微型无刷直流电机位置系统的过程控制

为了实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用微型无刷直流电机驱动螺旋天线单元转动来到达预定的辐射相位。设计了一种新型微型无刷直流电机位置控制系统,构建了比例滑模面-超螺旋二阶滑模控制器用于速度控制,利用结合速度剖面策略的PID控制算法实现了转动位置的中间过程控制。建立了基于Simulink的系统仿真模型,验证了方案的可行性,并构建了FPGA硬件实验平台。仿真和实验结果均表明,微型无刷直流电机驱动天线单元精确按照预设的速度剖面曲线运行,在50 ms控制周期内转动角度达到180°,中间控制过程的位置跟踪误差和平衡位置处的残余震荡误差均小于±3°。     

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。     

短螺旋-圆锥喇叭天线设计与分析

分析设计了一种适用于高功率阵列天线辐射单元的短螺旋-圆锥喇叭天线.数值模拟分析了不同单元间距下的短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦大小,并与短螺旋天线的互耦大小进行比较,结果表明:当单元间距等于0.9λ时,短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦与短螺旋天线相当;当单元间距小于0.9γ时,短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦比短螺旋天线略大;而当单元...     

3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线研究

从理论、模拟和实验等角度详细研究了高功率径向线螺旋阵列天线。从该阵列天线的设计思想出发,提出并设计了中心频率为4.0 GHz的3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线,特别提出了螺旋单元天线的L型电磁组合耦合馈电,并对阵列天线进行了模拟和实验两方面的验证。实验结果表明,在3.6~4.1GHz的范围内,天线驻波比小于1.4,增益大于22.9 dB,口径效率大于65%。     

高功率单层径向线螺旋阵列天线的设计与模拟

 在研究磁探针耦合特性的基础上，设计了中心频率为4.0 GHz的3圈36单元高功率单层径向线螺旋阵列天线，各圈距中心位置分别为45，90，135 mm，单元个数分别为6，12，18。该天线采用磁探针代替电探针给短螺旋单元天线馈电，通过同轴-径向线模式转换器实现径向线TEM外行波激励，采用调整磁探针的探入深度和绕轴旋转短螺旋单元天线的方法改变单元的激励幅度与激励相位。数值模拟结果表明：该口径为324 mm的天线在中心频率上可获得21.58 dB的增益，口径效率可达78.2％，轴向轴比值为1.73；在3.8～4.2 GHz的频率范围内增益大于20.85 dB，口径效率大于73.2％，轴向轴比值小于2.0，反射系数小于0.27，辐射效率大于93%。     

16单元矩形径向线螺旋阵列天线的理论分析和数值模拟

 提出了一种16单元矩形径向线螺旋阵列天线。介绍了该矩形阵列天线的提出背景以及工作原理,分析了两种电磁组合探针的耦合特性,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的16单元矩形径向线螺旋阵列天线。模拟结果表明：该口径为180 mm×180 mm 的天线在中心频率4.0 GHz 下,增益为18.24 dB,轴向轴比值1.065;在3.8～4.2 GHz的频率范围内增益大于17.89 dB,轴向轴比值小于1.2,反射系数小于0.15,口径效率大于85％。     

X波段16单元矩形径向线螺旋阵列天线设计

研究了一种X波段16单元矩形径向线螺旋阵列天线。介绍了该矩形阵列天线的提出背景以及工作原理,分析了两种电磁耦合探针在X波段的耦合特性,开展了扼流结构与电磁耦合探针的协同设计,设计并数值模拟了中心频率为9.3 GHz的16单元矩形径向线螺旋阵列天线,并进行实验测试。测试结果表明:该口径为96 mm×96 mm的天线在中心频率9.3 GHz下,增益为19.51 dB,轴向轴比值1.05,驻波系数1.17。     

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。     

4单元矩形径向线螺旋阵列天线的理论分析和数值模拟

 提出了一种便于组合的矩形径向线螺旋阵列天线。介绍了该矩形阵列天线的提出背景以及工作原理,分析了L型电磁组合探针的耦合特性,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的4单元矩形径向线螺旋阵列天线。模拟结果表明：该天线易于实现单元天线激励幅度和相位的均匀性及其随频率变化的平坦性。该口径为90 mm×90 mm 的天线在中心频率4.0 GHz 下,方向性系数为12.57 dB,轴向轴比值1.55;在3.60～4.05 GHz的频率范围内方向性系数大于11.6 dB,轴比小于1.55,反射系数小于0.2。     

36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线功率容量

 对36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线的功率容量进行了研究。讨论了真空状态下的微波击穿和真空与大气交界面的微波击穿,以这两种状态下的击穿阈值为依据,论证了阵列天线实现1 GW高功率微波辐射的可行性。采用有限元软件数值模拟了中心频率为4.0 GHz的阵列天线的功率容量,给出了模拟结果并分析了功率容量降低的原因;提出了提高阵列天线功率容量的技术途径。结果表明：改进的高功率双层径向线螺旋阵列天线可以实现1 GW高功率微波的发射。     

Wideband dipole antenna with inter-digital capacitor

A dipole antenna with wideband characteristics is presented. The proposed antenna consists of a dipole with periodic capacitive loading and a pair of coplanar striplines (CPSs) as an impedance transformer. By adding interlaced coupling lines at each section, periodic capacitive loading is realized. The periodic interlaced coupling lines divide each arm of the dipole into five sections, and currents are distributed on different sections at different frequencies, which is useful to achieve a wide impedance bandwidth. By parametric study using HFSS, the optimized parameters of this dipole antenna are obtained. In order to validate the simulation results, a prototype of the proposed dipole antenna is fabricated and tested. The results show that the proposed antenna can achieve a gain of 3.1 dB-5.1 dB and bandwidth of 51% for |S 11 | < 10 dB over the band of 3.9 GHz-6.6 GHz, indicating its good radiation performance and radiation efficiency.     

