毫米波矢量调制器芯片的设计和测试

矢量调制器芯片作为一种可以直接对载波同时进行幅度和相位调制的新型电路,是目前毫米波通信和雷达系统中的一个研究热点。本文首先利用Agilent ADS软件仿真设计了一款工作在Ka波段的毫米波矢量调制器芯片,并基于先进的GaAs pHEMT工艺线流片成功。同时完整的提出了矢量调制器芯片的测试系统和测试流程,利用Agilent的四款仪器设备搭建了一个芯片测试平台,实际测量结果显示,测试系统稳定可靠,该款芯片的各项指标均达到国际先进水平。     

K波段微波辐射计中频接收机的影响研究

设计了一种用于K波段微波辐射计的零中频接收机结构.然后针对此中频接收机结构,进行非理想条件下K波段微波辐射计中频接收机的影响研究和指标分析.研究的主要内容为中频接收机关键指标(包括噪声温度、增益起伏、本振泄漏和本振频率飘移)对K波段微波辐射计灵敏度和绝对精度影响的定量分析.最后对中频接收机的增益起伏进行实际测量,证明零中频结构的中频接收机能够在一定程度上改善K波段微波辐射计的技术指标.     

基于DBF-SCORE的Ka滑动聚束SAR信号处理方法研究

Ka毫米波合成孔径雷达（SAR）以其图像分辨率高目标轮廓清晰的特性,得到了国内外学者的广泛关注,近几年随着Ka波段器件的发展,Ka SAR系统成为各国竞相研究的热点。数字波束合成扫描接收技术（DBF‐SCORE）可以在避免峰值发射功率过大的前提下提供足够的系统增益,很好的解决了毫米波系统损耗较大的难题,而滑动聚束模式能够不受方位向天线尺寸的限制实现方位向的高分辨率。基于此本文提出了一种基于DBF‐SCORE的滑动聚束SAR工作模式,并给出了成像处理流程,以及信号处理过程中公式的解析表达式。最后,通过仿真实验验证了处理算法的有效性。     

被动毫米波辐射成像系统中的通道误差研究

在被动毫米波成像系统中,仪器的误差对系统性能有很大的影响,主要有天线误差和通道接收机误差。本文研究被动毫米波辐射成像系统中的通道误差对系统温度灵敏度的影响。通过对系统的通道滤波器的频率响应建模,对造成系统通道误差的各个误差源进行了理论的分析,并通过计算机仿真得到各个误差源对温度灵敏度影响。可知通道的带宽不一致对温度灵敏度影响很小,而中心频率、群延迟和初始相位的不一致却对温度灵敏度有很大的影响,这对通道误差的分配有很大的理论指导意义。     

Ka波段波导-带状线转换结构

提出了一种Ka波段波导 带状线转换结构,通过在多层介质板上地层的椭圆形开孔与两个椭圆形金属贴片结构完成带状线与波导之间的电磁耦合与匹配设计,实现了Ka波段信号在波导与带状线之间的相互转换。同时将背靠背波导 带状线转换结构在三维电磁场仿真软件中进行了建模和优化仿真。经过加工与测试,结果表明,在32.3~38.3 GHz的频带内输入与输出回波损耗小于-10 dB,插入损耗小于1.2 dB。该Ka波段波导 带状线转换结构具备良好的性能,且具有结构简单、加工方便等优点,在毫米波电路设计方面具有较高的应用价值。     

8 mm波段干涉式微波辐射成像系统设计

介绍了干涉成像原理;设计、制造了两套8mm波段的辐射计系统,并对这两套系统进行了系统测试;利用这两套辐射计系统构成的干涉式辐射成像系统进行了辐射成像实验,得到预期的成像结果图。该系统在遥感测量等方面有许多重要应用,有重要意义。     

应用单通道测试系统测量毫米波天线相位方向图的研究

毫米波段天线相位方向图的高质量测量一直是个难题，本文在单通道天线方向图测试系统接收机前加接一个简单的毫米波时分鉴相器和二只接收喇叭，利用差相法成功地测量了典型角锥喇叭的相位方向图，实测结果与理论计算结果相符很好。这种方法可应用于任何波段，尤其是一般测量方法难以实现的高频波段的天线相位方向图测量。     

