基于液晶相控阵高精度高效率光束偏转数值仿真

液晶相控阵技术通过对光束波前进行控制,实现一定视场范围内高精度、任意角度的光束偏转。研究了基于多孔干涉原理和随机并行梯度下降算法实现光束偏转的方法,并通过对这两种方法进行数值仿真,实现对远场目标的指向,重点分析对比两者的指向精度和偏转效率。提出了一种新型的光束偏转方法,这种方法能够在整个光束偏转范围内都具有较大的指向精度和偏转效率。     

正交级联液晶偏振光栅的收发分离结构设计

正交级联液晶偏振光栅可实现光束大范围偏转,在空间激光通信与激光雷达等领域具有广阔的应用前景,其大部分应用领域均需要同时发射激光与接收激光,如何解决发射光与接收光分离的问题尚未见报道。针对这一问题,文中根据1/4波片、1/2波片以及液晶偏振光栅理论推导了线偏振光源经过被动液晶偏振光栅层以及正交级联液晶偏振光栅后偏振态的变化,验证了出射光偏振态与光束偏转角度的可逆性。采用偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、正交级联液晶偏振光栅等器件设计了一种可实现发射光与接收光偏转与分离的光学结构,构建了测试系统,最后通过测试结果证明了理论的正确性与结构的适用性。     

基于液晶偏振光栅的快速大角度光束偏转

基于液晶偏振光栅的快速大角度光束偏转技术在航空航天、激光通信、车载雷达、光信息处理、生物医药和军事对抗等领域具有重要应用前景,并得到了极大的关注。液晶聚合物偏振光栅可以实现高效率、大角度的光束偏转,并且制备工艺简单、成本低,逐渐被应用到非机械式光束偏转系统中。本文采用两种偏振全息光路分别实现大周期和小周期的液晶聚合物偏振光栅的制备,获得的液晶聚合物偏振光栅最高衍射效率达到99.3%。级联两个液晶聚合物偏振光栅,再层叠液晶聚合物铁电液晶液晶聚合物波片组,实现了更大角度范围的偏转,验证了70μs的4通道光束快速扫描。     

基于液晶空间光调制器的光束偏转控制

液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转,与传统的快反镜相比,具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点,可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理,并测试了LCSLM的调制特性,根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动,使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。     

可实现二维光束偏转的液晶相控阵模型

针对常用的闪耀光栅模型只能实现一维光束偏转、 分布不匀、偏转范围离散的不足,本文提出了一种基于微波相控阵的液晶二维光束偏转模型 。该方法通过直接控制电极相位差来改变光束偏转方向。在进行有效精确的光束偏转前,需 要对输出量进行线性度和耦合度测试。结果表明该方法具有很好的线性度,二维方向上存在 一定的耦合度。接着对二维偏转精度进行了实验,结果表明在2.1 mr ad偏转范围内实现了在x方向上优于14的连续偏转,以及在y方向上优于12的连 续偏转。最后,本文在一维偏转的基础上,实验并分析了相位图的旋转角度对偏转精度的影 响。因为探测器分辨率以及耦合度的影响,提高偏转精度可以通过利用高分辨率的探测器或 对解耦技术进行研究。     

液晶光学相控阵光束偏转效率研究(英文)

液晶光学相控阵(LCOPA)的光束偏转效率(OSE)定义为一级衍射光强与总入射光强的比值,它受很多因素的影响,因此建立一个数值分析的模型来分析光束偏转效率。这个模型将液晶光学相控阵器件当作一个相位光栅和一个振幅光栅的组合体,可控变量既包括几何结构参数又包括相位分布的参数。理论研究了光束偏转效率和三类因素即偏转角、器件参数及理想与实际相位分布误差之间的关系,提出了改善光束偏转光效率的方法。结果表明随着偏转角的增大光束偏转效率将会减小,而增大填充因子、减小像素大小会提高光束偏转效率。均匀排布像素并不能获得最佳偏转效率,需要使用如时域有限差分等方法来得到最佳的像素分布。减小相邻相移器之间的间隔、提高相位回置值可以明显提高光束偏转效率。     

液晶光学相控阵的双波束成形和2维扫描技术

为了在光学相控阵中实现双波束成形和2维扫描,以玻璃作为基底材料,以液晶作为移相介质,利用液晶的电控移相特性,对入射光束进行双波束成形和相控空间扫描;采用现场可编程门阵列芯片对液晶驱动芯片进行波控数据发送,完成对液晶移相阵列的电压驱动,从而达到电控光束扫描功能,完成单个透射型液晶光学相控阵组件的研制;利用该组件的电控光束扫描功能,采用多个组件级联的方式,实现基于透射型液晶光学相控阵组件的双波束成形和2维扫描技术。结果表明,该系统能够实现双波束独立偏转控制,以及高精度的空间2维偏转。     

