Vivaldi天线及其在宽带测量系统中的应用

介绍了一种宽频带的槽线天线即Vivaldi天线,论述了它的工作机理,它的性能与结构参数的关系,同时介绍了它与不同的馈电方式结合形成具有各自特点的不同形式的Vivaldi天线,用时域有限差分方法分析了一种Vivaldi天线的匹配特性,验证了它的宽带特性,最后阐述了Vivaldi天线在宽带测量系统中的应用。     

一种新式宽带宽方向图圆极化双环天线

提出了一种结构新颖的双环天线,该天线具有结构简单、宽带、宽波束、圆极化等诸多优点,通过实验测试方法验证了设计的有效性。同时提出了通过附加反射板的方法提高了该天线的低仰角增益,并对天线的输入阻抗和圆极化轴比有一定的改善作用。     

新型宽带宽波束圆极化卫星导航终端天线的设计与实现

卫星通信与卫星定位系统的应用发展,对终端设备天线的性能提出了更高的应用需求。为实现宽频带宽波束圆极化天线的设计,采用正交移相馈电网络对含有背腔的交叉偶极子天线馈电,实现了宽带圆极化单向辐射特性,同时利用磁电偶极子对交叉偶极子进行加载,展宽了天线的波束宽度,促使天线在50.7%的相对带宽内S11＜-10dB,在1.3~1.75GHz的频带内轴比小于3dB,轴比小于3dB的圆极化波束宽度可达180°,增益不小于6.6dB。经实测验证,所设计的天线具有宽频带宽波束特性,同时具有结构紧凑、性能稳定的优点,适用于卫星通信与导航终端系统。     

单元构架式抛物面天线张紧绳索多层设计方法

星载抛物面天线在轨运行时由于姿态调整或环境因素变化,可能产生振动,从而降低其工作性能。为了减弱振动的影响,需采取加装张紧绳索的方法来提升天线刚度。提出了一种新型张紧绳索多层设计方法,通过将抛物面天线划分为多层,调整各层绳索的张紧力,从而提高天线结构刚度,同时尽量降低张紧力引起的形面误差。为了验证所提方法的有效性,建立了天线的有限元模型。在此基础上进行了有限元分析,研究了不同张紧力参数配置下的结构刚度和形面误差,并以提升结构刚度的同时降低张紧力引起的形面误差为目标,对张紧力参数进行了优化设计。为了提高计算效率,采用响应面法建立代理模型参与优化迭代计算。采用非劣排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）完成优化迭代计算,优化后的张紧力参数使天线的性能得到了进一步的提升,为构架式可展开抛物面天线的设计提供理论指导。      

基于天线驱动组件的多体卫星MIMO控制及稳定裕度应用研究

针对两输入两输出的多体卫星控制系统,采用工程中的天线驱动组件为天线转动提供驱动力矩,在天线小角度机动条件下,对此线性模型采用多变量频域设计法中的序列回差设计技术,设计卫星本体俯仰姿态和天线转动的多输入多输出(MIMO)控制器,利用Nyquist稳定判据证明系统的稳定性.在此基础上分别利用回差阵奇异值法和逆回差阵奇异值法计算MIMO控制系统的稳定裕度,将两种方法所得结果相结合以减小稳定裕度计算的保守性,最后通过数值仿真验证了控制算法和控制系统稳定裕度结果的有效性.     

短毫米波段波纹喇叭天线的新工艺

由于传统的机械加工精度的限制,在短毫米波段准光网络中,用作高斯馈源的波纹喇叭天线的设计加工成为难题.根据用户对高斯波束的参数要求提出了波纹喇叭天线的尺寸设计方案,采用了一种节约计算资源的模式匹配算法对包含大量波纹周期的波纹喇叭天线进行数值预测.针对短毫米波段波纹喇叭天线物理尺寸小、加工难度大的问题,提出了"迭片套装"法的加工工艺,即通过加工一系列圆环状波纹片和合理的工装结构而组装成完整的波纹喇叭天线.采用此工艺分别加工了工作在5mm和3mm波段的波纹喇叭天线,对其电性能进行了测试,并与数值计算结果进行了对比.      

