压缩感知结合FMM分析目标宽角度电磁散射问题

应用快速多极子方法(FMM)直接计算宽角度电磁散射问题时,需要对每一个入射角度迭代求解,计算量较大,效率较低。基于快速多极子方法中聚合、转移和发散过程与电磁波入射方向的无关性,将压缩感知理论(CS)引入并构建富含空间信息的新型激励源,仅由远小于入射角度数目的几次快速多极子计算,即可获得感应电流的观测值,近而恢复出所有入射角度下的激励电流。与传统矩量法结合压缩感知理论方法相比,该方法的计算精度较高,并且计算时间大幅减少。     

极化可调控阵列天线的通用设计方法

本文应用无约束的最大功率传输效率（MMPTE）法来实现阵列天线的极化可调控设计。通过引入一个放置于远场区的极化控制接收天线,与待设计的阵列天线构成无线功率传输（WPT）系统,从而将天线阵列的极化可调控设计转化为天线阵列的最大功率传输效率问题。只要阵列本身在物理上存在实现极化可调控的可能性,就可以利用MMPTE计算出待设计阵列的激励分布,使发射阵列产生所需要的极化。该方法还能保证所设计的阵列天线同时具有高增益和低旁瓣。相比传统的多极化阵列设计方法,本文方法不依赖特定的单元选择和阵列排布方式,是一种极化可调控阵列的通用设计方法。     

人造目标散射结构的零极化辨识与应用

目标最优极化是雷达极化问题研究的重要理论基础.目标零极化又称共极化零点,是目标最优极化的重要组成部分.通过目标零极化可以推导出目标的其他最优极化状态,其广泛应用于目标极化匹配接收、目标对比增强等领域.文中从目标结构辨识角度首次揭示了零极化理论方法在人造目标散射结构辨识方面具有独特优势,并基于人造目标典型散射结构从理论上推导出典型散射结构的零极化矢量.将复极化比平面的极化表征方法与极化响应特征相结合,提出了零极化三维响应特征图可视化表征方法,揭示了典型散射结构的零极化差异,得到了零极化响应特征矢量.在此基础上提出了一种人造目标散射结构的零极化辨识方法,通过提取极化雷达图像中人造目标的强散射中心,将散射中心的零极化响应特征矢量与典型散射结构进行匹配,从而确定散射中心的散射结构类型,实现人造目标结构辨识.结合车辆和无人机等典型人造目标的电磁计算数据,开展了目标结构辨识对比实验.与Cameron分解方法相比,本文提出的零极化散射结构辨识方法能够准确识别出散射中心的散射结构类型.特别对结构对称型人造目标,本文方法识别结果呈现的对称性更准确,更符合目标实际的散射特性.     

一种基于AFSS的可重构天线设计

针对5G智能天线双频工作,提出一种基于有源频率选择表面（active frequency selective surface, AFSS）的可重构天线,该天线由蝶形频率可重构馈源和八棱柱形AFSS构成,馈源采用的是共面波导方式馈电的蝶形单极子. AFSS由对称弯钩状缝隙的周期结构构成,通过PIN二极管进行加载,使得AFSS能够在3.4～3.6 GHz和4.8～5.0 GHz两个5G频段互为反射模式和透射模式. 利用AFSS对馈源天线激励的电磁波进行空间调控,可实现两个频段的全向和定向波束的切换,也可实现水平面波束扫描. 根据仿真设计的天线模型进行设计加工和实际测试,结果表明:该天线的工作频段可以覆盖以上两个频段,低频定向波束增益为7.6 dBi,高频定向波束增益为8.6 dBi;并且能实现高/低频双波段切换、全向/定向波束切换和水平面内360°波束扫描功能. 该天线具有波束切换灵活、功耗低、造价低等特点,在新一代无线通信系统中具有一定的应用价值.     

基于人工电磁结构的天线波束控制技术

波束前倾结构后置天线(Forward Tilted Beam and Back-placed Antenna, FTBBA)在高超声速小型飞行器领域有广泛应用。文中采用水平磁+电壁构成端射元,利用电与磁的二重性原理和Yagi天线理论,构建C波段波束前倾结构后置微带八木天线以实现端射。同时,利用栅格结构人工电磁材料(Artificial Electromagnetic Structures, AEMS)抑制表面波,减小杂散电磁波对端射方向图和极化纯度的影响。此外,围绕高超声速小型飞行器天线的共形需求,将两组FTBBA共形于典型的高超声速飞行器表面以实现双极化端射。该天线能够在5.2～5.9 GHz实现VSWR<2 (相对带宽为12.6%),增益>11 dBi,主瓣波束宽度约20×32°。该天线突破端射波束控制技术,解决了常规技术手段难以克服的高速飞行器结构后置和波束前倾相互制约等技术难题。     

