基于复杂系统科学的MIMO无线传输分集与编码技术

多输入多输出(MIMO)技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,是第四代(4G)无线移动通信系统中最富有竞争力的技术之一.然而由于移动台的尺寸和载频的限制,使多天线技术很难实现.基于复杂系统科学的MIMO无线传输分集和编码技术成为解决这一问题的可选方案.围绕国家"973"计划项目"基于复杂系统科学的MIMO无线传输分集与编码技术"展开MIMO天线设计、MIMO信道模型、MIMO信道估计、MIMO无线传输协同分集和协同编码等方面研究,完成了相关理论推演和实验研究.这些研究为准确分析与设计4G通信系统提供了有力的保障.最后对未来的研究工作进行展望.     

埋入式无线传感网络节点天线的设计与仿真

对埋入式无线传感网络节点天线进行了相应的分析.结合相应理论介绍了一些天线工作中的主要参数的计算方法.同时针对实际工程应用对传输频率为433 MHz的无线传感器网络节点的天线进行了设计,并采用Ansoft HFSS仿真软件对其进行仿真和优化,仿真结果显示所设计的天线符合实际的应用需求,具有工程应用价值.     

多用户MIMO-WET系统中短包传输的块错误概率分析

针对超可靠低时延通信的收发设备能量受限和超可靠性要求的特点,将多天线技术应用于无线能量捕获的短包传输系统,研究了多用户多天线无线能量传输（MIMO-WET）系统中短包传输的块错误概率性能.首先利用每个用户的信噪比累积分布函数和高斯函数近似的方法,推导出块错误概率的近似闭合表达式;然后对无线能量传输阶段中的时隙数和无线信息传输（WIT）阶段中的功率分配系数因子进行联合优化,实现总块错误概率的最小化.仿真结果验证了所推导的块错误概率闭合表达式的正确性,并根据仿真数据得到：在给定信息传输的块长度和天线数量条件下,WET和WIT所用时隙数存在最优值.     

全向及定向圆极化天线的小型化研究

本文提出了两种分别应用于全向以及定向圆极化天线的小型化设计.这两种天线设计方案是基于电偶极子与磁偶极子的有机结合.全向圆极化方向图具有很广的覆盖范围及避免极化失配的特点,非常适合应用于移动物联网以及卫星间通信等.对于两组水平放置的电磁偶极子,如果采用等幅激励且相位相差90°,会产生全向的圆极化方向图.本文介绍了一种工作在下一代移动通信28 GHz频率的呈车轮形的紧凑全向圆极化天线.整个天线印刷在直径仅4 mm的圆形介质板上,且具有宽带高效率等良好电器特性,非常适合应用于5G小型化移动通信终端.定向圆极化天线具有高增益且避免极化失配的特点,广泛应用于卫星移动通信终端中.两组正交放置的电磁偶极子如果等幅且同向激励,会产生定向呈心形的辐射方向图.本文还介绍了一种电小且高辐射效率的惠更斯天线,该天线有机结合了两个电小的辐射单元,形成结构紧凑的定向圆极化天线,非常适合卫星通信以及无线能量传输等应用.     

大气信道无线激光通信系统设计方法研究

大气信道是制约无线激光通信链路性能提高的一个重要约束条件。为了提升通信系统性能,使其能适应远距离、高速率、低误码率的传输需求,在进行系统级设计时根据大气信道激光传输特性进行总体设计与分析是十分必要的。首先对大气激光传输特性展开研究,在实验的基础上对大气湍流、大气衰减效应进行了分析;然后从大气信道约束的角度出发,分析了大气信道中光端机的光学发射天线、光学接收天线、通信系统、瞄准跟踪等子系统的设计方法以及相应的设计参数和优化方法;最后给出了一套大气信道无线激光通信系统的总体设计实例。     

一种多频段4G手机天线的优化设计

基于单极子手机天线的原理,利用HFSS高频仿真软件优化设计了一款应用于4G手机的多频单极子平面天线.该天线由一个辐射臂和两个耦合枝节组成,通过U型与L型的折弯耦合枝节获得多频特性.在857 MHz~992 MHz和1 626 MHz~3 000 MHz频率范围内,所设计天线的回波损耗小于-6 dB并具有良好的方向图特性,能满足移动终端在多个4G频段的应用要求.此外,还对天线进行了参数分析,得到了影响天线阻抗特性的敏感尺寸参数,对该类天线的设计具有一定的指导意义.     

