HIFU治疗相控换能器相位控制和驱动系统设计

多阵元相控阵列聚焦换能器具有焦距可调和可实现经颅聚焦等优势。相控阵换能器相位控制和驱动系统是决定多阵元相控换能器能否应用于临床的关键技术之一。目前,在满足电路系统输出参数要求的前提下,尽可能通过提高系统集成度缩小系统体积,并提高相位分辨率是相控阵换能器相位控制和驱动系统设计过程中的重点与难点。该文基于现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片、高速数模转换器（DAC）、集成驱动放大器设计了高强度聚焦超声（HIFU）治疗相控阵换能器相位控制和驱动系统。实测结果表明,本系统输出的正弦信号峰 峰值为36.2 V,且输出信号中无高次谐波,相位分辨率为2 ns,延时误差小于1 ns,可满足HIFU治疗相控换能器阵元驱动及其所需相位分辨率,并使系统小型化。     

相控阵聚焦超声控制系统的设计

低强度聚焦超声治疗技术是当前超声治疗领域的研究热点,应用场景不同对于超声系统的参数和性能要求也具有差异化,相控阵技术的引入为解决聚焦声场精确控制带来了新的思路。现有相控阵聚焦超声控制系统的输出参数相对固定,频率和功率可调范围窄,且支持换能器阵列通道的规模较小。该文设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的256通道的相控阵超声控制系统。实验结果表明,该系统实现频率1~3 MHz 可调,输出电压峰 峰值±100 V连续可调,相位延时精度为5 ns,可驱动不同阵元数的相控阵探头,从而为超声治疗技术的研究提供多元化激励实施方案。     

基于FPGA的超声相控阵发射电路研究

针对基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的高精度相控阵控制电路,采用锁相环技术的延时控制电路设计方法,在Modelsim软件中设计、仿真相控阵发射电路的聚焦和延时功能。在设计过程中,采用S扫描的扫描方式,由相控阵发射原理计算出相控阵发射电路的延时时间,通过相应的延时得到相控阵发射电路的聚焦。采用FPGA内部集成的锁相环,可以对输入时钟进行倍频或者分频,以此产生超声相控阵发射电路所需要的相关时钟信号。     

X波段高功率高效率延时组件设计

为了实现相控阵雷达的宽带宽角扫描,用延时器处理取代常规相控阵雷达中的移相器是一种有效的技术措施。文中研制了一种X波段高功率高效率延时组件,利用幅度/相位自补偿电路改善寄生调幅和寄生调相,通过增益链路分配和C类线性功放模式,实现了组件高效率和高增益,同时利用电磁仿真与热传输路径分析验证了可靠性,对相控阵雷达收发组件的设计和制造具有参考价值。根据实测结果,所有组件发射输出功率高于5 W,效率高于46.3%,延时相位精度优于±10°,延时寄生调幅低于±1.3 dB,组件接收增益为23.3±0.6 dB。     

啁啾光纤光栅移相器在相控阵天线中的应用

本文首先介绍了相控阵天线中的移相器和延时线，然后从啁啾光纤光栅的相位匹配条件出发推导出这种光栅的时延特性近似表达式，并提出将啁啾光纤光栅作为延时线应用于相控阵开线，然后给出了不同光波波长条件下的相移特性。     

光控相控阵雷达中的真延时技术

在介绍光控相控阵雷达相对于传统相控阵雷达的优势所在及其发展历程的基础上,阐述了光控相控阵雷达工作的基本原理和实现光控相控阵雷达的手段——真延时。介绍了现阶段国内外实现真延时的方法,通过归纳将真延时结构分为两类,具体分析了两类结构中各种真延时结构的组成、实现方法、工作原理以及现阶段运用在光控相控阵雷达中能够达到的性能指标。     

光学延时物理机质及最新进展研究

分析了光学延时相控阵雷达（天线）国内外研究现状、研究机构及最新研究进展,提炼出普通和色散光纤延时线、波分复用技术结合多波长激光器光学延时、自由空间段结合液晶开关光学延时、布拉格、啁啾光纤光栅光学延时、平面波导技术光学延时、声光技术光学延时的相控阵分类及关键技术和代表性图示,评述了光学延时相控阵雷达（天线）国内外研究概貌。     

超声相控阵检测起落架焊缝系统研究

超声相控阵检测技术近年来被广泛利用在航空工件检测领域。与传统超声检测技术相比,相控阵技术检测精度更高,可操纵性更强,利用相位延迟,控制声柬偏转聚焦,达到检测目的。本文利用超声相控阵技术对某型歼击机起落架焊缝进行无损检测,比传统超声检测精度更高,操作更简易。     

相控阵雷达天线延时技术的发展

介绍了相控阵雷达天线在大扫描角及大瞬时带宽应用场景下延时补偿技术的发展概况。对天线阵列的波束色散现象以及延时补偿技术对天线方向图的影响进行了分析,并介绍了国内外的一些延时方案。依据延时实现架构,将其分为微波延时、表面声波延时、光延时以及数字延时四类。重点对微波延时的几种不同类型的实现形式进行了描述,并根据微波延时线实现载体的不同,分为GaAs 芯片、射频电缆、印制板和微同轴四种。另外,针对延时拓扑电路进行理论推导分析,说明单延时路径在电路设计上的优势,并分析了基态链路对延时路径的幅度、相位补偿和介质材料对延时量的误差引入。对相控阵雷达天线在大扫描角及大瞬时带宽应用场景下的延时补偿技术研究有一定参考价值。     

