不完整带隙结构在微带天线中的应用

为了使微带贴片天线满足导航和通信等应用设计的某些特殊要求,提出了一种可改善微带天线性能的不完整电磁带隙结构:首先在普通的切去两个对角的方形圆极化贴片天线周围一定距离处附加电磁带隙结构,使谐振频率增加而带宽变化不大;然后,在此基础上又将接地板外侧四边切去窄方形金属层,从而形成方形环介质层.仿真结果表明:新型结构可提高传统贴片天线的低仰角增益和总增益,同时可使传统微带天线较好地实现双频工作.      

介质覆盖的柱面共形微带天线的互耦分析

 共形微带天线间的互耦对微带天线阵的性能有重要影响,另一方面,为了防止对微带天线阵的自然的或人为的损害,需要在天线阵表面涂覆介质层或给其加上天线罩,因此在设计共形微带天线与阵列时也应当考虑覆盖层或天线罩的影响.利用严格的全波法分析和计算了介质覆盖、探针馈电的柱面共形微带天线单元间的互耦,给出了E面和H面互耦的数值结果,并讨论了柱面曲率半径和贴片间距对互耦的影响,给出了互耦随频率的变化关系,同时也研究了衬底介质和覆盖层对互耦的作用.     

基于分形的宽带漏波天线研究

设计了一种新型的具有宽频带特性的微带平面漏波天线.该天线由基片集成波导喇叭、抛物面结构和一组30×10单元的微带贴片阵列组成.分析比较了普通贴片和分形结构贴片天线的带宽和辐射特性,发现具有分形结构单元的天线具有更宽的频带和更好的辐射特性.仿真结果表明,采用Minkowski准分形结构贴片单元的漏波天线在18～22GHz内回波损耗都大于10dB,带内增益可达17dB.实测结果表明,天线在18～22GHz内回波损耗大于10dB,在20GHz增益为14dB,适合于卫星应用.这为将其用作对地观测卫星数传天线提供了新的理论支撑.该新型微带平面漏波天线具有高增益、宽频带、小体积、轻质量和波束扫描等优势,可作为航天器天线的优选.      

有源集成背馈式接收天线设计

为了提高接收天线系统的增益以及灵敏度,对于天线与射频前端组成的接收系统采用了一种有源集成接收天线的设计方案,从而省略了传统设计中的有源电路与微带天线之间的匹配网络.依照此方案,设计并实现了一个背馈结构的矩形微带天线与前级低噪声放大器电路的有源集成.矩形微带天线的馈电点与低噪声放大器的输入端通过金属探针相连,当天线在2.48?GHz谐振时,通过选择合适的馈电点位置,天线产生放大器设计所需的输入阻抗.有源集成背馈式接收天线工作于S波段,最终的测试结果显示了其优良的特性.     

微带参量的一种新的测量方法

设计制作微带电路和微带天线需要知道微带的参量。我们提出的网络扰动法的原理类似于切割微带线法。但代替对微带线的切割,用金属或介质片沿微带线平行滑动,同样可测出微带波长.这种方法应用于有介质层测量也同样有效。分析表明,这种方法还可测出微带线的衰减,是一种有效的测量方法.     

一种抑制扰动的轴向磁轴承鲁棒控制新方法

从鲁棒稳定性和抑制扰动的动态性能角度,分析了干扰观测器应用到轴向磁轴承时其有效带宽较低的问题,指出磁轴承易受到低频干扰并提出了一种抑制扰动鲁棒控制方法.基于动态分析建立了轴向磁轴承的名义模型,并设计了内环控制的干扰观测器,采用标准H∞问题的方法设计抑制扰动鲁棒控制器作为外环控制.仿真分析与实验说明了该方法能够提高干扰观测器的带宽,同时,实验验证了对于系统参数不确定性具有较强的鲁棒性能,对比单一的控制方法具有良好的抑制扰动能力.     

