复合目标模拟器电磁仿真的研究

为了对红外/微波共口径目标模拟器的电磁特性进行有效的仿真分析,采用全波数值算法矩量法(MOM)、多层快速多极子(MLFMM)算法和高频近似物理光学法(PO)相结合的混合电磁算法对所设计的红外/微波共口径目标模拟器电场的幅度和相位进行了计算,并对该模拟器应用于测试比幅单脉冲接收机特性进行了仿真计算,仿真结果表明:共口径目标模拟器能够很好的对红外/微波复合比幅单脉冲接收机红外与微波测角指向的一致性进行评估.     

红外/射频共口径目标模拟器电场相位分析

为了在实验室内进行复合寻的制导系统的性能验证和评估,需要产生模拟射频/红外的复合信号,红外/射频共口径目标模拟器是产生该复合信号的一个关键部件.采用(MOM)和物理光学法(PO)相结合的方法具体分析了红外/射频共口径系统中辐射近场区和远场区电场强度相位分布情况,并对辐射近场区电场,强度相位进行了实际测试,两者取得了较好的吻合.在辐射近场区完成了通常情况下天线远场才能实现的目标模拟,大大缩短了测试距离.     

毫米波在SiO2基底材料中的传播特性

红外/毫米波分频器件是红外/毫米波复合探测系统的关键器件之一。利用电磁波干涉理论计算和分析了介质材料特征参数对毫米波透射、反射和吸收性能的影响。针对工作频率为35GHz的电磁波,给出了介质材料厚度设计的准则,分析了SiO2材料不同物理厚度和物理厚度偏差对毫米波传输性能的影响。分析结果表明:基底物理厚度越大,基底物理厚度偏差对毫米波透射、反射和吸收性能的影响就越大,要求也越精确。对红外/毫米波分频器件的设计有一定的参考价值。     

用做二向色镜的分形频率选择表面研究

毫米波/红外复合制导共口径天线需要使用二向色镜,用于透射微波/毫米波、反射红外,提出了用分形频率选择表面(FSS)实现二向色镜的方法,设计了一种Ku波段和Ka波段双频带通的Y环分形FSS,基于频域有限差分法(FDFD)和周期边界对其进行了仿真分析,并进行了实物研制,仿真和测试结果表明,该分形FSS结构具有稳定而优良的频率特性,同时圆极化性能好、工程实现简单,而且对大于5 μm的红外信号反射率最高接近90%.     

毫米波/亚毫米波临边探测仪准光技术

毫米波/亚毫米波临边探测仪中的辐射计通常需要工作在多个频段,如多频段共馈源,则其带宽往往不能达到要求。当多个探测频段共用一个主反射镜,采用准光学技术实现探测频率分离,则可以节省很大的空间。准光极化线栅和准光频率选择器相配合用来分离频率范围在118 GHz~340 GHz 的4个频带,准光极化线栅是一个准光功率分配/合成器,将4个频段的信号分为(183 GHz/240 GHz)和(118 GHz/340 GHz)2组信号。准光频率选择器是一个高频频率选择表面,可以将高频段的电磁波透射,低频段的电磁波反射。反射和透射的电磁波分别进入2个频段的接收模块,实现信号的接收。本文利用HFSS仿真软件对周期单元的结构参数进行仿真优化,并通过仿真结果完成了准光极化线栅和准光频率选择器的技术实现。实测结果与毫米波/亚毫米波临边探测仪的设计要求一致。     

基于分形频率选择表面的二向色镜

毫米波/红外复合制导半实物仿真中需要使用二向色镜,用于透射毫米波、反射红外,提出了用分形频率选择表面(FSS)实现二向色镜的方法,设计了一种8 mm和3 mm波段双频带通的Y环分形FSS,基于频域有限差分法(FDFD)和周期边界对其进行了仿真分析,并进行了实物研制.仿真和测试结果表明,该分形FSS结构具有稳定而优良的频率特性,同时圆极化性能好、工程实现简单,而且对大于5 μm的红外信号反射率最高接近90%.特别是这种二向色镜可以同时应用于8 mm和3 mm波段毫米波/红外半实物仿真系统,具有良好的复用特性,因此有很好的应用前景.     

