X波段高功率容量Rotman透镜设计与仿真

介绍了Rotman透镜的工作原理,给出了透镜的设计方程。为适应天线在高功率水平下工作的需求,使用平板型设计,以提升功率容量,采用宽度渐变的方式改善了Rotman透镜的传输线分布方式。设计了一款工作在9.4 GHz、拥有9个输入端口和9个输出端口的高功率容量Rotman透镜天线。仿真结果表明,天线的扫描角度可以达到±22°,各方向增益大于16.5 dBi,效率约为60%,功率容量可达到0.9 GW。     

中红外宽带消色差超透镜的设计

中红外热成像系统是通过探测物体本身的辐射进行成像,不需要外部光源。而传统的中红外热成像系统体积大,不利于小型化。本文基于传输相位理论,采用时域有限差分（FDTD）法,使用FDTD软件计算仿真,探究了不同的单元半径、纳米柱高度及单元周期对相位延迟及透过率的影响,并且针对不同的纳米柱半径,利用传输相位调控实现中红外（3～5μm）波长下全介质硅材料的宽带消色差超透镜设计。其数值孔径为0.24,仿真焦距值为147.3μm,半峰全宽（FWHM）为8.11μm,透镜透过率达到70%。设计的超透镜不仅体积小、质量轻、全波长聚焦效率可达到54%,而且为平面透镜,因此易于光学系统集成,在红外成像、红外夜视仪、红外遥感等技术中展现出广阔的应用前景。     

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。     

大角度波束扫描的宽带平面阵研究

本文中介绍了一个可以实现大角度波束扫描的宽带平面声基阵,设计了纵向振动与换能器前盖板弯曲振动相复合的宽带换能器作为基元,保证了基阵具有较好的宽带性能。针对基元的自然指向性难以满足平面阵进行大角度波束扫描的要求,本文中采用通道型橡胶反声障板技术来拓宽阵上换能器的单元指向性,从而实现平面声基阵的大角度、宽带波束扫描。在有限元和边界元进行优化设计的基础上,制作了实验样阵。测试数据表明:在工作频段内换能器响应起伏不超过3 dB,12 kHz时阵上基元指向性达到了140°,基阵-3 dB波束覆盖范围可以达到144.4°,最大旁瓣不超过30%。     

宽带恒定束宽波束形成器的设计与实现

本文提出了一种设计宽带恒定束宽波束形成器的方法,这对应用于海底探测和分类问题的声纳系统来说十分重要,对于给定频带宽度的信号,选择一定数量的频率点来表达其频率响应,对于一个给定的频点,可以通过现有方法导出满足恒定宽要求的加权矢量,例如对于一个线阵列,可用切比雪夫多项多得到其加权矢量,因此对于一个具有Ｎ个阵元的宽带阵,如果选择Ｍ个频率点,可以得到一个ＮＭ的加权矩阵,这个矩阵的每一行代表一个阵元的频率响     

三维大型任意阵列宽带波束指向性图的快速计算

为解决常规频域直接方法计算大型三维阵列宽带波束图(BP)速度较慢,无法满足大型三维宽带阵优化设计需求的问题,提出了一种适用于大型三维任意阵列的宽带BP图的快速算法.在利用二维非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)伴随操作实现二维阵列BP频域快速计算方法的基础上,引入第三空间频率变量,将与阵元纵向坐标有关的相位因子转化为第三...     