微带八木贴片天线的特性研究

研究了微带八木贴片天线的频率响应特性和辐射特性。利用电磁仿真软件HFSS分析了天线各贴片大小和贴片间距等参数变化对寄生贴片耦合场强度和相位的影响,得出了耦合场强度和相位随天线参数的变化规律,揭示了天线频率响应和辐射方向图随天线参数变化的本质原因;在此基础上给出了天线的设计步骤。在某项目中应用该设计步骤进行实例设计,针对项目对天线增益的要求优化天线增益方向图,使之满足项目要求;天线实物的测试结果与仿真结果吻合并完全满足设计要求,证明了设计方法的有效性。     

基于阻抗控制的机械臂末端工具的柔顺控制

当空间机械臂执行任务时与环境相接触，机械臂末端工具和目标之间可能存在很大的接触力.为了将接触力限制在一定范围内，本文提出了基于位置控制内环的阻抗控制对机械臂末端精细工具进行柔顺控制的方法.该方法建立了机械臂末端工具的位姿与接触力/力矩之间的动态关系，使用关节位置/速度传感器和腕力传感器的测量来得到关节角、关节角速度和末端接触力反馈，使得机械臂末端执行器根据反馈作出相应的顺应性运动.研究将阻抗控制应用在复杂精细的末端工具上，将位置和姿态同时纳入柔顺控制器的设计中，实现了末端位置和姿态的综合控制.最后本文以螺钉拆卸为例，对提出的末端柔顺控制律进行位姿控制和接触力控制的仿真验证.仿真结果表明，本文设计的柔顺控制器可以有效控制接触力在合理范围内，并在误差很小的范围内实现位置和姿态的综合控制，对实际工程应用中，机械臂末端的精细操作具有指导意义.     

流媒体系统多数据流安全的动态选择控制模型

部分加密等媒体数据加密算法是保护媒体数据安全的有效方法,但用其加密流媒体系统中的多路媒体数据将使系统面临效率、规模扩展与安全性问题.为此提出基于数据安全权重的多数据流加密的动态最优选择控制模型,根据各数据流的带宽、权重等参数,为不同数据动态选择不同强度的加密方法.由于化简后的数学模型是NP难的0-1背包问题,结合实际系统特点提出基于贪婪启发思想的增量式近似算法.理论分析和实验表明该算法时间复杂度低且具有良好的近似性.最终在一个实用流媒体系统——Admire系统中设计实现了选择控制模型的原型子系统.      

SINS辅助GPS跟踪环误差分析与最优带宽设计

SINS(Strapdown Inertial Navigation System)辅助GPS(Global Positioning System)跟踪环路的结构设计是SINS/GPS超紧组合系统实现的主要环节,而环路带宽是决定不同误差源作用下GPS跟踪环路性能的关键.首先对SINS/GPS超紧组合系统中影响载波锁相环(PLL,Phase Lock Loop)跟踪性能的各误差源进行了详细的建模与分析,进而设计了一种最优环路带宽的调节方法.该方法基于最小化跟踪误差的准则,根据接收机检测到的信号载噪比实时调节PLL带宽,以使环路保持最优跟踪状态.结果表明,所设计的最优环路带宽调节方法能够有效提高SINS辅助PLL的抗干扰性能与跟踪精度.     

宽频带微带天线的设计

频带窄严重制约微带天线的广泛应用。在讨论微带天线频带展宽的基础上,研究多崐谐振方式展宽频带的方法。采用时域有限差分法进行优化设计计算,给出了具体测崐试结果。     

非均匀间距的低副瓣宽带微带阵列天线设计

为降低天线副瓣电平（SLL）和展宽带宽,设计了一款谐振频率为14.25 GHz的16阵元非均匀间距的耦合馈电微带阵列天线。天线采用多层设计,通过在接地板开矩形槽进行耦合馈电,并引入空气层,降低天线Q值,增大带宽。区别于均匀间距阵列天线的激励幅值加权,从阵元间距角度入手,利用差分进化算法降低副瓣电平,构建非均匀间距并联线阵天线。用槽面辐射的能量近似代替阵元接收的能量,观察阵元功率分配情况,并建立馈电网络所有馈线段的数学关系,保证非均匀间距条件下所有阵元为等幅同相激励。测试结果显示,天线在14~14.5 GHz范围内电压驻波比小于2,满足了卫星动中通的带宽要求;工作带宽内增益大于16 dB,副瓣电平低于-16 dB,性能优于均匀间距阵列天线。      

