频率选择表面(FSS)在天线隐身技术中的应用

本文简要叙述了飞行器隐身技术中通常采用的三种方法。飞行器采取上述隐身技术措施后,机载雷达天线对电磁波的散射成为飞行器的主要散射源。因此,天线隐身技术的研究就显得十分重要。本文介绍的频率选择表面(FSS)是一种由无源谐振单元,按一定排列方式组成的准二维平面周期结构,利用其对电磁波具有频率及极化的双重滤波的概念,以达到降低天线雷达截面积(RCS)的效果。文中用谱域分析法对十字形振子阵FSS的特性进行了分析计算,并应用于天线罩或低RCS反射面天线中。对已加工出的面积为42×42cm~2,在聚四氟乙烯玻璃纤维布上的十字形振子阵FSS样品进行了性能测试,从测试曲线看出方法是有效的。     

涡扇发动机二元排气系统推力与红外特征多目标型面优化设计

以涡扇发动机二元排气系统为例，以排气系统推力系数、3~5 μm波段正尾向红外辐射特征为优化目标，以窄边探测面30°和宽边探测面90°方向的红外辐射特征为约束，以喷管喉道宽高比、喉道型面半径比、收敛半角和扩张半角为优化变量，在发动机地面军用动力状态，研究排气系统推力与红外特征的多目标型面优化设计。在设计过程中，基于正交试验法确定初始样本点，建立排气系统推力系数、红外辐射特征与设计变量间的RBF代理模型，采用自适应模拟退火算法对代理模型进行分析求解。结果表明：多目标优化方法可应用在排气系统推力与红外特征的兼容设计上，并可取得一定的效果，相比基准二元模型，仅通过型面设计，多目标优化后排气系统推力系数提高了5.3%，在正尾向的无量纲积分辐射强度降低了17%。     

一种超宽频共形天线结构的力学性能测试

共形天线结构是一种将机载天线集成到飞机复合材料结构中的集承载、维形、隐身及通信功能于一体的多功能结构。本文采用对数螺旋天线作为内植传感器件,设计并制造了一种超宽频共形天线结构,通过面内压缩试验和三点弯曲试验对该型共形天线结构的力学性能进行了考核测试。试验结果表明,超宽频共形天线结构具有更优的力学性能。相对于未植入天线的复合材料夹层结构,超宽频共形天线结构的面内压缩刚度提高了112%,面内压缩强度提高了95%,结构压缩破坏模式由单纯的面芯分离变成了多个胶接界面分离和芯体剪切破坏的复合破坏模式,且强度分散性变大;超宽频共形天线结构面外弯曲刚度提高了26%,面外弯曲强度提高了17%,弯曲破坏模式由上蒙皮与芯体间的大面积面芯分离变成了压头下部局部蒙皮折断和芯体塌陷。     

空间智能天线夹芯结构热变形力学分析

空间智能天线夹芯结构是一种集承载、维形和微波通讯于一体的多功能结构。该结构将微带天线阵列植入复合材料夹芯结构蜂窝芯体中,既满足了结构力学和热力学性能要求,又满足了被植入天线的电性能要求,实现了空间结构的多功能化,降低了系统综合质量。本文针对低地球轨道的空间热环境,选取低热膨胀系数、低密度、高强度、高模量、耐高温及透波性好的复合材料,基于复合材料力学经典理论分析设计了面内热膨胀系数接近于零的复合材料蜂窝夹芯结构面板,并且对空间智能天线夹芯结构在低地球轨道典型空间环境下的结构热力学响应进行了有限元分析。结果表明,该空间多功能智能天线夹芯结构可以满足在轨空间温度环境下结构变形指标要求。     

多层缝隙耦合贴片型频率选择表面研究

设计了一种基于缝隙耦合的贴片型频率选择表面（Frequency selective surfaces, FSS），该FSS拥有窄带特性。分析了缝隙结构对FSS的频率响应的影响，提出 了一种具有极化稳定性和角度稳定性的双极化FSS单元。采用全波电磁仿真软件对其进行分 析，同时采用谱域法和周期性矩量法对该FSS进行了理论分析并得到解析解。通过将缝隙改 为十字缝隙实现双极化设计，仿真结果显示该结构具有极化稳定性和角度稳定性，并与理论 分析吻合，表明设计的正确性。     

