X波段4单元微带天线阵辐照响应

采用时域有限差分法,并结合导体边缘奇异性处理技术,在不降低计算效率的情况下,保证了计算精度,得到了高功率电磁脉冲辐照下X波段4单元微带天线阵的响应。计算结果表明：馈电点最大响应电压峰值由天线阵各阵元接收的入射脉冲在馈电点叠加引起,且天线阵中主要存在与馈电点激励天线阵不同模式的波。响应电压峰值随着入射脉冲波矢量与正z轴夹角的减小而增大,随着入射脉冲波矢量xOy平面投影与正x轴夹角的增大而增大,频谱随着上述两个夹角的增大均向低频转移。     

X波段4单元微带天线阵辐照响应

采用时域有限差分法,并结合导体边缘奇异性处理技术,在不降低计算效率的情况下,保证了计算精度,得到了高功率电磁脉冲辐照下X波段4单元微带天线阵的响应。计算结果表明:馈电点最大响应电压峰值由天线阵各阵元接收的入射脉冲在馈电点叠加引起,且天线阵中主要存在与馈电点激励天线阵不同模式的波。响应电压峰值随着入射脉冲波矢量与正z轴夹角的减小而增大,随着入射脉冲波矢量xOy平面投影与正x轴夹角的增大而增大,频谱随着上述两个夹角的增大均向低频转移。     

X波段高功率微波四路合成器的设计与仿真研究

为了获得更高的输出功率,开展了四路高功率微波合成器的设计与研究。运用极化正交模式耦合的方法,以及TE11模有垂直和水平两种耦合系数相差极大的极化状态,设计并验证两路三通道耦合器中电磁波相同模式和相同极化方向耦合及能量传输,最后在它们的理论与仿真基础上,设计一种可行的四路高功率微波合成器结构,使四路高功率微波利用波导合成并输出。该高功率微波合成器主要由输入段、耦合段及输出段三部分组成,合成器有四个输入段,并且与四个输入端口相连,四个输入段部分为副波导通道;主通道为输出段,与输出端口直接相连。四个副通道分别利用各自与主通道之间的狭长耦合缝将能量耦合到主通道中,经主通道输出口输出。利用电磁仿真模拟软件,副通道的能量耦合效率能够达到95%以上,可以有效实现四路微波高效合成,为功率合成器提供一种应用途径。     

X波段微带余割平方扩展波束天线阵赋形优化遗传算法研究

提出了一种改进型自适应遗传算法, 该算法用logistic函数拟合交叉概率和变异概率, 以赌轮盘选择和精英保留相结合的方式, 在全局寻找最优解. 与经典遗传算法相比, 改进型自适应遗传算法可以大大提高算法的求解质量. 本文基于改进的自适应遗传算法研究设计了-3 dB范围为0°-12°, -10 dB波束宽度为65°, 波束覆盖为65°, 天线频带范围为8.5-9.8 GHz, 中心频率为9.05 GHz的X波段微带余割平方扩展波束天线阵. 研究结果表明改进型自适应遗传算法对方向图的拟合程度具有较大提高, 适应度值可以从0.07以下提升到0.09以上.     

共形光学设计研究

符合空气动力学的导引头整流罩都是流线型的面型,由于这些面型破坏了光学系统的对称性,与导引头成像光学配合时会带来严重的像差,使成像质量下降。所谓共形光学设计就是在整流罩和成像光学系统之间加入校正系统,用校正系统校正整流罩所带来的像差,以便获得良好的成像质量。介绍了共形光学设计的概念,讨论了设计原理,分析了热变形的影响,并给出了一个设计实例。     

共形Mikaelian声透镜设计*

该文研究了利用共形变换设计声学器件的一般方法,在此基础上根据普通Mikaelian透镜的折射率分布规律,利用指数映射设计出了弧形的Mikaelian透镜,分析并讨论了弧形透镜的密度、模量和折射率分布规律。对160 k Hz的声波进行了仿真实验,仿真结果表明,在弧形透镜的理论预测焦点处出现能量汇聚的现象,即实现了弧形聚焦的效果。同时,声波在经过该透镜后传播方向产生了一定角度的偏转。该工作为实现弧形声学器件提供了理论方法,在水下声探测及水下声通讯等方面有着潜在的应用。     

