控制器局域网络总线在阵列天线中的应用

为控制数万单元的阵列天线,基于控制器局域网络（CAN）总线设计了一套多级通信系统。分析了CAN总线的拓扑结构,根据每路CAN的带负载能力设计了多级CAN总线通信网络的基本结构;基于Nios II软核处理器设计了CAN总线通信节点硬件电路;最后根据阵列天线控制功能的要求,基于CAN2.0B协议设计了应用层通信协议和应用程序。阵列天线波束扫描实验表明,通信系统满足500 kbps以上传输速率的要求,通信时间抖动小于1 ms,当阵列天线辐射峰值功率达到GW量级时仍可以有效控制天线系统。     

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。     

CAN总线技术在光电编码器中的应用

介绍了采用CAN总线数据传输方式的系统中,光电编码器CAN总线接口的设计与应用。首先,设计了由单片机、独立CAN总线控制器SJA1000、CAN总线收发器TJA1050及高速光耦TLP113等构成的光电编码器CAN总线接口硬件电路;然后,介绍了光电编码器CAN总线接口的软件设计,包括初始化的设计、CAN总线报文接收及发送的设计;最后,通过周立功公司的“USBCAN1”型号CAN总线接口卡验证了该光电编码器CAN总线接口设计的可行性。实验中采用1米长的屏蔽双绞线作为传输介质,通信速率为800kbps;结果表明：带有CAN接口的光电编码器克服了传统的通信线路的缺点,具有更高的实时性、可靠性且通信速率高、传输距离长、抗干扰能力强,更加适用于自动化测量和控制系统。     

用于阵列天线连续跟踪的步进电机控制器IP核设计

采用VHDL语言设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的步进电机控制器IP核,并在Quartus Ⅱ软件中进行了编译和仿真。该控制器采用了控制参数在线计算模块,使得阵列中每台步进电机都可以根据对应单元的相移量推算出各自的升降频曲线及脉冲发送时刻,从而保证阵列中各个电机的转动角度保持一定的关系,同时能有效地降低步进电机失步的风险。该控制器采用编码器反馈信息处理模块,对步进电机失步进行判断和校正。编译结果显示:通过合理设定数据位宽、重复利用乘法器、合理利用相邻脉冲发送间隔,控制器可以有效降低进行实时参数计算时的硬件资源使用量。测试结果表明,该控制器可以实现阵列天线波束连续跟踪。     

宽带Ka波段平面反射阵列天线设计

平面反射阵列天线的发展受到了带宽与功率容量两方面限制。为此,本文首先基于多谐振技术提出了一种新型平面反射阵列单元结构,相比于传统单元,所提出单元结构具有功率容量高、剖面低且相移曲线线性度好的特点。其次利用所提出单元,通过优化阵面特性在Ka波段设计了包含20×20个单元的平面反射阵列天线。最后利用电磁仿真软件进行模拟计算,结果显示在中心频点35 GHz处,天线峰值增益为27.58 dBi,口径效率为52.33%,副瓣小于?16.08 dB,并且在30.41～39.64 GHz频率范围内（相对带宽26.37%）天线增益跌落小于3 dB,并且所设计平面反射阵列天线最大功率容量可以达到 13.99 MW,功率密度为218.54 W/mm2。     

同轴共线阵列天线低副瓣设计

对流层风廓线雷达对阵列天线的要求是结构简单,在满足高增益条件下,低副瓣是其关键指标。针对该应用背景,提出了一种辐射单元长度可变的同轴共线天线 (COCO)模型。该天线模型利用不同数量辐射节COCO线源组阵,其口径幅度为修正Taylor分布。在该模型基础上,采用数值计算和优化,COCO阵列天线增益为25.7 dB,E面副瓣为-23 dB,H面副瓣为-22.3 dB。该天线阵样品的测试表明,所设计的低副瓣COCO阵列天线完全达到了设计目标。     