液晶闪耀光栅波前相位测量方法

电控液晶光栅在卫星激光通信、激光雷达的光束指向应用中具有体积小、光束灵活可控的优势。而获取电控液晶光栅对光波前的相位调制分布则是评价液晶光栅性能的关键。提出液晶光栅调制波前相位的共轭移相干涉测量技术,通过实验对比验证了实测远场分布与近场相位计算远场分布的一致性,由此可实现由近场相位测量的光束指向控制新方法。     

基于液晶相控阵的光束偏转控制方法研究

液晶相控阵作为一种新型的可编程相位调制器件,可实现小角度范围内的光束偏转。但由于液晶相控阵制作工艺难度大、且受温度及大气扰动等影响,使得光束偏转系统实际偏转角与预期偏转角之间存在一定误差。为了提高液晶相控阵光束偏转精度,本文提出了一种基于分数阶PI~λD~μ控制器的光束偏转闭环控制回路。CCD作为探测元件,接收待测物体漫反射回来的光。采用斜射式三角测量法,计算预期偏转角与实际偏转角的偏转误差。将误差信号输入到分数阶PI~λD~μ控制器,控制器生成控制信号传给被控对象液晶相控阵,最终实现光束精确偏转。经仿真实验和性能分析,系统阶跃响应测试经过2步迭代达到稳定输出状态,闭环带宽为7.67rad/s,对幅值为1、频率为1的正弦扰动信号系统抑制比为-18.06dB。验证了分数阶PI~λD~μ控制算法能够快速地抑制扰动和噪声,且扰动抑制效果好,稳定性高。     

一种基于标量衍射的光束偏转调制相位计算方法

光学相控阵的激光光束偏转方法具有低功耗及精度高等特点,其光束控制的精度及效率较大程度由调制相位分布决定。以二维标量衍射理论为基础,从频谱频移的角度分析了光学相控阵实现光束偏转的原理,将光束偏转等价为冲激函数在频域的作用。根据冲激函数的逆傅里叶变换,得到了实现二维光束偏转时相控单元所需加载的调制相位,并分析了这种调制方法能够实现的最大光束偏转角和偏转效率。最后进行了仿真分析和实物实验,结果表明,该方法能够实现光束的连续偏转,利用本文调制方法实现光束偏转的偏转角度偏差小于0.2mrad,偏转效率与理想效率偏差小于10%,证明了由频移角度考虑光束偏转问题的正确性。     

一种低剖面宽带宽角扫描阵列天线的设计

基于超材料技术理念,在考虑阵元间互耦效应下,优化设计了一种低剖面宽带宽角扫描阵列天线,使该阵列剖面为最低工作频率的四分之一波长,相对带宽达55%下,工作频段内中心阵元的平均工作效率高达87%以上,30o扫描角范围内的平均有源驻波系数小于2.0,其阵元方向图E面、H面的半功率波瓣宽度大于60o。研制的6伊8阵列样机测试结果说明了阵列天线具有良好的宽带宽角扫描特性,同时该天线具有结构紧凑、重量轻和易于实现的特点,在相控阵雷达天线中有很大的应用价值。     

基于泰伯莫尔法的长焦距测量系统的装调技术

为了实现长焦距的精确测量,基于泰伯莫尔法测量长焦距的原理,构建出了由准直波前发生器、泰伯干涉仪和成像采集系统组成的长焦距测量装置。分析了准直波前畸变对焦距测量精度的影响,用数值分析的方法分析了待测样品到光栅G1 的距离s,光栅G1、G2 的间距d 以及栅线夹角对焦距测量精度的影响。提出了具体的装调方法:用五棱镜法检测波前,保证准直波前质量PV 值优于一个波长;用光栅尺位移传感器测量s,标定d,使其精度达到0.1mm;采用标准反射凹球面法标定光栅夹角,使光栅夹角的装调精度达到0.001。对焦距为5436mm 的透镜进行实验测量,误差小于0.35%。     

固态有源相控阵雷达射频系统一体化近场测试

本文介绍了一种固态有源相控阵雷达射频系统(含天线、馈线、发射、接收分系统)微波暗室的一体化测试方法,可以大大提高固态有源相控阵雷达测试的工作效率并且具有较高的精度与可信度。     

