雷达技术小知识

共形相控阵天线 conformal phased array antenna 阵列单元构成的曲面与具有一定几何形状的表面共形的相控阵天线。这些表面通常是飞机、导弹或其它运动平台的外形面。共形可以是由于空气动力学的需要，也可以是为了减少天线的雷达横截面。     

基于3D打印技术的任意曲面共形超表面隐身衣

超表面因其具有强大的电磁操控能力以及损耗小、剖面低和易加工等优势,在电磁工程领域受到了研究人员的广泛关注.然而,由于受加工技术的限制,目前所报道的超表面地毯隐身衣大多由二维平面结构拼接而成,研制能与任意目标曲面共形的地毯隐身衣仍然是一个挑战.为此,本文基于超表面和3D打印技术设计并验证了一款具有任意曲面的共形超表面隐身...     

条纹反射法测量镜面手机外壳多尺度三维形貌

对基于条纹反射的镜面物体三维形貌测量进行了研究,测量并分析了镜面手机外壳不同横向空间分辨率的三维形貌。由计算机控制液晶显示屏生成正弦条纹图像,用CCD相机记录由待测镜面物体反射的变形条纹图像并进行相位解调。相位分布受物体表面梯度调制,对相位数据进一步求导和积分可以分别得到表面曲率和高度分布。通过带通滤波分析,可以分解得到样品不同横向空间尺度的三维形貌,为加工工艺改进提供定量依据。对镜面手机外壳的测量结果表明,本文方法具有很高的灵敏度和很大的动态范围,高度方向分辨率可达亚μm量级。在普通实验条件下,能够同时得到表面形状缺陷、喷漆质量以及微观痕迹的定量数据;曲率分布数据特别适合于对任意形状镜面物体表面形貌瑕疵的检测定位。     

旋转曲面形圆顶天线的配相方程

本文在文献〔1〕思路基础上,推导了旋转曲面形圆顶天线的固定延迟相位和馈电平面形相控阵天线的相位计算公式。应用同样的分析方法,推导了介质型圆顶天线的外形曲线方程和馈电阵口径相位计算方程。一、固定延迟相位计算公式的推导在以下公式的推导中,基本原理见文献〔1〕,设无源透镜是由任意曲线r(θ)绕Z轴旋转而成的曲面,天线元则假定连续地排列在曲面上。我们要求透镜在θ角方向有放大扫描角的作用,在方位方向则作对称扫描。如图1所示,由图示的几何关系可     

超表面调制天线的国内外最新进展

超表面调制天线是近年来从超材料技术中所衍生出来的前沿研究方向,对于新型电扫天线的设计具有重要意义,其具有低成本、低功耗、灵活可控等优势特性,在电磁场辐射、隐身等领域具有重要的应用前景。文章对电磁超表面进行了简要概述,总结了超表面调制天线的设计思路和工作机理,综述了国内外在超表面调制天线领域的研究进展和应用成果。最后阐述了当前超表面调制技术所面临的关键问题,并对超表面调制天线的未来发展前景进行了展望。     

基于相位梯度超表面的高增益天线设计

根据广义Snell 反射定律,相位梯度超表面可在其表面形成额外的平行波矢分量,从而对电磁波的反射进行调 控。如果构成反射超表面单元的相位差按照抛物面分布,那么就可以实现对垂直入射电磁波的聚焦;相反,在超表面焦点处放置 辐射球面波的馈源,球面波经超表面反射可以得到平面波,从而提高馈源增益。本文基于有相位梯度的单元,设计了由13×13 个 单元构成的二维反射相位梯度超表面,并在其焦点处放置贴片天线,构成反射面天线。仿真和测试结果都表明,贴片天线辐射的 球面波经超表面反射后得到了平面波,天线的增益达到20 dB,比贴片天线提高了11.7 dB。     

采用近邻粒子群算法设计非规则曲面微带共形阵

采用近邻粒子群算法设计了一个安装于非规则曲面上的微带共形阵。通过测量安装于非规则曲面上的天线单元的方法，将载体对共形阵的影响计入天线设计中。采用近邻粒子群算法对单元进行了优化，根据优化结果制作了微带共形阵，给出了非规则微带共形阵的驻波曲线和远场方向图。实验结果表明，近邻粒子群算法能够有效地对复杂曲面上安装的共形阵进行设计。     

