多频段环焦型椭圆波束天线优化设计

针对小口径低剖面天线的多频段、低旁瓣和高效率的需求,提出一种基于切割赋形环焦天线和非均匀有理B样条（non-uniform rational B-spline,NURBS）曲面的环焦型椭圆波束天线的综合优化设计方法.该方法首先采用样条函数将一维口面场参数化,针对赋形切割环焦天线进行第一次快速优化设计;然后,用NURBS曲面将优化后的天线主副反射面再次参数化,引入多目标优化差分进化算法,以天线效率和第一旁瓣为优化目标,对该环焦型椭圆波束天线进行第二次优化设计.应用该方法设计并加工了一个410 mm×720 mm的环焦椭圆波束天线,工作频率覆盖了Ku/K/Ka三个频段,天线总效率达到49%以上,第一旁瓣低于–14 dB,电压驻波比小于1.44∶1.实测结果和全波仿真结果吻合良好,验证了本文设计方法的有效性.     

卫星通信中的椭圆波束天线

总结了在卫星通信中椭圆波束天线的应用场合,分析了各种椭圆波束天线的性能及其优缺点,给出了如何提高椭圆波束天线效率及极化性能的方法,并探讨了这类天线在卫星通信中的发展趋势。     

低旁瓣小口径天线口面场分布函数的研究

小口径反射面天线主反射面电尺寸较小、副反射面遮挡较大,经典的口面场分布函数已经不再适用于小口径天线的赋形设计。针对0.9 m Ku频段天线低旁瓣、高效率的要求,用多目标遗传算法优化了其口面场分布。经几何光学赋形设计,利用Grasp软件计算了该天线的辐射性能,在Ku收发频段的口面效率可达60%以上,第一旁瓣低于-18 dB,并且±20°范围内的广角旁瓣满足INTELSAT IESS-601要求。利用一种二阶贝赛尔函数描述了该类口面场分布,分析了小口径天线口面各区域的能量分布对其效率和旁瓣的影响。     

赋形双偏置天线口面场分布函数研究

针对目前关于双偏置反射面天线的无遮挡形式口面场分布函数的研究较少的情况,研究了赋形双偏置天线的几何参数变化对口面场分布的影响,进而深入分析了口面场分布对辐射方向图的影响。针对平方公里阵天线(Square Kilometer Array,SKA)高效率低旁瓣的要求,提出了一种改进型余弦口面场分布函数。计算结果表明,天线第一旁瓣电平低于-20 dB,天线效率高于85%。     

口面场分布函数

本文详细地探讨和研究了一些口面场分布函数的特性,从而为低旁瓣天线的研制提供了理论设计基础.     

一种新型椭圆波束天线设计技术

针对双频段低剖面椭圆波束天线的需求,该文提出了一种新型混合结构椭圆波束天线的设计技术。该混合结构由主、副反射面内环部分构成的椭圆波束环焦天线和外环部分构成的椭圆波束卡塞格伦天线组成。该文描述了椭圆波束天线的设计思路、设计步骤和赋形计算公式,给出一个600 mm×1200 mm椭圆波束天线的设计实例,并进行了容差分析,该天线的工作频率覆盖了Ku/Ka双频段,效率达到56%以上,电压驻波比(VSWR)低于1.27,俯仰面第1旁瓣低于–12.2 dB,方位面第1旁瓣低于–14.6 dB。商业软件Grasp和CST全波仿真的结果吻合很好,证明了该新颖结构和设计方法的有效性。     

基于椭圆球面波函数的数字带通滤波器设计

为设计频谱性能优良的有限冲激响应( FIR)数字带通滤波器,从窗函数的性质及选择指标出发,分析了椭圆球面波函数( PSWF)作为窗函数的优势;在此基础上根据数字滤波器设计的原理和要求,选择0阶基带椭圆球面波函数作为窗函数设计数字带通滤波器,并利用微分方程状态转移矩阵逼近的PSWF求解算法,给出了基于PSWF的FIR数字带通滤波器设计方法。理论分析和仿真结果表明：PSWF数字带通滤波器具有较低的设计复杂度,与Kaiser滤波器和Blackman滤波器相比,其旁瓣衰减有超过7 dB的优势,且具有与两种滤波器相当的通带波纹波动和过渡带宽。     

模糊函数约束下的高多普勒容性波形设计方法

本文研究了模糊函数约束下的波形设计方法,针对所设计波形多普勒容性差的问题,构造了满足多普勒容性和低旁瓣的期望模糊函数,并利用对角加载技术使得相关矩阵保持正定性,将设计波形模糊函数与期望模糊函数的二维差异作为代价函数,使得波形设计问题转化为优化问题,通过循环搜索方法求取恒模优化波形。仿真结果表明,基于本文算法设计的波形在零多普勒旁瓣损失较小的前提下,具有较好的多普勒容性和较低的二维旁瓣功率水平,并具有较快的收敛速度。      

一种Ka 双频段四口径多波束天线的设计

本文提出了一种应用于Ka 宽带通信卫星收发共用四口径多波束天线的设计,介绍了在波束设计时应考虑的影响因素,详细描述了如何选择天线结构参数和喇叭尺寸,优化了天线的设计参数,最后利用仿真软件Grasp 9 进行了多波束天线的仿真分析,结果表明多波束交叠增益大于40dBi,旁瓣电平小于-23dB,载干比C/I 大于13dB。     