X波段宽频带多模轨道角动量天线仿真与设计

轨道角动量作为一种新的、安全和高效利用频谱的传输复用方式引起了科学界的关注。基于均匀圆阵列,设计了一种工作在X波段的宽带多模轨道角动量天线。该天线由旋转排列的三角形均匀圆阵列组成,其特点是正负模式数的产生除了与馈电方式有关外,还与均匀圆阵中阵元的旋转方式相关。仿真结果表明,在X频段该天线-10 dB带宽范围为9.33~10.37 GHz,带宽达到1.04 GHz,总的效率为52%;在相同阵元数量的情况下,该天线产生的模式数多于矩形贴片天线。该天线具有馈电网络简单、带宽宽和模式数大等优点。     

红外双波段共焦复合孔径光学系统设计

为满足光电成像装备多元、广域、远距离探测的需求,提出了双波段复合孔径光学系统的概念。采用主副孔径配合探测搜索的方式,其中主孔径用于远距离探测,副孔径用于大视场搜索,并分析主副孔径与中继系统拼接函数以推导复合孔径共焦面方程,从而保证不同波段图像采集的同步性和一致性。设计的红外双波段复合孔径光学系统成像波段为3.7～4.8μm和7.7～9.5μm,复合孔径系统由5个子眼（1个主子眼和4个副子眼）构成,主孔径焦距为200 mm、视场角均为±6°,副孔径焦距为50 mm、视场角均为±12°,主副孔径光轴夹角为6°,合并后的总视场为24°。相对于均一型复合孔径系统而言,该系统兼具了远距离探测与大视场搜索功能,主副孔径系统与中继接收系统成像质量良好,在-40～60℃温度范围内无热差影响。     

二次曲面共形光学整流罩面型设计

椭球形整流罩产生较大的空气阻力,限制了精确制导武器的作战性能。以减小空气阻力为主要目标,针对二次曲面共形光学整流罩进行研究,设计综合性能较为完善的整流罩面型。应用计算流体力学方法,计算了共形整流罩的空气阻力系数,建立了共形整流罩空气阻力评价函数。基于光线追迹理论,以不同目标视场下的平均波前误差作为像质评价指标,构建了共形整流罩像质评价函数。以雷达散射理论为基础,计算了整流罩的雷达散射截面积,给出了共形整流罩雷达散射特性评价函数。结合空气阻力、光学成像质量和雷达散射特性,建立了二次曲面共形整流罩综合性能评价函数,确立了长径比为1.5的抛物线型整流罩具有较好的综合性能。相比椭球形整流罩,该抛物线形整流罩减少了约1/3的空气阻力。     

多波段共孔径离轴三反光学系统设计北大核心CSCD

针对军用光电系统对视场范围、图像质量和系统小型化的迫切需求,根据指标要求设计了一种大口径离轴三反光学系统。采用离轴多反式结构消除系统遮拦,缩减结构尺寸,通过引入复杂面型实现大孔径设计,在保证足够分辨率的同时,增大光学系统的视场角,以获得更加丰富的目标特征,提高了系统的目标探测和识别能力。与透射式结构与折返式结构相比,大幅度减小了光电产品的体积和质量,有效减轻了伺服设计负荷,具备隐蔽性好、光谱覆盖范围广、透过率高、视场兼容性强的特点。设计结果表明:电视光路在120 lp/mm处全视场MTF>0.2,短波红外光路在60 lp/mm处全视场MTF>0.3,中波红外在30 lp/mm处全视场MTF>0.15,网格畸变小于0.5%,满足设计指标要求。     