处理对称与反对称结构电磁散射问题的统一理论

利用散射体的几何和物理特征,减少用矩量法求解散射场过程中所需要的存储量和计算时间,是当前具有理论和实际意义的重要课题。本文利用群论方法,给出了处理对称与反对称结构电磁散射问题的统一方法和理论依据。     

一种基于电磁耦合馈电结构的双极化微带天线设计

文中设计了一种层叠结构的双极化微带天线,两个极化端口采用不同的电磁耦合馈电方式,激励起两个正交的辐射场模式,提高了极化端口之间的隔离度。设计的天线由三层介质极板组成,两个极化端口的馈电层分别位于不同的介质层上,端口1采用缝隙耦合馈电,端口2采用振子临近耦合馈电,两个极化端口均从地板底部输出,适合于阵列应用。设计了一种工作于X波段的双极化方形微带贴片,在馈电结构上进行了匹配设计,实现两个极化端口的匹配和隔离。采用全波电磁仿真技术进行了结构设计和优化,仿真结果表明,在工作频率为9.85 GHz和10.15 GHz的频率范围内,该天线的两个极化端口的电压驻波比均小于2,极化端口的隔离度大于26 dB;在中心频点10 GHz处的增益分别约为5.79 dBi和5.17 dBi,带内增益平稳;虽然两个极化端口互异,但是在E面和H面上,两个极化端口表现出相接近的方向图,主瓣宽度均在80°左右,在主辐射方向上的交叉极化电平低于-25 dB。研究结果表明设计的双极化微带天线具有高隔离度和较为对称的辐射方向图性能,适合于在双极化阵列天线中应用。     

同心导体圆盘-圆环结构散射场的一种分析方法

本文从电场积分方程出发,经傅氏变换,并分离出电荷对散射场的贡献,导出了平面波投射于同心圆盘-圆环结构时,分析散射场的一个形式简单且便于求解的积分方程。当平面波正投射时解法尤为简单。据此求解圆盘和/或圆环结构上感应电流分布和相应的散射场。为验证本方法的准确性,对圆盘雷达散射截面(RCS)的计算结果与精确解进行了比较,结果吻合很好。文中还给出了当平面波正投射时,同心圆盘-圆环结构上感应电流各分量的幅度分布和散射场分布。     

一种新型电磁流量计转换器的设计与实现

电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律的原理来测量液体体积流量的仪表,其励磁方式越来越多。目前国内外厂家普遍采用低频矩形波励磁。本文针对低频矩形波励磁存在的问题,在原先220V交流励磁的传感器的基础上,提出了一种新型转换器的设计方案,来满足越来越高测量精度的需要。重点解决仪器的抗干扰、提高零点的稳定性以及测量精度等问题。     

一种分析准周期结构散射问题的有限元区域分解算法

采用区域分解法和矢量有限元法相结合分析准周期性结构的散射问题.将整个计算区域分成若干个非重叠的子区域,各子域形成自己的有限元线性系统;在子域交界面上引入罗宾传输条件来保证相邻子域的场连续性;通过高斯消去法把求解各子域内部未知量的问题转化为求解交界面上未知量的问题,从而降低计算复杂度.对于一些准周期性结构,利用子结构的几何重复性,能够让电大尺寸问题的求解更加快捷.给出的数值算例证明了该方法的正确性和有效性.     

一种HSGPS接收机的设计与验证

分析了GPS弱信号的特点,探讨了只存在NLOS型信号时影响GPS定位的主要技术因素。以u-blox公司的LEA-5S为基础,设计和验证了针对弱信号环境下车辆定位的HSGPS接收机。最后,通过测试其启动的TTFF和定位准确度,论证了HSGPS接收机设计及弱信号环境下定位车辆应用的可行性。     

一种适用于极化捷变天线的可重构射频网络设计

介绍了一种适用于极化捷变天线的可重构射频网络.该射频网络由一个两路可重构Wilkinson功率分配器和两个45°/135°可重构移相器构成,通过控制PIN二极管的偏置电压,可实现两种单路（1:0和0:1）传输模式和三种两路（1:1,1:j和j:1）传输模式,即五种不同的工作模式切换.实测结果表明:该可重构射频网络在单路传输模式（相对带宽6.7%）下的插入损耗小于1.5 dB,输入端口的回波损耗大于12.1 dB;在两路传输模式（相对带宽4.3%）下的输出端口间隔离度大于23.6 dB,相位差为3.5~5.4°（1:1模式）和92.6~97.4°（1:j和j:1模式）,相位误差小于7.4°.     