基于WCDMA的无线通信传输技术研究

介绍无线传播的特性及无线传输中普遍遇到的问题,对基于WCDMA的无线通信传输技术进行研究和讨论,并对这些技术的优缺点进行比较分析。重点分析WCDMA中的分集技术和各种功率控制技术对无线传输的影响。     

整流天线研究进展及设计方法概述

微波输能(MPT)技术通过微波波束在两点之间进行能量的无线传输,可用于太阳能卫星、近空间飞行器、无线传感器等.整流天线将微波能量捕获并转换为直流,是MPT系统的关键部件.首先,从拓展工作频带、输入功率范围和负载范围等方面对整流天线最新研究进展进行概述,然后分析了其核心器件整流电路的拓扑结构及相应适用场合,对有效设计整流天线的步骤进行综合,最后分析了整流天线技术存在的问题,并指出了MPT技术未来的发展方向.     

无线携能OFDM中继系统的联合资源分配研究

在能量受限的中继系统中,无线携能通信技术是一种有效地延长其使用寿命的方法. 本文研究具有大规模天线阵列结构的正交频分复用（OFDM）解码转发中继系统的无线携能通信,其发送端配备了大规模天线阵列. 传输过程分为3个时隙,在第一个时隙,发送端运用基于最大比传输的波束成形向中继传输能量;在第二个时隙,发送端向中继发送信息;在第三个时隙,中继使用之前收获的能量向接收端转发信息. 讨论了信息和能量传输的功率在各子载波间的分配以及3个时隙的时长分配问题,提出了一种最大化传输信息速率的时间和功率联合分配最优算法. 仿真结果表明,该算法明显优于已有功率和时间分配算法.     

磁谐振式无线电能传输频率特性数值研究

针对磁耦合共振式非接触电力传输的共振特性,采用电磁仿真软件,在10-25 MHz 频段计算垂直螺旋线圈的散射参数,得到无线电力传输系统模型和单个线圈的谐振频率,发现谐振频率出现明显的偏移。根据无线电力传输的近场区特性,垂直的螺旋线圈可看作偶极子天线。运用偶极子对相互作用理论,定性分析了耦合线圈之间的相互作用对谐振频率的影响,对磁耦合共振技术的谐振频率分析具有一定的理论指导意义。     

一种毫米波宽带电磁偶极子天线研究

为满足毫米波无线通信系统的需求,研制了一种宽带毫米波电磁偶极子天线.该天线采用基片集成波导缝隙耦合馈电,抑制了表面波辐射,降低了传输损耗.采用电磁仿真软件HFSS进行建模仿真,分析了辐射贴片尺寸、馈电缝隙宽度和金属通孔半径对天线反射系数和辐射特性的影响,仿真给出了天线在28 GHz和32 GHz的E面和H面主极化和交叉...     

基于压电效应的低频无线通信机械天线

传统电天线的尺寸与其发射电磁波的波长相近。 低频电磁波(30 ~ 300 kHz)的波长达数公里,低频电天线存在尺寸过大、隐蔽性差、功耗大等问题。 为解决电天线尺寸和功耗大的问题,同时提高低频无线通信应用的灵活性,提出了一种基于压电效应的机械天线,机械天线是利用机械运动的电荷直接激励产生电磁波。 研究了压电机械天线工作的物理机理; 通过阻抗-频率曲线研究压电机械天线的阻抗特性; 利用无线通信系统对比了不同边长压电机械天线的低频辐射性能; 同时验证了压电机械天线辐射的磁场随无线通信系统接收端与压电机械天线距离的变化规律。 结果表明,压电机械天线在便携式、低成本和高性能低频无线通信应用中具有巨大潜力。     

超宽带天线的一种设计方法

根据电磁场理论提出了一种用于无线通信的微带贴片天线设计方法．根据天线的工作频带,对天线进行结构设计及辐射结构的等效电路分析．为了验证该天线结构参数的有效性,对该天线进行有限元仿真、相关结构参数优化,以达到带宽和辐射最优的目的．经实际制作和测试,结果表明,该天线的阻抗带宽(10dB回波损耗)可达10GHz(2.0～12.0GHz),倍频带宽高达6,其带宽是十字交叉单极子天线带宽的3倍之多．此外,该天线在工作频率内具有良好的全向辐射特性和增益水平,天线结构简单,性能稳定,实用性强．     