基于几何相位的三层透射型等离子编码超表面

本文提出一种由多纳米棒与圆形金属缺口组合而 成的三层几何相位编码超表面,本结 构在0.737 THz处对透射波具有完美的几何相位调制效果且很大程度 提高了散射光的效率和 带宽,进而扩展纳米棒的应用领域。此外,针对几何相位超表面,我们引入数字信号处理中 的傅里叶卷积计算理论,实现对编码超表面的加法或减法运算,从而达到透射散射角度的自 由操控。通过对不同的编码序列进行多次傅里叶卷积运算即可扩展到控制光波的所有方向, 为可见光的自由、灵活的操作提供了更大的自由度。本文提出的几何相位编码超表面也可以 应用于微波与太赫兹频段,为电磁波的实时控制及波束扫描打开新的途径。     

非线性超构表面:谐波产生与超快调控

超构表面是指由亚波长结构构成的纳米光学天线阵列。在合适的激发条件下,纳米天线可以产生共振,实现近场增强,进而增强非线性光学效应。相较于传统非线性光学晶体,超构表面集成度较高,有利于实现小型化的高效非线性光源。由于光只传播亚波长的距离,针对非线性谐波产生等应用,超构表面具有无需考虑相位匹配的优势。此外,超构表面具有亚波长的空间分辨率,通过对结构单元的设计和排列,可以实现对非线性谐波的相位、偏振和振幅的灵活调控。该综述针对超构表面在光学频率转换、非线性波前调控以及超快全光调控等领域的国内外近期工作进行了总结,并对非线性超构表面在走向实际应用中面临的挑战和进一步的发展方向进行了展望。     

基于虚拟阵列变换的共形阵列信号DOA估计

共形阵列是指与载体表面共形的天线阵列,对载体空气动力性能影响小,在军用、民用等飞行器上具有广泛的应用。针对共形阵列信号处理中的角度估计问题,给出了一种基于虚拟阵列变换思想的共形阵列信号DOA估计算法。该算法首先对接收数据进行虚拟阵列变换,利用变换后的数据,采用ESPRIT算法和MUSIC算法相结合,实现了对共形阵列信号二维角度估计。算法对阵列形状限制小,真正实现了适用于任意共形阵列。以圆柱共形阵列为例,通过仿真实验验证了算法的有效性。     

相控阵透镜天线的配相研究

本文基于棱镜折射原理,提出一种用来放大相控阵天线扫描角的无源透镜。该透镜由任意旋转曲面形阵列或介质材料构成。给出了计算阵列透镜配相、介质透镜外形曲线和平面相控阵天线孔径相位的若干计算公式。当这种透镜与平面相控阵天线组合使用时,则可使单个平面相控阵天线波束获得半球空域的扫描能力。     

赋形波束共形天线口径综合与方向图分析

针对工程领域对共形阵列天线波束的要求日渐特殊,给出了一种赋形波束共形天线口径的综合方法,以及相应的数值计算和优化结果。在直线阵的基础上结合Woodward综合理论和切比雪夫综合理论,并把综合结果通过投影口径综合法运用到柱面共形阵。将幅度与相位的误差引入各个天线单元通道中,同时考虑到现有加工试验手段对误差的修正,突出了本方法对天线工程设计的指导意义。仿真结果表明,用该方法可以综合常用波束形状和较低副瓣的共形天线口径。     

微带天线及其在通信与广播电视中的应用

１微带天线的历史与优缺点微带天线最初作为火箭和导弹上的共形全向天线获得了应用。现已大量应用于１００ＭＨｚ－１００ＧＨｚ宽频域的无线电设备中,特别是在飞行器上和地面便携式设备中。微带天线的特征是比通常的微波天线有更多的物理参数,它们可以有任意的几何形状和尺寸。微带天线可以分为三种基本类型：微带贴片天线、微带行波天线和微带缝隙天线。和常用的微波天线相比,它有如下一些优点：（１）体积小,重量轻,低剖面,能与载体（如飞行器）共形,并且除了在馈电点处要开出引线孔外,不破坏载体的机械结构,这对于高速飞行器特…     