X波段有源相控阵雷达子阵驱动延时组件的设计与实现

分析了X波段有源相控阵雷达子阵驱动延时组件的功能及其工作原理,介绍了驱动延时组件高精度与小型化设计的实现方式。针对任务需求,设计并实现了一种集成五位延时、收/发增益补偿功能的驱动延时组件。根据实测结果,该驱动延时组件接收增益为16 dB±1 dB,发射功率为27.5 dBm±0.5 dBm,延时切换时幅度精度≤±0.8 dB,相位精度≤±5°。     

熔覆层厚度对相控阵表面波聚焦特性的影响

超声表面波是检测激光熔覆层质量的重要手段,为提高检测分辨率,采用可达到声束聚焦效果的相控阵表面波对激光熔覆层进行检测。建立了单探头与相控阵表面波传播的有限元模型,基于Fermat原理研究超声波传播路径并分析了阵元延时特性,实现了相控阵表面波的聚焦和偏转,研究了熔覆层厚度对相控阵表面波聚焦特性的影响。结果表明,对于基体材料为铝,熔覆层材料为45#钢时,熔覆层厚度在2.5 mm内,聚焦点的能量随厚度增加而减小,如1 mm厚相对于0.2 mm厚的聚焦点能量减小了58.8%;当厚度大于2 mm时,聚焦点处能量变化不明显,表明超声相控阵表面波对薄的熔覆层具有较好的检测效果。     

相控阵天线时域有限差分计算中激励源分析

在时域有限差分(FDTD)方法用于偶极阵列天线数值计算时,采用带有内电阻的缝隙馈电激励源模型,及选择自由度较大的调制高斯脉冲信号,来提高数值算法迭代计算的收敛速度;在各馈电单元的时域信号中通过引入合适时间延迟,实现对相应单元相位的控制。用二元相控阵列天线模型,验证了算法和程序是正确的;用六元相控圆形阵列天线,分析了该算法在实际相控阵天线问题分析中的应用。     

傅立叶1/4波片法检测液晶光学相控阵移相量的精度分析

为了能够更好地实现对液晶光学相控阵的移相分布特性进行高精度的测量,本文针对傅里叶四分之一波片法的测试精度进行理论仿真和试验验证。仿真结果表明,该方法测试误差小于0.08°,采用标准二分之一波片对其进行验证,实验结果表明重复精度小于0.3°。因此,针对液晶光学相控阵波控数据0.5°移相控制精度要求,傅里叶四分之一波片法的测试精度和重复精度能够满足移相测量精度要求。     

基于DSP的高速相控阵波束控制器设计

介绍了基于数字信号处理器(DSP)的宽带延迟线相控阵波束控制器设计方案,提出了一种快速计算波控码的新方法。该方法引入了阵内相位差数据表格,规避了移相值计算涉及的三角函数、除法和浮点运算等复杂计算流程,适于在定点DSP运行。通过计算波束控制码和快速布相,改变了宽带延迟线的真延时,实现了宽带相控阵发射系统的大空间角度波束扫描。     

有源相控阵天线瞬时宽带性能改善研究

采用无色散特性的模拟或数字移相器会导致天线波束指向随频率发生变化,即相控阵天线的孔径效应。工程上一般在子阵级别上采用色散特性的实时延迟线拓展相控阵天线瞬时带宽,但是子阵级延时量化误差会产生周期性栅瓣,导致天线副瓣性能恶化。文中提出在通道(或多通道收发组件)上设置小位延迟线、与子阵级大位延时线叠加使用,消除或改善子阵级延时误差造成的性能恶化。结合X波段有源二维阵列天线,对单元级、子阵级、子阵+单元两级三种情况进行了仿真。仿真结果表明,子阵+单元两级延时方法在扩展相控阵天线瞬时带宽的同时,能明显改善相控阵天线的副瓣特性,且具有较强的工程可实现性。     

光控相控阵多通道芯片集成方案研究

光控相控阵的延时网络借助于光电子器件实现宽带微波模拟信号处理,有效突破了电子瓶颈的限制。针对光控相控阵中多通道光延时网络芯片全集成架构,进行了深入论证,研究了光延时网络中激光源、载波抑制及延时精度等因素的影响。提出了一种可用于光控相控阵设计的多通道全集成光芯片的架构方案,并搭建了S频段光链路实验平台验证。结果表明,基于该多通道架构方案的延时网络可实现宽带范围内射频增益合成。     

宽带相控阵雷达的波控系统设计

宽带相控阵雷达要求波控系统不仅能完成窄带方式下的移相控制,还应具有宽带方式下的延时控制,实现雷达系统高分辨探测.文中采用了"广播式传输、分布式运算"的波控系统方案,设计了基于数字信号处理器(DSP)的波束控制器,完成波束的实时运算和相位控制,在子阵级和单元级实现了宽带方式下延时控制算法,并在工程上得到了验证.