平面电路分元法用于Ka频段可行性探讨

首先介绍了平面电路分元法,并以一工作在Ka频段(毫米波)的波导T形接头功率传输问题作为实例,用平面电路分元法进行了计算,其结果与用其它方法所得结果和实验结果有着良好的吻合。这表明,采用分元法用于毫米波是可行的一种方法。     

基于PCA技术的复合绝缘子内部缺陷太赫兹融合参量成像方法研究

近年来,复合绝缘子被广泛应用于输电线路上,但是在户外条件下长期带电运行发生老化、生产不达标和运输操作不规范,都可能导致内部产生缺陷。传统的单一太赫兹特征参量成像方法面临缺陷成像结果较模糊的缺点,不利于缺陷的有效识别。该文采用基于主成分分析(principal component analysis,PCA)技术的特征参量融合方法,基于融合后数据的成像结果质量得到了显著提升。首先,搭建可进行样品扫描和太赫兹信号采集的成像平台,并进行信号幅值、信号包络面积、信号功率值和频谱幅度值的成像。通过比较发现,频谱参数成像结果信噪比低于时域参量成像结果,但对于边缘的成像效果更好。将10个频段的频谱幅度均值计算结果进行融合并用于成像,得到的成像结果包含更多的特征信息,图像质量得到了大幅提升。基于Canny算子检测了缺陷边缘,结果显示基于融合数据的成像结果缺陷面积误差率比单一特征参量成像结果更低。最后,对含裂纹缺陷平板样品和含气隙缺陷真型复合绝缘子短样开展实验,进一步验证了该方法的有效性。     

Ba-M型六角铁氧体的性能及自偏置环行器仿真设计

采用传统固相反应法结合磁场成型技术制备高取向的Ba-M型六角铁氧体。结合材料性能利用Ansoft HFSS仿真软件建立自偏置环行器三维电磁场模型,设计Ka波段自偏置环行器。实验结果表明,磁场成型铁氧体材料的取向度为0.7,剩磁比为0.88,各向异性场为18.3 kOe;高的各向异性场有望使材料在毫米波高频器件中得到应用。在56.4 GHz材料铁磁共振线宽为377 Oe,理论分析结果显示,铁磁共振线宽主要来源于气孔致宽。仿真结果表明,在32.9~35.8 GHz频率范围内,自偏置环行器的插入损耗小于0.89 dB,并表现出良好的环行性能。     

Semiconductor technologies for higher frequencies

The millimeter wavelength range (30-300 GHz) is not well exploited, except for its lower part. New applications in imaging, security, medicine, and short-range wireless transmission as well as the ever increasing data rates of optical fiber transmission could alter this situation rather quickly [1], [2]. During the last three decades, III-V technologies (GaAs and InP) have progressively expanded throughout this millimeter wave area. More recently, and owing to the continuous scaling of processes, silicon technologies have also entered the game.     

绝缘子污秽物在污、湿环境中的辐射特性

为了检测出绝缘子的绝缘状况,根据污秽物的辐射特性在mm波段的辐射差异,提出了利用mm波辐射计检测绝缘子的绝缘状况的方法,其原理是绝缘子上有污秽时发射率会随着污秽量和污秽性质发生变化导致辐射计的输出发生变化,在实验室中通过测量涂污绝缘子在污、湿环境中的天线温度,可得到天线温度和等值盐密度的对应关系,从而可依据测量的天线温度去对应绝缘子的污秽程度。实验结果表明,绝缘子的污秽与天线温度有着较严格的对应关系。该方法能有效地避免输电线路的电磁干扰以及远距离监测,具有实用价值。     