机载天线RCS减缩及其布局设计

机载天线系统是飞机的强散射源之一,对飞机隐身性能有着重要的影响。本文针对国外第四代战斗机机载天线系统的设计与布局,研究了具有低散射特性的机载天线系统设计技术措施,讨论了其机理和效能。对机载天线系统进行雷达散射截面积(Radar cross section,RCS)减缩设计与布局,在保证系统性能的同时,有效降低其RCS。     

双波束天线阵时空调制OFDM通信测向方法

为解决利用通信信号的测向和通信定位综合设计问题,提出了一种载有方向信息的OFDM时空调制技术。该技术采用两副同中心但方向图有偏差的特殊天线阵列发射,使单天线接收机接收的信号是OFDM特性,每个OFDM子载波调制信号载有空间方位信息和数字通信信息,接收机通过解调信号即可通信测向。文中详细介绍了非正交四相和非均匀八相子载波时空调制信号设计思想,阐述了子载波间伪随机码空间调制编码方法,给出了数据信息调解和方位角估计算法。计算机仿真结果表明:在高斯信道下系统的误码性能与普通PSK-OFDM一样,实现了在调制信号设计层面上的数字通信与测向的深度综合。     

机载L波段电视发射天线

本文讨论了在满足空气动力特性和电性能条件下,L波段分流激励倒L型天线的分析计算和L波段天线尺寸对电性能的影响。给出了机载电视图象传输系统发射天线的设计结果、驻波比和天线方向性图测试曲线,以及在现役轰炸机上飞行试验的传播性能数据。结果表明,用这种型式的发射天线效果是好的。     

采用640×512元探测器的机载红外系统设计

连续变焦红外探测系统具有在变焦过程中不会丢失跟踪目标的优点。针对中波640×512元红外焦平面凝视探测器设计了一套1∶20小型高分辨率连续变焦红外系统,对红外系统的设计、非均匀校正方法进行了深入研究,对系统的灵敏度(NETD和MRTD)进行了分析计算和测试。试验结果表明,使用640×512元探测器的连续变焦红外系统具有分辨率高、灵敏度高、体积小和像质好等特点,满足设计要求,可用于机载光电探测和跟踪系统。     

复合干扰下永磁球形电机的全阶滑模控制

针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后,为永磁球形电机设计了全阶滑模面,理想滑模运动时反映其全阶动态特性,而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后,通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。     

毫米波气象雷达发展与应用

相比于微波,毫米波的频率更高、波长更短、频率范围更宽,对于大气中云粒子等微小粒子的探测具有高时空分辨率等优势。毫米波气象雷达可以实现对大气、云、气溶胶等更精确的观测,可以提高现有气象数值预报的准确性,可以探测和预报极端性气象灾害的发生。鉴于毫米波气象雷达在大气探测领域的诸多独有优势,毫米波气象雷达的发展和应用已经成为中国未来气象探测装备发展的重要方向。本文介绍了毫米波雷达技术的发展、特点及其典型应用,探讨了毫米波气象雷达在大气探测中的应用,并总结了作者在毫米波气象雷达研究方面取得的研究成果。最后展示了毫米波气象雷达发展中存在的主要问题和关键技术。     

改进的圆形超宽带印刷单极子天线

给出一种新型紧凑的带陷超宽带印刷单极子天线,天线由圆形辐射贴片和有限接地平面组成。天线输入端驻波比小于2的带宽覆盖3．38-20GHz频率范围,具有16．62GHz的绝对带宽和142．7％的相对带宽。在整个频带范围内,方向图日面近似全向且对称。仿真与测量结果验证了该天线的优越性,该天线可以方便用于超宽带无线通信领域。     

GEO轨道兆瓦级空间太阳能电站接收整流技术研究

依据中国空间太阳能电站建设中远期规划和技术发展水平，预估兆瓦级电站发射天线口径为200 m左右，并根据收发天线口径尺寸的约束关系以与接收天线口径相关的波束收集效率和构建成本之间的矛盾为问题导向，通过研究不同口径的接收天线口面上功率密度分布，分析与之匹配的后端整流电路需求，给出了接收天线口径的优选过程。研究结果表明5 km为较合理的兆瓦级电站接收天线设计建设指标，且在整个接收整流阵列中仅需同一种整流器件，同样整流电路即可实现较高的整流效率，为实现兆瓦级空间太阳能电站（Space solar power satellite，SSPS）的演示验证系统论证提供了技术支撑。最后以此为基础研究了整流电路的设计实现，给出了适用于较低输入功率密度下提高整流效率的技术途径。     

