一种轴对称平面反射阵天线的布阵方法

为了减少星载平面反射阵列天线设计所需的庞大计算量,提出了一种基于菲涅尔原理的新的天线布阵方法,该方法通过多种菲涅尔相位环带实现相位补偿,每一环带所用贴片单元一致。在此基础上设计了工作频率为94GHz,由4种菲涅尔相位环带组成的平面反射阵列天线。通过仿真计算,证明该方法合理有效,可应用于星载轴对称平面反射阵天线的设计。     

空间光外差探测和跟踪接收机的优化仿真

文章简要描述了应用双单元光探测器,在对跟踪传感器不作专门分光的情况下,集通信、跟踪于一体的光外差接收机的工作原理,并以所获外差功率效率和外差电流效率最大为优化目标,通过仿真计算给出最佳的本振高斯斑大小和信号光学接收系统的菲涅耳数,在此基础上给出几组跟踪信号的仿真控制曲线及与其对应的所获通信信号能量的仿真曲线。     

一种新赋形数传天线的工程设计研究

对一种由圆波导段和电流环组成的新型星载地球匹配赋形数传天线工程设计进行了研究。分析了天线的工作原理,给出了天线辐射远场解析表达式,讨论了组合天线的环电流、辐射场和增益的计算。设计了两个分别工作于C、X波段工作的模型天线,所得增益方向图与HFSS/Ansoft软件仿真和实测结果基本吻合。归纳了电流环半径、环至圆波导口径面距离和环导线半径等对组合天线辐射场的影响规律。研究可为工程设计提供参考。     

基于可重构寄生阵列的封闭空间微波能量传输

针对航天器内部空间等封闭环境下电磁波的多径传播特性和阵列天线单元间的耦合效应,本文研究采用寄生阵列,通过控制寄生阵列单元负载的电抗实现高效率微波无线能量传输的方法。通过多端口微波网络建模,分析了寄生阵列天线方案相较于传统相控阵天线方案的能量传输性能和效率最大化机理。设计实现了基于射频开关切换的可调反射负载,并在此基础上形成了寄生阵列反射负载自动控制系统和传输效率优化程序。基于该系统和程序,在1m 边长立方体的金属边界封闭空间实验环境下,测试了不同单元数可重构寄生阵列无线能量传输的性能和快速优化方法。测量结果表明增加寄生天线单元数目能够显著提高能量传输效率,从而提供了可重构寄生阵列传能技术实用化的一种有效途径。     

毫米波高频段无线能量传输技术发展及其空间应用研究初步设想

随着我国航天事业的发展,空间任务也越来越复杂,能源供给是航天器面临的首要共性问题,航天器间的无线能量传输也显得愈发重要。由于航天器在体积重量和功耗上的限制,为了保证有效的无线能量传输,需要采用毫米波高频段,同时还要解决如何在有限的发射功率和发射天线口径情况下提高接收功率等技术难题。在回顾毫米波高频段无线能量传输技术发展的基础上,提出探索基于慢衰减电磁波产生和准无衍射波束形成的远距离时空聚焦微波能量传输理论与方法,并开展毫米波高频段整流器件建模研究和高效整流天线集成设计工作,建立航天器间毫米波无线能量传输缩比简化原理验证系统的研究设想,有望为航天器间无线能量传输效率提升提供技术基础和技术途径,也将推动无线能量传输在无人机无线输能、地面特殊场合供电等远距离无线输能应用系统的发展。     

平口径面天线的近场计算

本文导出了有别于布朗(Brown)公式的另一组平面波谱(PWS)公式。它适用于口径面切向电场为任意极化的普遍情况。在远区辐射场中,本文所导波谱公式与柯特莱(Kotller)的口径积分公式是一致的。 利用最速下降法将所导波谱公式化简后与采用几何绕射理论(GTD)所得结果十分类似,它是仅包含简单函数和夫累涅尔积分的代数式。对D=10λ,100λ的均匀分布圆口径和抛物分布圆口径的近场,文中给出了一些数值计算结果。     

微波输能中一款S波段整流天线阵列研究

微波无线能量传输是空间无线能量传输的一种途径,微波整流天线阵列作为微波无线能量传输系统的重要组成部分,得到了迅速发展和研究。文章在2.45GHz频段分别设计了微带偶极子接收天线和高效微带整流电路,并组成50cm×50cm的微波整流天线阵列。阵列由72个整流天线单元组成,每个整流天线单元包括一个偶极子天线和一个整流电路。实验测试得到37.1%的整体传输效率。     