一种宽轴比带宽L频段圆极化贴片天线

圆极化全向天线由于其自身的性能特点,在现代无线应用中越来越受到广泛的关注。提出一种宽轴比带宽的L频段圆极化微波贴片天线,该天线有上下两个介质层,下层微带馈线耦合馈电,接地面蚀刻十字交叉缝隙以帮助实现圆极化和改善上层贴片的耦合度。设计结果显示,该天线3dB轴比带宽可以达到3．5％（1.0231．060GHz）,在有效带宽内天线增益高于5．68dBi,在中心频率点（1．04GHz）天线的前后瓣比高于20dB。     

K波段低轴比的隔板式极化器

展示了一种K波段低轴比的隔板式圆极化器的设计、加工和测试过程。该极化器左、右旋输入端口为WR42标准矩形波导,通过T 型节过渡到极化器方波导主体。设计了盖板式机械结构,降低了极化器的加工和装配难度,同时保证了隔板与波导腔体间贴合的紧密性。给出了不同加工精度对极化器性能影响的评估。最终的实测结果表明,极化器在工作频带内具有良好的端口反射系数与隔离度。在20～24 GHz 频带内所激励圆极化信号轴比约为0.3 dB,可作为高频低轴比极化器研制的参考。     

基于NURBS建模的椭圆波束赋形天线设计

基于非均匀有理B样条曲面建模,提出一种低剖面椭圆波束赋形天线设计方法。利用馈源喇叭的辐射方向图和主反射面口面场分布函数,对φ=0°面的主副反射面曲线赋形,计算任意φ平面的主副反射面赋形曲线,利用非均匀有理B样条曲面建模技术对主副反射面建模并用全波仿真软件进行仿真优化。仿真结果表明,用该方法设计的椭圆波束天线在12.5 GHz和14.5 GHz时效率分别为67.82％和65.38％,第一副瓣电平均小于-14 dB,该天线实现了低剖面和高效率的优良性能。     

K波段高增益低副瓣微带天线阵的设计

本文为工作于K波段的车载防撞雷达收发前端设计并制作了一款高增益低副瓣易集成的微带贴片阵列天线。该天线采用串并结合馈电形式,在满足各阵元激励同相不等幅的基础上,既有效减小了馈电网络的损耗,又实现了天线小型化。测试结果表明,该8×6元微带天线阵带宽为24.2~24.8GHz(VSWR1.5),最大增益可达20.2d B,第一副瓣电平-20d B,E面、H面的半功率波瓣宽度为16.7°和11.8°,其尺寸仅60mm×45mm。该阵列天线凭借其高增益、低副瓣、、结构紧凑体积小及性能稳定等优点,经验证实用性强,在汽车防撞雷达系统中有广阔的应用前景。     

一种用于卫星定位系统的宽波束圆极化天线

在卫星通信、定位设备中,为了迅速完成定位和通信功能,一般要求天线具有较大的波瓣宽度和较好的低仰角增益.研究设计了一种具有良好低仰角增益的宽波束圆极化四臂螺旋天线,该天线在上半空间的增益分布十分均匀,10°仰角的增益相对峰值增益下降不超过3 dB.为了改善天线的轴比性能,文章提出了一种四臂等幅馈电、相位依次相差90°的天线方案,仿真结果表明,这种天线的增益特性和轴比特性都得到了较大的改善.     

Beam to String Transition of Vibrating Carbon Nanotubes Under Axial Tension

State‐of‐the‐art nanoelectromechanical systems have been demonstrated in recent years using carbon nanotube (CNT) based devices, where the vibration of CNTs is tuned by tension induced through external electrical fields. However, the vibration properties of CNTs under axial tension have not been quantitatively determined in experiments. Here, a novel in situ method for precise and simultaneous measurement of the resonance frequency, the axial tension applied to individual CNTs and the tube geometry is demonstrated. A gradual beam‐to‐string transition from multi‐walled CNTs to single‐walled CNTs is observed with the crossover from bending rigidity dominant regime to extensional rigidity dominant regime occur much larger than that expected by previous theoretical work. Both the tube resonance frequency under tension and transition of vibration behavior from beam to string are surprisingly well fitted by the continuum beam theory. In the limit of a string, the vibration of a CNT is independent of its own stiffness, and a force sensitivity as large as 0.25 MHz (pN)^?1 is demonstrated using a 2.2 nm diameter single‐walled CNT. These results will allow for the designs of CNT resonators with tailored properties.     

高效率低旁瓣天线口面场分布函数研究

在赋形双反射面天线中,口面场分布函数对天线电气性能起到至关重要的作用。口面场分布函数妆接影响天线的增益和近角旁瓣。在传统卫星通信地面站中,要求天线第一旁瓣电平在-14dB以下,口面利用率在90%左右,而射电天文望远镜要求天线第一旁瓣电平小于-20dB,口面利用率要求在85%以上。研究并给出了一种整个口面能量均匀分布而外边缘低锥销的口面场分布函数,可以满足高增益,低旁瓣的要求。     

任意极化波的传输效率对天线测量的影响

在测量圆极化天线辐射特性时,无论采用何种极化的测试信标天线,都会存在极化损失,即功率传输效率小于1,由此引入的测量误差是信标天线及待测天线极化特性的函数,因此需要对测量数据进行误差分析以及适当的修正。文中导出了任意两个椭圆极化波在一般情况下功率失配因子随轴比y和轴倾角r变化的计算公式,对工程中常见的几种情况进行了定量分析计算,讨论了功率失配校正因子的取值范围,以及对天线辐射特性测量精度的影响。