消逝波存在的证明和新型热象仪原理方案的探讨

光从光密媒质射向光疏媒质时,若入射角大于临界角,则发生全反射,但在光疏媒质中仍有电磁波存在,这个电磁波称为消逝波。本文介绍了一种装置,使从光疏媒质一侧成象在界面上的红外象,转换成可见光象,从而间接证明了消逝波的存在;同时探讨了如何利用这种装置构成新型热象仪。     

发动机三喷管流场和红外辐射特征数值研究

对火箭发动机三喷管喷流场和红外辐射特性进行了数值模拟,得到了三股燃气射流在射流起始段互相作用而产生的复杂流场特征。当射流喷出后,由于压力高于背压,气流发生膨胀,射流边界向内收缩,同时会产生压缩波以抑制因压力降低而产生过膨胀现象的出现;压缩波扩展并增强为激波,随下游距离增加,膨胀波及压缩波区的尺寸和波强不断削弱。一旦射流发展至下游26倍助推级发动机排气喷管直径处,三股射流将合并成为一股射流而继续发展。三喷管排气喷流的红外辐射强度空间分布与单喷管喷流的红外辐射空间分布基本一致,但三喷管的排气喷流和内腔的总体红外辐射在水平面和铅垂面上的空间分布存在显著的差异。     

大型天线装配测量与实时反馈调整技术

针对大型天线在装配过程中共轴铰链空间位置难以准确定位和测量、传统测量方法容易受到天线杆件的干涉影响测量精度等问题，通过搭建大型天线装配测量与实时反馈调整系统，采用数字摄影测量技术对天线的面板、铰链和杆件的装配精度进行了测量，并将测量结果实时反馈给六自由度自动执行机构调整共轴铰链的空间位置，实现大型天线的柔性化、自动化和精准化装配。试验结果表明数字摄影测量相机的精度与激光跟踪仪的精度偏差不大于0.01 mm；六自由度自动执行机构对共轴铰链的位姿调整位移精度优于0.02 mm，角度精度优于0.01°，能够满足大型天线的装配和测量要求，该方法可以提高大型天线装配效率和自动化技术水平，为尺寸更大和结构更复杂的天线集成装配奠定技术基础。     

Hilbert缝隙天线的频率可重构设计

设计了一种在Hilbert缝隙上加载RF MEMS（Micro electrical mechanical systems）开关实现频率重构的微带天线。运用Ansoft HFSS软件，缩减了原来天线接地面的尺寸，利用RFMEMS开关控制天线上Hilbert缝隙长度来实现频率重构。设计的该天线工作在GPS／DCS／PCS／Blue Teeth以及IEEE802．11b＆g／IEEE802．11a等5个不同的频段。还讨论了用金属片和等效的电路参数分别表示理想和非理想RF MEMS开关所得的S11参数曲线，并进行比较。就方向图而言，由于GPS／DCS／PCS频段天线工作在同一模式下，所以方向图完全一致，而工作于高次模式的Blue Teeth以及IEEE802．1l＆g／IEEE802．11a频段，方向图明显不同。最终通过在Hilbert缝隙天线上加载RF MEMS开关后，实现了将一副天线应用到无线通信中5个频段的目的。     

再入飞行器目标特性建模研究

再入目标的光辐射和电磁散射特性有重要应用,例如目标的探测、识别和指示技术.飞行器高超声速再入过程中,由于与周围大气强烈相互作用,不仅形成复杂结构再入流场,飞行器表面和流场中还伴随发生复杂化学物理过程,对目标特性产生严重影响.在对再入流场及伴随发生的化学物理过程研究分析的基础上, 建立再入目标特性理论模型框架,建立再入飞行器目标特性的基本计算方法,编制了相应计算程序,对典型再入飞行器的红外辐射和电磁散射特性进行了数值模拟.与相应实验结果的比较表明,流场电子数密度、高温气体辐射、等离子体尾迹的RCS等与实验结果一致.     

粉末气溶胶抑制热喷流红外辐射数值模拟

利用Mie理论计算获得有关气溶胶颗粒的散射特性参数,采用Fluent软件数值模拟研究粉末气溶胶环热喷流喷射对其红外辐射传输的影响特性.探讨了颗粒粒径、气溶胶喷射量、喷射速度、喷射角度对红外辐射抑制特性(3～5 μm)的影响规律.计算范围内显示:气溶胶颗粒粒径对红外辐射抑制的影响显著;热喷流外保持具有一定浓度、厚度的气溶胶层是提高红外抑制效果的有效途径.