隧道中反射和绕射对毫米波传输特性影响的研究

主要研究和探讨了毫米波在圆形截面的弯曲隧道中,由于反射和绕射的存在,对其传输特性的影响;然后针对在直隧道中,没有绕射存在的情况,将此时的传输特性进行了对比。本文的研究方法主要是将高斯波束的谱特性、射线跟踪法(RT)和一致性劈绕射理论(UTD)结合起来,得到了接收功率、时延扩展和路径损耗等传输特性参数的理论模型。运用MATLAB进行仿真,比较了不同隧道曲率半径和不同频率下的路径损耗,以及在同一频率不同隧道曲率半径下和同一隧道曲率半径和不同频率下的时延扩展。最后,针对这些传输特性得出了相应的结论,为毫米波的隧道研究奠定了一定的理论基础。     

基于Ku波段下变频器的毫米波监测系统的设计

本文介绍了一种基于Ku波段下变频器的毫米波监测系统,重点阐述了系统的组成、硬件电路和毫米波频率合成器的设计,探讨了不同配置对系统灵敏度的影响。实际应用结果表明,该系统与目前的毫米波监测系统相比,具有频段宽、频率-温度稳定度好,灵敏度高(-105dBm/RBW=1kHz),在毫米波小信号测试方面具有优势。     

New Estimation Method of Millimeter‐Wave Power by Dealing Optical Power

This report is regarding to a new measurement of a millimeter‐wave using optical power. A calorie meter conventionally has been used to measure the millimeter‐wave power above 100 GHz, which has high temperature dependence, and therefore finds the difficulty of small power measurement. To overcome this difficulty, we propose the new method to estimate millimeter‐wave power by measuring optical power of optical 2‐tone signals. This proposed method has low temperature dependence due to optical power, and therefore makes the small power of the above millimeter‐wave enable. The principle and the estimation methods of this new method, and its experimental methods and results are explained. Noble results show that the difference between estimated and experiment value is maximally 0.99 dB at 110 GHz, the measurement possibility of frequency extending more than 170 GHz is referred to.     

毫米波段折射率结构常数的建模及敏感性分析

大气湍流的存在对于毫米波传播有着重要影响.运用Bulk方法和Monin-Obukhov相似性理论,采用Frederickson和Thiermann两种相似性函数对近地面大气毫米波段的折射率结构常数进行了估算和比较,并且对这两种估算模式进行了敏感性分析.结果表明:采用Frederickson公式所估算的折射率结构常数是采用Thiermann公式所估算结果的两倍左右;采用Thiermann公式计算折射率结构常数C2受测量误差的影响较小;在估算折射率结构常数时,对于温度和湿度的测量精度要求较高.研究结果对于研究毫米波在大气中的传播、以及分析测量精度对折射率估算的影响具有参考价值.     

基于介质谐振器的轨道角动量天线设计

近年来,轨道角动量一直是无线通信领域的研究热点。本文将轨道角动量与毫米波技术相结合,提出了一种基于介质谐振器的轨道角动量天线。建立了该天线的等效模型,推导了其辐射场的理论表达,讨论了介质谐振器半径对涡旋波电磁波模态的影响,通过仿真结果表明,该天线在K_(a)波段有四个谐振点,能够分别产生模态l=1,2,3,4的涡旋电磁波。此外,该天线结构紧凑、成本低、增益良好,具有较高的天线效率,产生的各个模态的涡旋电磁波都具有良好的旋转性,能够获得较强的抗干扰能力,为轨道角动量在毫米波频段的应用提供了一定的现实意义。     

Millimeter-Wave Loaded Line Ferroelectric Phase Shifters

Ferroelectric loaded line phase shifters operating at millimeter waves for phased array antenna applications are presented. Phase shifters were manufactured on using Ba_0.3Sr_0.7TiO₃ thin films. The magnetron sputtering process was used to fabricate these Ba_0.3Sr_0.7TiO₃ ferroelectric films with a thickness ～1 μm. The phase shifter operating at V-band (60 GHz) demonstrated continuous phase shift up to 220 deg and figure of merit (FOM) 22 deg/dB. The phase shifter operating at Ka-band (30 GHz) showed phase shift up to 360 deg and FOM 40 deg/dB.