电磁带隙结构测量的悬置微带线法研究

对用于测量电磁带隙（Electromagnetic Band Gap,EBG）结构带隙中心频率和带隙宽度的悬置微带线法进行仿真和实验研究。通过对不同高度和不同宽度的悬置微带线进行仿真,研究悬置微带线的高度和线宽对EBG带隙中心频率、带隙宽度测量值的影响。最后以蘑菇型EBG结构为例,进行了实物加工和测试验证。     

基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计

多子阵稀疏交错共享孔径阵列天线是实现多功能阵列天线设计的有效途径。提出了一种基于子阵激励能量匹配的多子阵稀疏交错优化方法。根据均匀线阵激励与其方向图之间存在的傅里叶变换关系,该方法首先通过快速傅里叶变换（FFT）获得特定方向图的激励频谱能量分布,然后分析均匀线阵目标方向图频谱能量的分布特征,采用交叉选取子阵激励的方法,确定各子阵单元位置,使得阵列天线单元激励能量均匀分配,从而确保各子阵方向图近似一致。在此基础上通过迭代FFT的方法降低各子阵天线方向图旁瓣峰值（PSL）,实现低旁瓣,同性能的多子阵交错共享孔径阵列天线设计。仿真研究与实验表明,通过本文提出多子阵交错方法设计的共享孔径多稀疏交错子阵具有运算量小、孔径利用率高、各子阵峰值旁瓣电平低且拥有相似方向图的优点。利用子阵交错的方法,通过控制各子阵主波瓣指向,能轻松实现多波束指向的多功能阵列天线设计。      

考虑在轨热效应的网状天线索网优化设计

网状天线服役于高低温、强辐射的复杂太空环境，其热变形是影响天线在轨性能的重要因素。目前的设计方法均为常温下的索段预应力配置，难以计及服役环境对天线在轨性能的影响。通过在索网模型中引入温度载荷，建立了以常温下索段参数为变量，以服役环境下的索网形面精度和张力分布为目标及约束条件的索网优化模型，从而在设计之初充分考虑服役热环境下的天线性能，改善天线在轨精度和张力分布。分析了天线运行轨道热环境，计算了天线在不同轨道位置的温度场；基于非线性有限元理论，建立了网状天线热结构模型，形成了考虑温度效应的索网找形及优化设计方法；开展了面向天线服役性能的索网优化设计。优化结果表明，该方法有效提高了天线在轨运行时的性能，可为考虑服役环境的网状天线优化设计提供方法和思路。     

大型反射面天线的系统误差补偿法综述

阐明了反射面天线随机误差和系统误差的概念;介绍了补偿大型反射面天线系统误差的两类方法:阵列馈源补偿法和调焦与副面匹配法;并简要阐述了反射面天线机电一体化设计的思想。     

深空探测器大口径天线指向在轨标定方案

基于深空探测器配备的大口径天线的指向精度要求,给出了一种深空探测器大口径天线在轨指向的标定方案,以解决深空探测器安装的大口径天线的在轨指向评价问题。通过对飞行器特点和约束条件的分析,结合"嫦娥4号"中继星天线的具体情况,采用星地协同工作的方法,给出了天线指向在轨标定的方案,并明确了标定的实施流程,最后对标定过程中的误差情况进行了分析。本方案可推广应用于其他深空探测器大口径天线指向标定方案的设计。