同轴共线阵列天线低副瓣设计

对流层风廓线雷达对阵列天线的要求是结构简单,在满足高增益条件下,低副瓣是其关键指标。针对该应用背景,提出了一种辐射单元长度可变的同轴共线天线 (COCO)模型。该天线模型利用不同数量辐射节COCO线源组阵,其口径幅度为修正Taylor分布。在该模型基础上,采用数值计算和优化,COCO阵列天线增益为25.7 dB,E面副瓣为-23 dB,H面副瓣为-22.3 dB。该天线阵样品的测试表明,所设计的低副瓣COCO阵列天线完全达到了设计目标。     

高功率平板波导螺旋阵列天线设计

提出了一种工作在C波段的高功率平板波导螺旋阵列天线。以平板波导馈电,降低了馈电复杂性和馈电结构高度;对基本的电探针结构进行改进,通过控制扇形缝隙的圆心角大小来调整耦合量,并采用上下脊结构消除反射;设计了短螺旋天线结构,通过分离的参数分别优化轴比和反射,得到天线的轴比在−7°～7°的范围内小于0.5 dB;构建了一个20单元的直线馈电阵列,通过电探针结构从平板波导中耦合能量,实现了20单元的等幅馈电。最后仿真了一个工作在4.3 GHz,包含20×20个单元的螺旋阵列天线,结果表明：该天线的增益为31.6 dB,口径效率为74%,在4.11～4.43 GHz的频带范围内反射小于−16 dB,功率容量3.6 GW。     

高功率双层径向线螺旋阵列天线实验研究

 介绍了高功率双层径向线螺旋阵列天线的模拟优化结果,对按照优化结构尺寸加工的阵列天线进行了实验研究。在实验中,设计了用于连接标准接口和天线输入口的阻抗变换器,对阵列天线辐射特性的测量采用了标准线极化天线比较法。实验结果表明：在3.8～4.2 GHz的频率范围内天线增益大于19.7 dB,口径效率大于42%,天线轴比小于4 dB,驻波系数小于1.6;实验结果与数值计算结果基本一致。     

宽带高功率贴片天线阵列辐射特性

 为提高宽带高功率微波辐射天线的总体功率容量和增益,研究了2×2宽带高功率贴片天线阵列的阵元互耦特性、馈电功分器设计及对宽带电磁脉冲的辐射特性。阵元采用宽带高功率双层贴片天线,分析了阵元反射和互耦系数随阵元间距的变化关系,结合增益变化曲线,选取阵元间距为30 cm。优化设计了1分4的同轴功分器,采用阻抗渐变方法,提高了功分器的带宽,使其在224~415 MHz时的反射系数小于0.1。模拟了带功分器的完整天线阵,结果表明天线阵带宽达到了57.4％,280~390 MHz频带范围内的增益大于12 dB,在360 MHz时达到最大增益14.23 dB,对中心频率320 MHz,带宽10％的宽带电磁脉冲辐射效率为868％,峰值功率增益大于11 dB。     

阵列天线控制系统的可重构技术

针对控制系统软件在线更新或升级维护的需要,构建了SoPC远程更新系统,研究了一种远程在线更新FPGA硬件配置文件和Nios II软件可执行文件的可重构方法。通过硬件配置代码和软件可执行代码引导顺序的分析,设计了高级BootLoader,可以从任意指定地址加载应用模式映像软件代码;EPCS存储用于远程更新的工厂模式映像和多份用于天线相位控制的应用模式映像;采用自定义的CAN应用层协议,用于传输及校验数据,保证了传输的可靠性。实验验证了方案的可行性,系统可进行多份配置程序的自由切换;即使远程更新失败,FPGA也能自动加载工厂模式映像,提高了系统安全性和可靠性。     