圆极化高温超导微带天线阵

一个用于直接广播卫星(DBS)系统的圆极化和单一馈电网络的四单元高温超导微带天线阵,被设计和制造在一个0.5毫米厚的氧化镁衬底上,中心频率是12.2GHz。为了比较,一个天线是采用金膜制造的,另一个是采用超导薄膜钇钡铜氧(YBCO)制造的。为了提高圆极化阵的轴比特性,运用连续旋转的技术。效率、方向性、回波损耗和带宽分别在室温和液氮温度下被测试。采用超导薄膜钇钡铜氧(YBCO)制造的阵表现很好的圆极化特性,并且在温度为77K下时的增益比室温时的金膜天线阵大1.64dB。在谐振频率12.24GHz时回馈损耗为-30.6dB并且总的有效带宽大约为3.52%。这个结果显示当高温超导体用于微带天线阵时,能提高天线阵的效率。     

基于特征基函数的球面共形微带天线阵列分析

采用全波分析法对球面共形微带天线阵列进行了分析.相比体-面积分方程,采用球并矢格林函数的面积分方程法可以大幅减少未知量的数目,进而缓解计算机内存压力.微带天线阵列表面采用曲面三角形剖分,可较精确地模拟球面特性.首先,引入边界电荷以及半Rao-Wilton-Glisson基函数,成功实现了探针馈电,并采用镜像法解决了馈电边处线积分奇异问题.然后,采用特征基函数法降低了阻抗矩阵的阶数,并采取有效措施进一步节省内存和计算时间.最后,分析计算了不同尺寸的球面共形微带天线阵列的输入阻抗及远区场特性.与文献和仿真软件结果进行比较,证明了所提出的处理方法的正确性和有效性.     

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.     

基于双层介质的宽轴比波束微带天线

为了展宽微带天线的3 dB轴比波束宽度(ARBW),提出采用双层介质基板结构与单点同轴线馈电、引入切角微扰和半圆槽的方式,设计出一款小型化宽ARBW的圆极化微带天线。该天线的尺寸可用中心波长(0)表示为0.40800.40800.0360,工作频率可覆盖IEEE 802.16e(3.5 GHz)频段。利用基于有限元法的仿真软件(Ansoft HFSS15.0)对天线进行优化设计,获得天线3 dB ARBW为230~255,电压驻波比(VSWR)小于2的带宽为290 MHz,峰值增益在3.5 GHz为4.11 dB。测试结果与仿真结果基本一致,表明采用该结构和设计方式可以展宽天线的ARBW。     

X波段低副瓣波导缝隙阵列天线特性

:根据Stevenson等效电路法设计了两个X波段低副瓣波导缝隙阵列天线。通过建立多个缝隙时的谐振长度提取模型,计算了存在缝隙间互耦时的谐振长度。两个阵列天线测试结果和仿真结果吻合良好,线阵中心频率实测增益为17.83 dB,其仿真结果为18.2 dB,实测副瓣为-28.12 dB,其仿真结果为-29.97 dB;平面阵列中心频率实测增益为27 dB,其仿真结果为27.9 dB, 实测H面副瓣为-27.2 dB,其仿真结果为-29.9 dB,实测E面副瓣为-22 dB,其仿真结果为-22 dB。     

馈电损耗及高辐射效率微带天线阵研究

根据串、并馈电微带天线阵列结构,建立了各自等效参数模型,定量分析了微带馈电网络功率损耗对微带天线阵列增益的影响,借助微带线和同轴电缆组成的低损耗混合馈电网络,采用串并馈电方式,完成了C波段4×24元高效率微带天线阵的设计。实测天线阵的各项指标均优于设计要求,其中阵列增益达到25.4 dB,实现了64.5%的辐射效率,较相同阵元数目的微带串馈列实测增益提高1.1 dB,与等效参数理论计算结果很好地吻合。     

馈电损耗及高辐射效率微带天线阵研究

 根据串、并馈电微带天线阵列结构,建立了各自等效参数模型,定量分析了微带馈电网络功率损耗对微带天线阵列增益的影响,借助微带线和同轴电缆组成的低损耗混合馈电网络,采用串并馈电方式,完成了C波段4×24元高效率微带天线阵的设计。实测天线阵的各项指标均优于设计要求,其中阵列增益达到25.4 dB,实现了64.5%的辐射效率,较相同阵元数目的微带串馈列实测增益提高1.1 dB,与等效参数理论计算结果很好地吻合。