紧凑式多光谱成像系统设计和优化

针对快照式多光谱系统存在体积大、光路复杂的问题,从孔径分割多光谱成像系统模型出发,设计出由复合前置光学元件、阵列孔径光阑、微透镜阵列、阵列滤光片和图像传感器组成的紧凑式多光谱成像系统,总体尺寸优于12.4×8×8(mm)³。利用阵列孔径光阑克服了垂轴色差大、视场小和光能利用率低的问题。系统在480～650nm波长范围内视场角20°、F/#0.4、焦距2.5mm、总长12.4mm、单通道MTF在153lp/mm大于0.35、畸变小于0.23%。与现有技术对比,该系统兼顾了像素分辨率、光谱分辨率和时间分辨率,实现了单通道500×400的像素分辨率和6.8nm的光谱分辨率。与计算重构成像系统相比,其直接成像的方式确保了系统的高时间分辨率;且具备小型化、轻量化和低成本的特点。     

同心圆环阵列模态波束形成器设计

针对贝塞尔函数零点造成的模态波束形成器性能损失的问题,提出了基于均匀同心圆环阵列的模态波束形成器设计方法。从阵元域出发,建立了阵元域和圆谐波域之间的转换关系,推导了圆谐波域阵列信号处理表达式,其中重点推导了延时求和、最小方差无失真响应和多约束波束形成器的设计方法。理论证明了在平面各向同性噪声场中的基于同心环阵的圆谐波域最小方差无失真响应波束形成器等价于相位模式波束形成器。在该结论的基础上,综合考虑相位模式波束形成器在一定频率范围内的稳健性和指向性,提出了一种同心圆环阵列的内环半径优化方法。使用16元双环阵列对本文提出的波束形成算法进行仿真和实验,结果表明:同心圆环阵列能够较好地解决贝塞尔函数零点问题;其中多约束波束形成器能够在多个关联的性能指标之间取得合理的折衷,实现优于相位模式和延时求和波束形成器的声源定位性能。对内环半径优化方法进行仿真和分析结果表明,该方法得到了相较于传统方法更优的阵列结构。     

利用多扇区介质透镜得到TM01模激励的圆锥喇叭笔形波束辐射

给出了一种改善TM01模辐射特性的方法,由不同厚度的扇区组成的介质透镜放置于圆锥喇叭口径处,适当地选择各个扇区的厚度,从而产生圆极化的轴向为极大值的远场方向图。推导出了该天线辐射场的解析公式,解析结果与数值模拟有较好的吻合。当工作频率为5 GHz时,天线的增益达19.6 dB,口径效率31.3%,具有15.8%的带宽(反射系数S11<0.2), 且适合于高功率辐射。     

利用多扇区介质透镜得到TM01模激励的圆锥喇叭笔形波束辐射

 给出了一种改善TM₀₁模辐射特性的方法,由不同厚度的扇区组成的介质透镜放置于圆锥喇叭口径处,适当地选择各个扇区的厚度,从而产生圆极化的轴向为极大值的远场方向图。推导出了该天线辐射场的解析公式,解析结果与数值模拟有较好的吻合。当工作频率为5 GHz时,天线的增益达19.6 dB,口径效率31.3%,具有15.8%的带宽(反射系数S11<0.2), 且适合于高功率辐射。     

自聚焦透镜列阵的设计原理与制造

讨论了自聚焦透镜及其列阵成像的规律.根据所需列阵的共轭距离,分辨率等确定单根自聚焦透镜的几何尺寸和光学参数,设计出复印机用的自聚焦透镜列阵.最后,对列阵的制造作了初步介绍.     

高极化纯度的超表面透镜设计与应用

针对超表面在透镜方面的应用,基于各向异性超表面单元设计了一款高极化纯度的聚焦超表面透镜,并探讨了其在高增益高极化纯度天线方面的应用.设计了一款具有极化滤波特性的各向异性超表面单元,单元对x极化波保持高透性的同时,对y极化波保持近乎为零的透射率.利用该型单元设计了焦距为30 mm、阵列大小为105 mm×105 mm、单元数为21×21的聚焦超表面透镜.根据光路可逆原理,焦点处发出的球面波被超表面透镜有效转化为平面波,从而达到提高天线增益的目标.实验中分别用不同极化形式的球面波照射聚焦超表面来研究超表面对不同极化波的控制特性.结果表明,x极化波照射时,超表面工作于透镜模式,球面波转化为平面波,天线增益大大提高;y极化波照射时,超表面类似于金属板,将入射波全部反射;x/y极化混合波照射时,天线增益大大提高,且极化隔离度高于25 dB,充分说明设计的聚焦超表面在提高x极化波增益的同时可高效滤除y极化波,达到了高增益高极化纯度的目标.     