相控阵天线内部通信的CAN控制器IP核设计

为实现相控阵天线波控系统小型化、芯片化的目的,设计了一种基于Avalon总线的CAN控制器IP核。参照CAN2.0B协议规范,给出了CAN控制器IP核的功能结构,利用Verilog硬件描述语言完成了控制器接口逻辑、位流处理器、位时序逻辑等模块设计,并进行了设备驱动及应用软件开发。将设计的CAN控制器IP核、Nios II微处理器、多个单元相位控制器IP核等集成到FPGA中构成子阵级波束控制的SoPC系统。最后对CAN总线的通信性能进行了实验测试。结果表明:设计的CAN控制器IP核能够在实际CAN网络中稳定可靠地收发数据。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有较强的适应性,也可用于高密度、紧凑型工业控制领域。     

相控阵天线内部通信的CAN控制器IP核设计

为实现相控阵天线波控系统小型化、芯片化的目的,设计了一种基于Avalon总线的CAN控制器IP核。参照CAN2.0B协议规范,给出了CAN控制器IP核的功能结构,利用Verilog硬件描述语言完成了控制器接口逻辑、位流处理器、位时序逻辑等模块设计,并进行了设备驱动及应用软件开发。将设计的CAN控制器IP核、Nios II微处理器、多个单元相位控制器IP核等集成到FPGA中构成子阵级波束控制的SoPC系统。最后对CAN总线的通信性能进行了实验测试。结果表明：设计的CAN控制器IP核能够在实际CAN网络中稳定可靠地收发数据。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有较强的适应性,也可用于高密度、紧凑型工业控制领域。     

基于FPGA的多轴直流电机控制系统

为了实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用微型直流电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位,研究了一种基于单片FPGA的多轴直流电机控制系统。采用IP设计思想,直流电机的位置控制用纯硬件逻辑电路的形式(直流电机控制IP核)实现,总线通信及轨迹计算由同一芯片上的微处理器(Nios II软核)软件实现,从而容易构建多轴直流电机控制的片上系统。利用Verilog硬件描述语言,设计了一种高性能直流电机控制IP核,并进行了仿真验证。为了验证该IP核的复用性,构建了一个56轴直流电机控制的片上系统。实验结果表明,此系统可对各个直流电机实现快速精确控制,每轴的运动相互独立,并且控制参数在线可编程,控制一致性满足系统设计要求。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有较好的适用性,已在某相控阵列天线中得到了应用。     

机械相控阵列天线的电机控制系统设计

为实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用直流电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位.利用数字信号处理芯片TMS320F2812设计了直流电机位置控制系统,介绍了控制系统的硬件设计方案、控制策略及软件设计方案.针对直流电机驱动的螺旋天线单元位置控制系统,研究了模糊PID控制算法,并把它应用到控制系统中.实验结果表明,...     

基于VxWorks阵列天线主控系统的多节点通信北大核心CSCD

采用UDP通信协议实现基于VxWorks的阵列天线主控系统与各分系统之间的多节点通信;在应用层中设计了通信协议,保证通信双方可以正常通信;同时,设计了缓冲机制,用以存储收发的命令,保证信息在传输过程中不丢失,使命令任务能够有序正常的执行。实验结果表明,该协议及缓冲队列可以有效的实现阵列天线主控系统与各分系统之间的多节点通信。     

基于VxWorks阵列天线主控系统的多节点通信

采用UDP通信协议实现基于VxWorks的阵列天线主控系统与各分系统之间的多节点通信;在应用层中设计了通信协议,保证通信双方可以正常通信;同时,设计了缓冲机制,用以存储收发的命令,保证信息在传输过程中不丢失,使命令任务能够有序正常的执行。实验结果表明,该协议及缓冲队列可以有效的实现阵列天线主控系统与各分系统之间的多节点通信。     

复合振子天线阵列的数值模拟

 用时域有限差分方法模拟了由复合振子天线单元组成的天线阵列的辐射特性;计算了天线从同轴线的馈电效率,给出了天线阵列的辐射场和能量方向图;比较了不同排列方式下阵列的辐射方向图。模拟结果表明：这种天线阵列具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲的辐射应用。