一种用于Ku波段角锥天线方向性增强的结构设计

为了提高传统角锥喇叭的增益性能,设计了一种基于相位补偿方法的外置结构。从中心频点处的相位分布出发,通过在传统角锥喇叭口径面上外置镂空的同心圆柱,改善相位分布,从而实现频段内各个频点的相位补偿。选择Ku波段角锥喇叭天线作为初始模型,使用Ansoft公司的三维电磁仿真软件HFSS对外置加载结构进行仿真优化验证。仿真结果表明该天线在13～17 GHz频段内的增益平均提高了2.99 dB,中心频率处的增益提高了3.27 dB。与采用双负媒质结构的方法对比,可以实现更好的方向性。     

蒸发波导超视距信道建模及容量估计

为衡量海上蒸发波导环境下的超视距通信系统性能,提出了一种超视距信道建模方法及容量估计方案. 基于蒸发波导折射率模型和抛物方程（parabolic equation, PE）模型研究电波沿海面蒸发波导信道传播的大尺度衰落特性,结合统计性模型研究其小尺度衰落特性,形成基于电磁仿真和统计规律的混合蒸发波导信道模型,并由此推导出系统信道容量的估算方案. 对实际海面传播环境进行电磁建模,计算了蒸发波导环境中的路径损耗分布和多天线系统的信道容量,量化了使用多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）技术带来的超视距传播性能提升. 仿真结果表明,在蒸发波导环境中采用MIMO技术能够有效地提升信道容量,实现较好的超视距传播效果. 本文结果对海上超视距通信系统的应用及性能评估具有重要意义.     

基于柱坐标系抛物方程的太赫兹目标RCS计算

针对太赫兹(THz)波段目标雷达散射截面(RCS)的计算问题,提出柱坐标系抛物方程模型的计算方法。基于柱坐标系中的电场通解式,利用三角函数的正交性分解各模式的激励系数,将抛物方程方法拓展到柱坐标系,得到柱坐标系中抛物方程的分步傅里叶求解形式。在此基础上,将目标等效为一系列的面元或线元,然后通过边界条件和场的迭代递推方法求解抛物方程,进而获得这一系列面元在传播方向某一截面上的散射场。数值算例表明,该方法能用于电大尺寸目标的RCS计算,相比于传统的抛物方程方法,克服了散射角度的限制,计算误差更小。     

任意截面导体柱的电磁散射数值解

卡门翼形和任意多边形是两种典型的不规则形体，由于其不规则曲边和尖锐的角点，它们的电磁散射问题给传统的FDTD数值求解造成了一定的困难，这是因为要获得较高的精度，必须细分网格，从而增加内存需求和计算时间，本文利用形体变换结合时域有限差分法的Thompson-FDTD方法对这两种典型的不利形体的散射问题进行了数值模拟，其结果进一步验证了Thompson-FDTD方法对散射体几何形状变化具有较强的适应能力和较高的数值精度。     

太赫兹波大气衰减的抛物方程模型

抛物方程是一种模拟电波传播特性的高效模型,但目前抛物方程模型在模拟电波传播时,主要考虑大气的折射效应而忽略了其吸收作用,然而太赫兹波的大气衰减较为严重。通过引入大气分子吸收的复折射率,实现了应用抛物方程模型计算太赫兹波的大气衰减。该模型考虑了大气压强、温度和水汽密度等气象参数随高度变化对大气衰减的影响,且能够针对不同地区和季节的气象条件对大气衰减进行计算,与真实环境更加符合。最后利用该模型仿真分析了0.14 THz波的传播特性,给出了传播损耗随距离和高度的变化,并与忽略大气衰减的结果进行了对比,结果表明抛物方程模型能同时体现太赫兹的大气吸收效应和多径传播效应。     

基于滑动平均和逆抛物方程的目标定位法

应用逆抛物方程法进行有源目标定位时,传播空间中的背景散射体会产生高强度的杂波,从而导致其定位精度下降或失效.针对这一问题,使用自适应滑动平均算法进行有效信号提取,研究了不规则地形和不均匀大气媒质环境中的目标定位问题,分析了定位误差和定位门限的选取.通过对离散化的回波数据进行处理,利用运动目标和背景杂波的非相干特性进行信号提取和杂波抑制.仿真结果表明:该方法与逆抛物方程定位算法相比,改善了目标位置的信号聚焦程度和信干噪比.     

基于MEI方法的贴体网格FDTD方法

利用Thompson变换在任意形状的散射体外部产生共形的外部计算网格,并使FDTD计算区域的截断边界与散射体边界形状完全一致,时域不变性测试方程(MEI)方法被作为该截断边界上的局域吸收边界条件,从而大大压缩了FDTD的计算空间.数值试验结果证实,该方法可在不降低计算精度的前提下减少计算机内存需求.     

Thompson-FDTD方法中的两步法

本文将流体力学领域的微分-Thompson变换与时域有限差分(FDTD)技术结合起来,所形成的Thompson-FDTD方法,首次用来计算和分析任意形状介质体的电磁散射特性。该方法至少具有两个明显的优点:可以把不规则形体变换成规则形体,有利于精确匹配边界条件;可以任意调配网格分布,有利于提高计算精度。其数值实现进一步证实了该方法能精确模拟任意形状介质目标的电磁散射过程。     

蒸发波导中的时间反演抛物方程定位法

蒸发波导是一种在海面上频繁出现的多径传播环境,会引起信号畸变,导致常规算法分辨率下降,使得雷达测向测距误差加大甚至无法工作.本文提出了一种基于方向图加载的时间反演抛物方程定位算法,能够有效地处理蒸发波导效应,自适应地补偿信号畸变,形成与传播环境相匹配的、经过时间反演的电波,从而稳健地实现对目标的聚焦定位.该算法能够巧妙地利用多径效应,增大天线阵列的有效口径,得到超分辨率的效果.另外,它还对阵元间距有着较高的宽容性,这样就可以采用稀布形式,从而提高算法的实用性,增加其适用范围.仿真结果表明,对于相同口径的阵列天线,该算法使方位分辨率较自由空间提高了2倍以上;在30λ的大阵元间距下,旁瓣电平在8.96 dB以下,有效地抑制了鬼像的产生.该算法具有较强的稳健性和较高的精度,在海面通信、搜救、预警等领域有着广阔的应用前景.     

Short-pulse high-power microwave breakdown at high pressures

The fluid model is proposed to investigate the gas breakdown driven by a short-pulse(such as a Gaussian pulse) highpower microwave at high pressures.However,the fluid model requires specification of the electron energy distribution function(EEDF);the common assumption of a Maxwellian EEDF can result in the inaccurate breakdown prediction when the electrons are not in equilibrium.We confirm that the influence of the incident pulse shape on the EEDF is tiny at high pressures by using the particle-in-cell Monte Carlo collision(PIC-MCC) model.As a result,the EEDF for a rectangular microwave pulse directly derived from the Boltzmann equation solver Bolsig+ is introduced into the fluid model for predicting the breakdown threshold of the non-rectangular pulse over a wide range of pressures,and the obtained results are very well matched with those of the PIC-MCC simulations.The time evolution of a non-rectangular pulse breakdown in gas,obtained by the fluid model with the EEDF from Bolsig+,is presented and analyzed at different pressures.In addition,the effect of the incident pulse shape on the gas breakdown is discussed.