一种实现中红外非对称传输的手征超表面设计

为了研究手征超表面在中红外波段的非对称传输特性,设计了一种基于L型结构的手征超表面单元。利用CST电磁软件进行仿真分析,结果表明在68.92~88.68 THz范围内非对称传输参数大于0.8,在73.25 THz处非对称传输参数达到极值为0.88,由此可知该结构在中红外波段具有良好的非对称传输特性;通过分析表面电流分布和透射场相位分布,阐明了该手征超表面的极化选择性反射和交叉极化透射机理;对单元结构手征强弱和非对称传输特性的关系进行了讨论,并研究了介质层、金属层的厚度以及电磁波入射角度对非对称传输特性的影响。     

测量材料吸收毫米波性能的新型探头

提出了用于测量吸波材料吸收雷达波性能的新型探头。引入高次模,采用相位分析法,克服了多变量干扰,简化计算。在固定区间求偏差和方差最小值,得到平缓电场。仿真结果证明新型探头口径电场平缓,波动小,近似平面波。新型探头的平面波范围与口径比为53%,比现有厘米波探头扩大了17.2%,能精确地模拟雷达对材料的辐射,减小测量误差。此探头尺寸较小,可广泛应用于户外测量材料吸收毫米波雷达电磁波的性能。     

基于石墨烯的太赫兹波调制器

石墨烯由于其优异的电学性能,在微波、毫米波、太赫兹波等领域显示出潜在的应用前景。本文设计了毫米波和亚太赫兹波频段的基于石墨烯的相位和幅值波导调制器。该石墨烯调制器可以通过调节石墨烯的表面阻抗来调控电磁波在波导中传播的振幅和相位;分析了石墨烯片的长度和位置对电磁波在波导中的透射和反射系数的影响,同时还分析了石墨烯化学势对电磁波在波导中传输和反射的影响。结果表明,通过调节石墨烯片的长度及其在矩形金属波导中的位置,可以调控调制器的反射系数、透射系数和透射相位调制范围,并满足器件级应用需求。     

频率选择表面结构吸波体的电磁特性研究

采用时域有限差分法(FDTD)计算了蝶形和方环形FSS单元图形的反射与传输特性以及反射信号与入射信号的相位关系,并对计算结果进行了分析.结果表明电磁波的干涉相消是FSS吸波体吸波的主要原因,并且当反射电磁波满足2nπ的相位关系时才能达到最佳吸波效果;FSS吸波体的中心频率随介质层厚度的增加而下降;介质层厚度为5 mm时...     

新型多功能目标模拟器光学系统的设计

针对现有目标模拟器不能用于多传感器光电设备调焦调轴过程、无法满足其装调需求的问题,设计仿真了一种新型多功能目标模拟器光学系统。本文确定了该目标模拟器的光学方案,采用了中波红外、长波红外、激光、可见光多波段共孔径复合形式,对各分系统进行了详细设计和仿真。作为多传感器光电设备焦距调试以及各波段光学系统光轴一致性调试过程中的核心设备,该目标模拟器可以为其提供调焦和调轴基准并提高调焦和调轴精度,该目标模拟器集成度高、结构紧凑、小巧便携,便于后续自动化扩展。     

Coherent optical beam forming with passive millimeter-wave arrays

Passive millimeter-wave imaging requires large apertures to achieve an angular resolution comparable to that of typical infrared imagers. Aperture synthesis offers a route to achieving high resolution without using a single large aperture, by interferometrically combining the signals from a number of smaller distributed apertures. In such a system the individual millimeter-wave signals must be transported to a common location with good phase fidelity and combined to form the image. This paper discusses a technique called coherent optical beam forming which performs optical transport of the up-converted millimeter-wave signal and direct image formation at the optical frequency. Proof of principle experiments are described that demonstrate coherent optical beam forming with a point source and a method of self-calibrating the array to remove phase errors     

平面带隙结构在微波和毫米波集成电路中的应用

介绍了平面带隙结构在微波集成电路应用方面的最新进展。光子带隙(PBG)结构是具有带阻特性的周期结构,最初应用于光学领域,后来扩展到其他领域。目前从可见光到红外都有研究,在微波和毫米波频段也有应用。PBG结构可以采用金属、介质、铁磁或铁电物质植入衬底材料,或者直接由各种材料周期性排列而成。目前国内外所提出的光子带隙结构多种多样,一维和二维的平面带隙结构由于易于实现且便于集成,因而在微波毫米波集成电路中得到了广泛的应用。     

Focusing properties of liquid crystal lens cells with stack-layeredstructure in the millimeter-wave region