基于北斗的警犬天线设计及优化

为了有效完成铁路沿线的安全监测,基于北斗警犬状态远程监测系统应运而生,目前存在着监测系统中天线受环境影响大、接收性能差等问题,针对上述问题设计了一种平面微带天线。本文以单支节调配器为主线,以应用角度出发,分别对其平面及馈线弯折等情况进行了仿真分析,克服铁路特殊环境北斗天线安装困难、频带窄易受干扰等缺点。采用ANSOFT HFSS软件进行天线性能仿真,仿真结果表明,设计的北斗天线有效中心频率为1571MHz,电压驻波比小于1.5,符合警犬状态远程监测的实际应用要求。     

一种用于舰载无人机通信的天线伺服系统设计

为克服舰载设备使用稳定平台的可靠性问题,提出并设计了一种脱离稳定平台用于舰载无人机通信的天线伺服系统。该天线伺服系统用于舰艇对舰载无人机的实时跟踪,具有自动跟踪和手动跟踪两种工作模式,并且结构简单、工作稳定、响应速度快。从系统设计原理出发,阐述了系统的机电作动机构、角度跟踪算法、系统硬件电路设计以及伺服电机控制策略。实验表明,该伺服系统能够实时对舰载无人机进行精确跟踪,从而保障舰艇与无人机的有效通信。     

X波段的圆极化微带共形阵天线的仿真与设计

为了满足X频段机载雷达天线的指标要求,使得矩形平面天线与柱面共形,通过并联侧馈方式进行馈电。在微带共形阵天线的相关理论基础上,阵元采用介电常数2.2,厚度为0.5mm的介质基板。通过HFSS12对微带共形阵天线进行仿真设计并优化。实验结果表明,在X波段内实现了方位面的全向扫描,实测阻抗带宽为9.80-10.20GHz,最大增益可达10dB,全向辐射性能稳定,满足了指标要求。     

基于等离子体的定向天线阵理论与实验研究

当前国内学者对等离子体天线的研究主要集中于柱状天线和反射面天线, 而在国外已有学者以等离子体阵列结构设计了功能多样的智能天线系统. 为了较系统地了解这一新的设计思路, 基于等离子体散射理论对中心单元激励的圆形定向天线阵进行了理论和实验研究. 设计了一个16元等离子体无源振子的圆形天线阵, 实现了天线电磁波单波束和多波束的定向辐射. 通过理论计算和分析, 阐述了天线电磁波单波束和多波束辐射的原理. 通过建立实验系统, 测试了圆形天线阵的定向辐射特性. 实验结果和理论值接近, 说明该等离子体圆形天线阵可以实现天线电磁波的定向辐射和多波束辐射. 另外, 该天线阵还具有快速切换辐射方向、参数快速重构、雷达隐身性良好的优点. 关键词： 等离子体 定向天线阵 单波束 多波束     

Finite difference time domain analysis of a photonic crystal substrate patch antenna

Planar microstrip patch antennas can achieve a wide range of radiation patterns. However, due to surface-wave losses, they have low bandwidth, low gain, and a potential decrease in radiation efficiency. In order to minimize the surface-wave effects, a photonic-band gap (PBG) substrate is proposed. The PBG structure significantly diminishes the surface-wave modes and thus improves the gain and far-field radiation pattern and efficiency. In this paper, using FDTD, an accurate full-wave analysis of surface-wave propagation in a rectangular microstrip patch antenna with and without PBG is presented. Finally, the antenna fabricated and result of measurement was compared with numerical simulation.     

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.     

Analysis of space off-axis and performance of Cassegrain optical antenna system

The research of optical antenna is of greatest importance in the field of modern optical communication. For optical antenna, alignment of optical system is a significant factor, which influences the transmission quality of optical antenna system. Antenna off-axis is one of the important factors influencing the transmission quality of optical antenna system. In this paper, we analyze and numerically simulate how power attenuation ratio and gain of Cassegrain antenna vary with the antenna deflection angle and the distance that the central axis of receiving antenna deviates from z-axis, when space off-axis happens to the system. Finally, the coupling efficiency of Cassegrain antenna is tested experimentally, and the results show that the coupling efficiency of the Cassegrain antenna dramatically reduces in the case of off-axis. These studies provide a theoretical basis for optical antenna system to achieve accurate alignment in optical communication.     

钻孔雷达全向天线的设计与分析

根据钻孔雷达全向天线的设计要求,为减少天线的结构尺寸增加带宽,设计了一种新型电阻加载全向天线。通过理论分析和数值优化,选择了较优的结构尺寸,得到了较佳方向图和带宽。天线外径为65 mm,使用10 mm厚天线罩封装后外径为85 mm;天线的S11小于-10 dB频带为70~260 MHz,带宽约190 MHz。该天线的带宽超过100 MHz,中心频率处增益大于-3 dB,辐射电场脉冲波形拖尾小于主峰幅度1/5,方向图在H面为全向。基于矢量网络分析仪的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致,结果表明设计的天线能够满足钻孔测井雷达系统小尺寸宽带的要求。