超表面多波束天线技术及其在无线能量传输中的应用

自上世纪60年代无线能量传输首次成功的实验验证以来，该技术已成为电子科学与技术多个子领域的热门研究方向。近年来，在物联网、移动通信、和新能源汽车等变革式迅猛发展的推动下，智能电子和电气设备数量激增，无线能量传输技术的开发和成熟显得日益重要，其应用变得更加广泛。无线能量传输主要基于磁感应、谐振耦合、以及电磁辐射三种机理，现有的绝大多数研究集中在基于近场感应和耦合式的能量传输，无法满足很多广域场景下的充能要求，因此，高效中远距无线能量传输方案的解决成为当务之急。由亚波长单元构成的电磁超表面剖面低、损耗小、具有强大的电磁波调控能力，可实现低成本的菲涅尔区和远场区多波束聚焦，给无线能量传输带来了新的思路和方法。文章主要对超表面多波束天线技术进行介绍，包括对已有工作的整理和归纳，以及对其在无线能量传输中潜在应用的展望。     

滤波天线技术在微波能量传输中的应用研究

微波无线能量传输摆脱了传统能量传输的电缆限制，可以满足多个领域的应用需求，整流天线是完成微波-直流能量转换的重要装置。目前常规整流天线中存在的滤波器、阻抗匹配网络等损耗及常规微带天线的窄带特性，使得其效率及带宽等特性存在可提升的空间。文章在回顾滤波天线及整流天线的发展现状的基础上，提出将滤波天线的概念与整流电路相结合，开展滤波整流天线技术研究。将天线单元作为滤波器电路理论中的谐振单元开展滤波整流天线建模和分析理论研究，设计具有辐射、滤波、复数阻抗匹配等功能的天线及阵列结构，有望突破整流天线高效集成的技术难点，为微波无线能量传输效率提升提供技术基础。     

曲面型频率选择面的设计与测试

主要介绍了适合空间应用的曲面型频率选择面的设计。在现有2m口径C波段单收站天线的基础上,设计了一个口径为300mm的C/Ku曲面型频率选择面并进行了测试。结果表明该曲面型频率选择面达到了预期的效果。     

基于北斗GEO卫星反射信号的海冰反演技术研究

海冰检测已成为GNSS(全球导航卫星系统)反射信号技术的重要应用方向。为改善极化比海冰反演模型在海冰检测中的准确性,对极化比海冰反演模型的适用仰角范围进行了研究。根据菲涅尔原理,针对渤海海域的菲涅尔反射系数进行了模拟仿真,对极化比海冰反演模型的适用范围进行了理论分析,并开展海冰实验。通过对实验数据的分析,成功反演了渤海海冰的变化趋势,验证了利用北斗反射信号反演海冰的可行性,同时,验证了两种模型的仰角适用范围。实验结果表明:用极化比海冰反演模型弥补偏振比海冰反演模型在高仰角情况下的不稳定性可行。     

用于微波无线能量传输的无衍射电磁超表面设计

微波无线能量传输作为一种远距离能量传输技术受到广泛关注,但是电场随着距离增加会快速衰减。为了减缓电场衰减趋势,提高接收端功率,文章推导出了用于产生无衍射波束的相位计算表达式。另外,设计了一款相位覆盖360°,传输系数优于-3dB的相位控制单元,并利用该单元设计了一个口径为500mm的超表面。仿真和实测数据显示,在加载电磁超表面后,电场明显增强,能量更加集中。微波无线传输实验结果表明,在发射总功率为36dBm时,相较于无电磁超表面情况下,接收端接收的能量最大可以提升9倍之多,证明了设计出的电磁超表面助于提高微波传能系统的传输效率。     

基于遗传算法的阵列天线口径激励幅度优化

利用遗传算法实现了多阶振幅量化二维低副瓣有源相控阵天线的口径激励分布的优化设计，并考虑了对天线阵单元间互耦的修正．这种方法可以有效降低有源相控阵天线的峰值副瓣电平，并适用于其它形式相控阵天线的优化设计，给出了一个二维可分离等间距平面相控阵的仿真计算结果，并分析了量化阶数对天线副瓣的影响．     