Liquid crystal (LC) lens cells are fabricated using a nematic LC material with a positive dielectric anisotropy and semicircle-shaped metal substrates as quasioptical millimeter-wave devices. The millimeter-wave focusing properties of the LC lens are measured at 94 GHz and its convergent effects caused by the lens-shaped configuration are then observed. Changes in the focusing properties by applying an external electric field are confirmed     

A New Leaky Waveguide for Millimeter Waves Using Nonradiative Dielectric (NRD) Waveguide-Part II: Comparison with Experiments

Accurate measurements were taken of the leakage constant of a leaky-wave structure based on nonradiative dielectric (NRD) waveguide in order to verify the theory derived in the companion paper, part I. Although the structure is intended for millimeter-wave use, measurements were made on a model scaled to X band (lambda = 3 cm) to improve the accuracy of the experimental results. The measurements were taken by probing the electric near field strength along the longitudinal direction. Comparisons with accurate theoretical data are presented for different frequencies and geometrical parameters, and very good agreement is found between the measurements and the theory.     

多谱段共孔径跟踪/引导系统光学设计

共孔径光学结构可以充分利用长焦距、大孔径光学系统高分辨率的特点,是光学系统发展的重要方向之一。文中设计了一套可见光成像、激光成像和激光测高共孔径的跟踪引导系统。共孔径设计结合了高分辨率的可见光系统与高测量精度的激光系统,使系统既可以获得目标的高清图像,又可以得到目标的相对位置信息。同时,共孔径光学结构可以压缩系统尺寸,降低光学系统在跟踪过程中的转动惯量,有利于系统的整体实现。可见光子系统的焦距1 200 mm,F数6,视场1.2;1 064 nm激光成像子系统焦距1 500 mm,F数7.5。各系统的成像质量均接近衍射极限,并通过公差分析验证了系统的公差分配结果。     

Design of Dielectric Grating Antennas for Millimeter-Wave Applications

At theoretical procedure well suited for generating design data on dielectric grating antennas for the millimeter-wave region is presented. The procedure utilizes the effective dielectric constant (EDC) method to determine the phase constant of the leaky modes supported by the antenna structure of finite lateral width. The radiation or leakage constant of these modes is obtained from the relatively simple boundary value problem of dielectric grating antennas of infinite width. For single-beam radiation, the practicably interesting case, the phase and leakage constants completely determine the field distribution in the antenna aperture, from which the directivity gain and radiation pattern are then calculated. The dependence of the antenna characteristics on the dimensions of the radiating structure is presented and discussed for epsilon = 12, the dielectric constant of typical millimeter-wave materials, such as silicon and GaAs.     

Millimetre-wave switching by optically generated plasma in silicon

Optoelectronic switching and gating of millimetre-wave signals at 94 GHz by optically generated plasma in silicon dielectric waveguides are reported. A pulsewidth for millimeter-wave signals as short as one nanosecond and variable to tens of nanoseconds can readily be obtained by this technique.     

一种基于相位调制器的40 GHz OFDM-ROF系统实验研究

实验研究了一种基于相位调制器(PM)并级联强度调制器(IM)实现40 GHz毫米波传输正交频分复用(OFDM)信号的光纤无线通信(ROF)系统。在中心站,采用20 GHz的射频(RF)信号驱动PM,调节驱动信号的强度,使输出的信号经光纤布拉格光栅(FBG)滤除中心载波后再送入IM。2.5 Gbit/s的OFDM信号直接调制在光毫米波上,经过50 km标准的单模光纤(SSMF)传输到基站。在基站,光调制信号经光电转换器(PD)转换成电调制信号,再与RF信号混频,恢复出基带OFDM信号。实验结果表明,在无色散补偿、误码率(BER)为10-3的条件下,下行链路中2.5 Gbit/s的OFDM信号经光纤传输50 km后,其功率代价小于1 dB,而且信号的星座图依然较好。     

Passive Millimeter-Wave Microscopy

A new type of millimeter-wave imaging technique, passive millimeter-wave microscopy is proposed and demonstrated. Passive millimeter-wave imaging techniques when combined with scanning near-field microscopy enable direct observation of millimeter-wave signals thermally emitted from the viewed object with a spatial resolution below the diffraction limit. Details of our passive microscope system operating at Ka-band frequencies are explained. Millimeter-wave images obtained with the system are presented to demonstrate the feasibility of this new imaging technique.