控方法的阵元间距难以突破半个波长,导致能量合成效率低的问题,提出了类视网膜多环形光纤相控方法,设计了具有圆形对称分布的结构,在保持中心阵元以及最外环阵元位置不变的情况下,通过粒子群算法优化环间其余阵元间距以获得最佳的远场相干合成性能.仿真结...     

阵列波导激光相控阵光束偏转特性研究

研究了阵列波导激光相控阵的光束偏转特性,计算出光学相控阵的偏转角度与阵列波导相关参量之间的关系,绘制出光束偏转角与相关参量间的关系曲线。分析了阵列波导激光相控阵的三个性能指标:扫描范围、分辨率及能量效率,研究各阵列波导参数对于此三项指标的影响,据此分析出最优化的参数设计。根据阵列波导激光相控阵原理设计了仿真实验界面,自定义参数模拟光束的偏转效果。     

Design of a capacitively decoupled transmit/receive NMR phased array for high field microscopy at 14.1T

A design is presented for a "phased array" of four transmit/receive saddle-geometry volume coils for microimaging at 600 MHz within a 45 mm clear-bore vertical magnet. The small size of the coils, approximately 10 mm in length, and high frequency of operation both present considerable challenges for the design of a phased array. The particular design consists of four saddle coils, stacked vertically, in order to produce an array suitable for imaging samples, typical of many microimaging studies, with a large length:diameter ratio. Optimal coil overlap is used to reduce the mutual inductance between adjacent coils, and capacitive networks are used to maximize the isolation between all of the coils. Standard 50 Omega input impedance preamplifiers are used so that the preamplifiers do not have to be integrated directly into the probe. Isolation between coils was better than 20 dB for all coil pairs. An increase in signal-to-noise of 70 +/- 3% was achieved, averaged over the whole array, compared to a single coil of the same dimensions. High resolution phased array images are shown for ex vivo tissue samples.     

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。     

In vivo MRI using liquid nitrogen cooled phased array coil at 3.0 T

A liquid nitrogen (LN2) cooled dual-channel array coil was designed and built for use on a 3.0-T whole-body scanner. In vivo imaging of a volunteer's fingers and imaging of a deceased mouse and oil phantom were performed using the LN2 cooled array and a similar room-temperature coil. Imaging results showed that the LN2 cooled array provides a signal-to-noise ratio gain of up to 240% as compared with its room-temperature counterpart. LN2 cooled arrays may be useful for high-resolution clinical imaging of joints, skin, eyes and peripheral vessels as well as for biomedical imaging of small animals in human disease modeling.     

微透镜阵列光学相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵光束扫描技术在激光雷达、空间光通信和光开关等领域拥有巨大的应用潜力。微透镜阵列光学相控阵可以通过微透镜阵列间μm量级的相对位移同时对多个出射光束的二维倾斜相位进行调制,从而实现大角度二维光束扫描,具有出射口径大、结构简单、体积小、微惯性、多功能等优点。首先介绍了微透镜阵列光学相控阵的扫描原理,之后对微透镜阵列光学相控阵国内外的发展现状、应用和现阶段存在的问题进行了阐述,最后对微透镜阵列光学相控阵的发展趋势进行了展望。