一种圆柱形滚动抗金属RFID标签天线的设计

设计了一种可以在金属表面上任意滚动的超高频射频识别（RFID）标签天线。标签天线基于倒F天线,采用呈圆柱状布局的六个曲面臂,其中三个曲面臂通过馈电面与标签芯片的一端相连,另外三个曲面臂通过接地面与标签芯片的另一端相连,天线圆形短路面连接着六个曲面臂。标签天线在金属面上任意滚动时,都具有稳定的工作性能。标签天线直径为12 mm,长度为67 mm,在有效全向辐射功率为3.28 W条件下,实测最大识别距离达到6.2 m。所提出的标签天线具有紧凑的尺寸、良好的读取范围以及可以在金属表面上滚动工作的优势,适合应用于复杂工业物联网环境下的RFID系统中。     

光学相位分布曲面的自适应调制系统

液晶调制器件的相位分布一直无法实现精确的区域表征,同时相位分布曲面的驱动电场也只能通过间接光学调制结果进行调整,因此我们构建了一种相位分布曲面的自适应调制系统.通过将相位深度转换为透过率,并经过高分辨率探测器件的灰度测试,可以得到精确的区域相位深度信息.系统将实际的相对透过率分布曲面与预期中理想的相对透过率分布曲面做比...     

偏振特异的聚焦和波前保持的双模超表面

设计出一种对左旋和右旋圆偏振光产生各向异性相位调制的双模超表面器件。该器件在改变硅纳米柱尺寸进而调控传输相位的同时,改变了其面内旋向获得附加的几何相位。由于两种相位的结合,入射到超表面器件的右旋圆偏振光实现了44.8%的聚焦效率,而对于入射左旋圆偏振光,则保持其平面波前透射。该超表面器件作为小型化偏振器件可应用于信息加密传输等领域。     

模拟分析具有表面等离子体效应的纳米光学天线及其阵列

基于时域有限差分方法,模拟分析了位于介质材料上的杆形和蝴蝶结形两种金纳米天线及杆形天线阵列. 结果表明天线近场光斑直径约可以达到波长的1/11,蝴蝶结形天线的光斑强度可以比入射光场增强91倍. 杆形天线阵列仍可以实现这种增强效应. 蝴蝶结形天线中光场增强最高可以达到28000倍,而且局域化的光场可以耦合到天线臂上的纳米颗粒.     

3维曲面振镜激光加工FPLSCM算法实践

为了高质量地将目标图像标刻在任意曲面上, 需要将计算机中排版的2维数据转换为3维数据从而形成具体振镜加工轨迹数据。在大量激光标刻实验测量与计算的基础上, 采用一种对任意自由曲面进行最小化失真展开的区域重点最小二乘共形展开(FPLSCM)算法, 完成了实用的3维振镜激光加工系统软件设计, 并进行了理论分析和实验验证, 取得了大量标刻测量数据。结果表明, 在z轴上下300mm范围内, 本算法能有效将由于高度与待加工表面形状差异带来的标刻畸变控制在1%左右, 并且在各类3维曲面上都得到了很好的加工效果。此研究成功实现了在自由3维曲面上利用动态聚焦技术完成各种表面加工的工作, 并通过优化算法有效减少了畸变。     

模拟分析具有表面等离子体效应的纳米光学天线及其阵列

基于时域有限差分方法,模拟分析了位于介质材料上的杆形和蝴蝶结形两种金纳米天线及杆形天线阵列.结果表明天线近场光斑直径约可以达到波长的1/11,蝴蝶结形天线的光斑强度可以比入射光场增强91倍.杆形天线阵列仍可以实现这种增强效应.蝴蝶结形天线中光场增强最高可以达到28000倍,而且局域化的光场町以耦合到天线臂上的纳米颗粒.     

基于电调超表面及柱面反射面的相控阵天线设计

提出了一种基于电调可重构超表面的低成本相控阵天线。该天线结构由天线底部的抛物线反射面馈电网络、上层的波导缝隙阵列及在波导中加载的电调超表面3部分组成,通过抛物线反射面将馈源在天线下层平板波导中产生的柱面波转换为平面波并用来激励天线上层的波导缝隙阵列。为了实现低成本的波束扫描,在每条独立的波导缝隙天线前端加载了具有360°相位调制能力的电调超表面。通过改变变容二极管上的偏置电压的大小可改变超表面的透射相位,实现连续的波束扫描能力。该天线可实现±30°的连续波束扫描,最大副瓣电平值为-13 dB,增益变化为-2 dB。该天线的低成本、高效率的波束扫描特性使其非常适合应用在一些低成本的雷达及通信系统中。