一种基于矢量有限元与多层快速多极子技术的电磁散射快速并行算法

在混合矢量有限元/多层快速多极子算法的基础上提出了一种快速算法及其并行算法,该算法中,其有限元部分的计算可在单元级上完成,无须生成总体系数矩阵,因此可大大节省内存及计算时间;对多层快速多极子部分,将基函数和权函数分别用不同空间位置上的点源函数展开,使阻抗积分计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅立叶变换计算完成,同时还给出了一些其他的改进措施.数值结果说明了算法的有效性.     

一种陷波可重构的超宽带天线设计与研究

该文设计了一种具有四陷波及可重构特性的超宽带天线。通过在天线辐射贴片、微带馈线上刻蚀U形槽,以及在改进型地板上添加环形开口寄生单元来实现天线四陷波特性。采用在陷波结构中加入PIN二极管开关的方法实现陷波可重构特性,通过开关的断开与闭合,分别实现三陷波和四陷波特性,从而进一步提高了超宽带频段的利用率。分析了天线陷波产生的原理,研究了天线部分尺寸参数对陷波的影响。通过仿真和实物测量结果对比表明,该天线在3～11.74 GHz频段内可有效抑制窄带系统的干扰。天线尺寸为24 mm×16 mm×0.8 mm,结构较紧凑,可广泛用于各种超宽带通信系统。     

面向工程应用能力提升的电磁散射高效数值分析:进展与挑战

本文介绍了在先进高效数值方法—多层快速多极子方法(Multilevel Fast Multipole Algorithm,MLFMA)分析框架下,旨在进一步提升数值求解能力和工程应用能力的研究成果,以及结合相关成果的应用研究;重点讨论了用于超电大目标(特别是含腔目标)散射分析的各型相位提取(Phase Extracted,PE)基函数、用于金属-厚介质层复合结构散射建模的电流磁流混合场积分方程(Electric and Magnetic Current Combined Field Integral Equation,JMCFIE)、用于天线罩及雷达仓散射计算的多层介质散射的多层薄介质层(Thin Dielectric Sheet,TDS)边界条件方法、用于多尺度结构电磁散射建模的快速笛卡尔展开方法;并给出了相关应用实例.最后,对当前仍然存在的主要挑战和可能的对策进行了简略的讨论和展望.     

一种坐标轴型箔条的设计及散射特性研究

针对传统箔条干扰性能受指向、极化、雷达视角等因素影响严重的问题,提出了一种坐标轴构型的新型箔条结构,并采用电磁仿真软件计算其在不同频率、极化和入射角度情况下的散射特性.该类箔条由考虑了缩短效应的三根传统箔条相互正交连接组成三维直角坐标轴形状,连接点为三根传统箔条的中点.仿真实验和暗室测量结果表明:针对X波段（9.5~10.5 GHz）雷达设计的这种新型箔条,当雷达波以不同线极化方式从不同角度入射时,单个坐标轴型箔条的雷达散射截面积（radar cross section,RCS）（其是干扰效能的主要量度）变化幅度不超过3 dB,在5°的角度制作误差范围内仍具有较稳定的RCS;单个坐标轴型箔条的平均RCS比相同质量的传统箔条高约2.61 dB,但是对圆极化雷达的同极化干扰能力较弱;数量为5万且呈随机分布的坐标轴型箔条云RCS保持在-10 dBsm以上,并且在线极化和入射角度上具有较好的稳定性,具备掩护典型隐身目标的能力.     

一种螺旋巴伦结构的毫米波二倍频器MMIC设计

基于GaAs肖特基二极管工艺,研制了一款无源毫米波二倍频器单片微波集成电路(MMIC).该电路的拓扑结构包含并联二极管对,输入巴伦和输入、输出匹配电路,其中输入巴伦为螺旋型Marchand巴伦,使电路输入输出端具有奇偶次谐波相互隔离的特点,不仅抑制了输出奇次谐波,而且增加了线间的耦合,显著减小了芯片的面积.在设计软件对电路进行仿真优化的基础上,经过实际流片并对芯片进行了测试,实现了输入功率为15 dBm时,输出频率在44～60 GHz处,输出功率大于-1 dBm,变频损耗小于16 dB,对基波和各次谐波抑制度大于30 dBc的技术指标.芯片实际尺寸为1.45 mm×1.1 mm.     

一种新型的波导缝隙频率可重构天线的研究与设计

设计了一种基于硅基等离子体的波导缝隙频率可重构天线.首先对横向PIN二极管进行了介绍,并以横向PIN二极管为基础提出了一种双横向PIN二极管结构,叙述了双横向PIN二极管的工作原理.其次,结合双横向PIN二极管和波导缝隙天线,提出了一种新型的波导缝隙频率可重构天线,并对天线进行建模与仿真,仿真结果表明:该天线实现了103.5、104和104.5 GHz的频率可重构.