用于防撞的三维毫米波雷达设计

受波束调度灵活性、接收通道数目限制,目前分集相控毫米波防撞雷达主要采用距离/方位二维扫描.由于缺乏目标高度信息,若雷达前方出现不影响载体通行的高/低目标,容易造成防撞雷达的障碍误报.针对这一问题,本文提出基于MIMO和分集相控雷达结合的天线排布和信号处理方法,实现对场景的三维检测.与二维防撞雷达相比,该方法在不增加雷达接收通道数且几乎不增加雷达尺寸的前提下能有效实现方位和俯仰的联合测角.与二维稀布接收阵雷达相比,本文设计雷达不会产生方位栅瓣,适合复杂背景下的多目标检测.     

基于FFT的相控阵雷达校准方法

相阵控天线由于单元间互耦,器件的制造,组装误差,老化,热变形和组件更换的影响而产生幅相误差,必须进行校准和补偿。文中提出一种新的校准方法,先在相同的频率和环境条件下分别进行ＦＦＴ外校准和初次ＦＦＴ内校准确定内外场校正系数,然后在雷达使用期间只需作天线ＦＦＴ内校准就可获得理想的精度,用一２４单元实验阵列对此作了实验验证。此方法具有低设备量和高校准精度,适用于一维,二维相控阵雷达,尤其适合于机载或地面     

基于OTTD的宽带相控阵空间色散补偿技术研究

从理论上分析了普通相控阵天线空间色散产生的原因,数值模拟了工作频率、波控角对空间色散的影响,对采用子阵光学真延时补偿相控阵天线空间色散的技术进行了理论分析和数值模拟。结果表明对于普通相控阵天线,当工作频率为8GHz、波控角为40°时,对应的波束偏移为13.5°,远远不能满足宽带、宽角度工作的要求,而采用光学真延时(OTTD)技术的相控阵天线,在工作频率为8GHz、波控角为60°时,波束偏移量不到2°,满足了宽带、宽角度工作的要求。     

A new Millimeter-wave printed dipole phased array antenna using microstrip-fed coplanar stripline tee junctions

A new millimeter-wave printed twin dipole phased array antenna is developed at Ka band using a new microstrip-fed CPS tee junction, which does not require any bonding wires, air bridges, or via holes. The phased array used a piezoelectric transducer (PET) controlled tunable multitransmission line phase shifter to accomplish a progressive phase shift. A progressive phase shift of 88.8/spl deg/ is achieved with the 5 mm of perturber length when the PET has full deflection. Measured return loss of the twin dipole antenna is better than 10 dB from 29.5 to 30.35 GHz. Measured return loss of better than 15 dB is achieved from 30 to 31.5 GHz for a 1/spl times/8 phased array. The phased array antenna has a measured antenna gain of 14.4 dBi with 42/spl deg/ beam scanning and has more than 11 dB side lobe suppression across the scan.     

利用空域滤波虚光栅叠栅法提取干涉图波面

虚光栅叠栅条纹法是一种利用单幅干涉图提取波面信息的方法,为了解决叠栅条纹的滤波问题,提出了一种基于高斯函数的空域滤波法。利用高斯函数在空域中对叠栅条纹图进行模糊处理,滤除不需要的高频分量,仅保留包含波面相位信息的低频分量。重点研究了高斯函数滤波窗口的选择和干涉图的载频之间的对应关系。该方法具有计算量小、易于选取滤波窗口的优点。对一光学平面的面形测量结果表明,利用空域滤波虚光栅叠栅法提取的波面[峰谷(PV)值为0.080λ,均方根(RMS)值为0.020λ,λ=632.8nm]与利用Zygo GPI干涉仪的四步移相法得到的波面(PV值为0.079λ,RMS值为0.017λ)相吻合。     

6～18GHz GaAs PHEMT 5位MMIC数字移相器

采用GaAs PHEMT工艺研制开发了一款6～18 GHz五位MMIC数字移相器。通过建立精确的器件模型、选择合理的单位拓扑以及设计优化原理图和版图,并在优化过程中采用性能冗余优化策略,保证了产品各项性能优异和高成品率。测试的电性能典型值表明,在工作频率范围内,11.25°/22.5°移相位的相移误差<2.5°,45°/90°/180°移相位的相移误差<5°,相移均方根误差<4.5°,插入损耗保持在7dB～10.5dB的范围内,32种相移态输入端与输出端的驻波比均小于1.7,最终芯片面积仅为3.555mm×4.055mm×0.1mm,可广泛用于相控阵雷达与电子对抗等系统。