机载相控阵天线建模及辐射特性的研究

针对机载相控阵天线电磁辐射特性预测难的问题,利用HFSS对相控阵天线的方向图特性进行了研究。对单元天线进行了物理建模,得出了方向图特性曲线,结合天线绕射理论分析了机载平台对天线辐射特性的影响。研究结果表明,利用HFSS仿真结合天线绕射理论可简化相控阵天线电磁辐射特性的预测。     

嵌入超材料埋藏介质贴片引向天线设计

设计了一种埋藏介质贴片引向天线,工作在2.4 GHz的无线工业、科学、医学频段,该天线采用金属片与介质板层叠安放,辐射方向垂直于天线表面,属于端射天线.嵌入了超材料结构,剖面结构尺寸缩小为原天线的69%.同时,天线匹配性能有所提升,辐射特性优于原天线.采用有限元全波仿真技术对天线的设计进行了分析和优化,改进后的天线在2.4 GHz频点回波损耗下降了3 dB,E面和H面辐射场强提升了1 dBi,实现了天线的小型化和灵活性.最后通过时域有限积分法对辐射性能进行了验证.     

变电站4G传输安全电磁干扰研究

针对变电站无线4G通讯链路易受强电磁脉冲干扰问题,分析了两种常用的变电站通信常用的传播模型,研究了无线传输的调制解调技术,建立了几种典型强电磁脉冲如高压正弦电磁脉冲、EFT电磁脉冲群、浪涌脉冲的解析函数模型. 搭建了无线通讯链路仿真平台,以BPSK调制解调方式为例,分析了各典型强电磁脉冲在5%误码率情况下对通讯链路的影响,仿真结果表明,浪涌脉冲对无线传输的影响程度最大,从而为强电磁脉冲抑制方法设计提供了理论依据.     

一种微型WLAN贴片天线的设计

针对微小型无线设备的无线局域网天线,在20 mm×20 mm的FR4介质基板上设计了一款5 mm×5 mm的微型贴片天线. 该天线的正面除了有U形辐射结构外,还添加了一端接地一端开路的2条一字形加载单元;天线反面的结构为正面加载单元的镜像,采用正面微带馈电方式. 实验结果显示,天线在2.4~2.483 5 GHz频带内具有良好的辐射特性,其电压驻波比能满足工程应用的需求,具有结构简单、紧凑,成本低且便于与有源电路集成的优点.     

断路器触头温度场实时监测系统设计

SF6断路器触头温度场的实时监测是电气设备绝缘检测领域长期存在的技术难题,设计一种新型的单端口SAW谐振器构成的无源无线温度传感装置,构建断路器温度监测系统.分析并设计低功耗发射器电路和接收电路,对其性能参数进行计算;研究SAW传感器发射和接收天线的辐射电阻、损耗电阻和电感等参数的取值问题,并根据这些参数设计匹配网络,从而提高通讯距离及通讯的可靠性。该装置经测试,可以满足现场对SF6断路器触头温度的实时监测要求.     

瞬态电磁脉冲能量传输特性的实证研究

以馈电脉冲为高斯脉冲为例,对瞬态电磁脉冲能量传输特性进行了简洁的理论解释和实验验证.首先以圆形电流辐射单元为例讨论其能量传输的三段式规律及验证,对圆形电流在远场处的辐射能量进行分析,辐射源可以看作点辐射源;其次以点辐射单元为前提研究并验证阵列辐射单元的三段式传输规律.瞬态电磁脉冲能量传输特性由多列瞬态电磁波的叠加造成,...     

Ku波段电磁涡旋相控阵列天线设计

为了能产生性能更好携有轨道角动量的涡旋电磁波,采用微带天线技术,设计了一种新型的相控微带阵列天线.以同轴馈电的圆微带天线为单元,将8个、16个相同的单元天线等间隔的分布在一个同心圆上分别组成两个单圆环和一个双圆环结构的相控阵列天线,并采用等幅且同一环的相邻单元间相位差为常数的方式进行激励.通过电磁场全波仿真软件Ansoft HFSS建模并优化,单圆环和双圆环阵列结构均在中心频率为15 GHz处获得了携有轨道角动量的涡旋辐射方向图.结果表明:虽然单圆环结构的相控阵列天线可通过增加阵元数来改善电磁涡旋性能,但不可避免的造成更大的天线体积;而利用双圆环结构,由于增加一个内环设计自由度,结合内外环的协同优化仿真,通过设置适当的天线阵列结构和相位延迟,双圆环结构较单圆环结构产生的涡旋电磁波有更小的中心轴线开口张角,具有更强的涡旋方向性和更高的辐射增益.