自聚焦透镜列阵的色差测量

本文分析了色差的产生和表示，计算和测量了锂玻璃自聚焦透镜成像系统中的轴向色差与横向色差，讨论了色差对自聚焦透镜列阵成像的影响。     

高功率椭圆形柱面介质透镜天线阵的设计

设计了一种椭圆形柱面透镜天线阵列。为改善天线的辐射性能,考虑到高功率应用中的高压击穿问题,提出在横截面为椭圆形组合矩形的天线罩内填充变压器油的方法,并将三元刀型天线阵列密封其内,形成介质透镜天线阵。利用椭圆的几何聚焦能力和介质的缩波效应,提高天线阵列的主瓣增益,并增加天线阵列的电尺寸。通过调整天线阵列的单元间距,相较于不加透镜的阵列结构,该结构的轴向远场电压峰峰值增加41%,远场辐射波束宽度变窄,前后比也得到改善,且增益提高了4.96 dB,功率容量提高338倍,达9.63 GW。     

阵列式微型透镜封装多芯片COB LED的光学仿真设计及应用

为了提高COB LED的取光率,以1919 COB LED为研究对象,建立阵列式圆锥透镜、半椭球透镜、四棱锥透镜和半圆球透镜封装LED模型,并利用光学仿真软件进行研究。仿真实验结果表明:在优化条件下,高0.5 mm、直径0.9 mm的阵列圆锥透镜封装LED的光通量由平面封装的67 lm提高至84.3 lm,即取光率提高25.8%。制作了RGB芯片的多芯片LED样品,并用直径1 mm的阵列半圆球透镜进行封装,其取光率提高18.8%。     

梯度折射率透镜在口腔内窥镜中的设计与应用

作为口腔内窥镜的摄像镜头，利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、结构简单、分辨率高、成像景深大的优点，研制出一套适合医患交流及进行口腔检查与治疗的医疗装置。采用修正折射率剖面的梯度折射率透镜, 降低系统渐晕，减小畸变,获取口腔内部图像，经CCD光电转换装置转换成电信号，再将电信号经过数字信号处理以后，将该数字信息存储于计算机内部或在显示器上显示出来。口腔内窥镜是集梯度折射率透镜、光学原理、光学材料与加工、微电子、数字成像技术等为一体的新型医疗设备。特别是采用经修正的梯度折射率透镜制造的口腔内窥镜成像清晰, 在图像畸变、景深等方面优于现有产品，而且便于对患者的各种信息进行管理、查询、输出等。     

X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计

为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明：该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。     

相控阵原理演示仪的研制及其在教学中的应用

阐述了相控阵原理演示仪的原理、实验内容及方法,该仪器可方便地通过人为控制对发射单元的信号移相使发射阵列的空间传输信号发生偏转.通过定量研究空间传输信号的偏转角度与控制信号的移相相位差的关系,让学生从波的干涉理论上来理解相控阵的基本原理,从而可较好地配合物理学波动理论的学习.     

非球面手机屏幕放大镜的设计

为方便老年人、视力障碍者等特殊人群看清手机上的文字及图像,采用ZEMAX光学设计软件,从高折射率材料,镜片面型和类型的选择上,以及从使用双胶合镜或非球面等方面设计了几款手机屏幕放大镜.通过分析手机屏幕放大镜特点,发现用非球面镜片不仅可以改善屏幕周边的像质并可减小镜片厚度.最后,还设计了几种放大镜与手机的契合方式,以克服现有手机放大镜片的不足.