打破传统光学系统设计概念的首个折叠式空间望远镜

随着高分辨率成像卫星的发展,望远镜镜头的质量和成本快速增加,将超出运载能力最大的火箭的运载能力。传统玻璃镜而很快将达到技术瓶颈。美国国防部高级研究计划局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,DARPA）正在开展的“薄膜型光学实时成像仪”（MembraneOpticImagerReal—TimeExploitation,MOIRE）项目,采用了基于菲涅尔透镜的衍射光学系统,而非传统光学系统采用的玻璃镜面或者透镜。     

基于线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统特性的实验研究

对线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统的特性开展了实验研究,以期解决工程设计时多参数合理匹配和选择的问题。通过研制由菲涅耳透镜—单晶硅太阳电池光伏组件、太阳模拟器和测试设备组成的实验装置,开展了菲涅耳透镜失焦距离、聚光比和太阳电池短路电流、开路电压、最佳功率、填充因子、效率、温度等之间的关系以及不同失焦距离和不同太阳光线横向偏角对聚焦宽度的影响的实验测试和实验分析工作。研究结果表明：聚光太阳电池性能随短路电流和最佳功率的提高而提高,短路电流和最佳功率分别随聚光比的增加而近似呈线性增大,开路电压基本不随聚光比变化;失焦距离变化引起透镜聚焦宽度变化,进而影响电池表面辐射强度和有效聚光比,应控制失焦距离在可允许范围内;太阳电池串联电阻对聚光太阳电池工作性能存在不利影响,需尽可能选择低串联内阻、高填充因子的太阳电池;应保证聚光太阳电池具有良好的散热条件;太阳光线横向偏角会导致聚焦宽度变大、聚光比减小,并使聚焦光线偏离太阳电池,应控制横向偏角在规定范围内。研究结果为线聚焦菲涅耳透镜空间聚光光伏系统工程设计提供了技术支持。     

关于DBS小口径接收天线选型几个问题的探讨

一个典型的双反射面天线效率大约与１６个因子有关。本文从理论上分析了正馈和偏馈对天线效率影响的各种因素。天线偏馈能改善遮挡因子ηｂ，但同时会引发漏射效率因子、照射效率因子、交叉极化效率因子等下降、波束偏移等一系列问题。文章指出，用正馈天线具备多种优点。对于在给定Ｃ／Ｎ和ＥＩＲＰ情况下如何选择天线口径作了论述，并讨论了小口径天线Ｋｕ／Ｃ兼容、ＥＩＲＰ与天线余量等问题。     

星间天线捕获与跟踪策略

针对中继卫星星间Ka频段和S频段单址链路（KSA/SSA）天线和卫星运行轨道的特点,分析给出了KSA/SSA星间天线的跟踪模式和使用准则。详细分析和比较了方形、六边形、同心圆和阿基米德螺旋线扫描等几种天线扫描捕获方式,给出了适合星间天线使用的天线扫描捕获方式。并对影响链路捕获时间、捕获概率的关键参数给出了选择原则、计算公式和仿真结果。
     

面向空间太阳能电站应用的超大规模天线阵列 模块尺寸与姿态偏差效应分析

空间太阳能电站微波能量传输需要具备超大规模的相控阵列波束形成和超高精度的波束指向控制能力。采用大尺寸的基本相控电单元能够缩减天线阵列规模和微波发射通道数目,从而显著降低微波能量发射系统的构造和组装成本。然而,相控单元的尺寸越大,对天线模块的结构刚性和姿态控制精度要求越高。基于天线阵列的结构化构型设计,提出超大规模回复反射阵列的结构模块和相控电单元的尺寸分析模型,推导得到结构模块姿态偏差、电单元尺寸要求和能量传输效率的近似关系及其解析表达式,可供作为空间太阳能电站微波传能天线阵列及其波束控制方案设计的参考依据。     

天线极化失配的理论分析及应用

通过对横电磁波的电场极化形式的分析,得到横电磁波在瞬态时变场中以椭圆极化波存在的一般表达式;对于这样一个任意椭圆极化波,由于接收天线极化与来波极化的失配,将造成信号能量的损失,甚至于完全收不到信号,由此引入极化失配因子的概念;通过对极化失配因子的分析与讨论,使我们对天线极化角失配对接收电平的影响有了定量的认识。最后结合国际标准C频段统一测控系统TW215设备,给出最佳极化角调整的方法。     

口径天线远场时域分析

根据惠更斯等效原理,用直接时域法,基于远场近似推导了口径天线瞬态远场时域解析表达式,给出了主、偏轴方向远场辐射特性。分析和数值计算结果表明：所得远场公式简单,计算正确、可靠,可用于口径天线的设计和测量。