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.     

基于光学测量的大型天线测试方法研究

提出了一种基于光学照相的电磁场数值计算测试电大尺寸天线辐射特性的新方法. 根据光学照相实测大型天线的形面三维坐标计算出天线表面电流分布, 利用物理光学计算得到天线远场方向图和增益. 采用该方法得到的海洋二号校正辐射计观测天线和充气天线的辐射特性与平面近场测试结果的对比验证了其具有足够的准确性. 该方法具有快速、灵活的特点, 可以推广到电大尺寸天线测试.      

模块化可展开天线支撑机构运动学建模与分析

模块化可展开天线具有拓展性强、灵活性高、适应性好等特点,是满足未来可展开天线大口径发展趋势的一种较为理想的结构形式。为研究由六棱柱模块组成的可展开天线支撑机构多模块联动展开运动特性,提出一种多模块联动展开运动学建模方法。根据可展开天线的结构组成及展开原理,建立了可展开天线机构关键点的空间几何模型,基于机器人学中的D-H法和坐标变换等理论,分别建立了基本单元、单模块和多模块的运动学模型,最后采用MATLAB数值仿真软件,对运动学模型进行了验证及分析。结果表明：该运动学模型可以对多层模块的可展开天线机构进行运动学分析,各模块实现了协调联动、同步展开,同时该模型为机构的动力学特性分析、动力源配置及优化等研究提供了研究基础。     

利用重要性贡献矩阵确定通信网中最重要节点

针对已有的节点重要性评价方法,基于节点的移除可能导致网络拓扑结构变化的不足,提出了一种利用节点间关联特性的通信网络节点重要性评价方法.该方法定义的节点重要性贡献矩阵(NICM,Node Importance Contribution Matrix)考虑了网络中不同节点间的联接关系对节点重要性的影响,每个节点对其相邻节点重要程度的贡献与该节点的度有关,节点的初始重要性设为该节点的介数.利用该算法对典型网络的节点重要性进行了分析,并且与移除节点的方法进行了对比.实验结果表明,所提出的算法无须考虑网络拓扑结构的变化,结果精确并能正确评价节点对网络资源的控制能力.     

卫星天线复合材料框架的铺层优化设计

为了改善卫星天线复合材料框架的结构动力学性能,提出了一种针对卫星天线框架复合材料铺层的两阶段优化设计方法。阶段Ⅰ以各铺层的角度为设计变量进行铺层顺序优化,框架基频的最大化为优化目标,铺层数的最大值为约束条件。其中设计变量用一种多进制码来表示,并将多进制码映射为连续变量,应用粒子群优化(PSO)算法对阶段Ⅰ优化模型进行求解。在阶段Ⅰ优化结果的基础上,阶段Ⅱ主要是优化复合材料的层数,以基频最大化与质量最小化为优化目标建立多目标拓扑优化模型,应用第2代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解。为了验证该方法的有效性,对某大型卫星天线复合材料框架进行优化设计,结果表明:该方法能有效地减小天线板复合材料框架的质量,并提高基频。     

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。     

基于分层的网络拓扑结构可视化方法研究

网络的拓扑结构对于网络管理系统必不可少,将复杂的网络拓扑结构可视化是迅速掌握网络拓扑结构的高效方法.针对这个问题提出了一个适合中小规模网络拓扑显示的可视化方法,该方法的特点是以分层的方式来进行网络拓扑的显示,主要设备和次要设备分属于不同的显示层次;并且主要设备又按照自顶向下的层次化结构显示,使得整个拓扑清晰、明了;同时对于已显示的拓扑允许网络管理员灵活地改变显示位置.详细阐述了该方法的主要思想以及实现过程中用到的关键技术.      

110 GHz~170 GHz天线平面近场测量系统

面对(110~170) GHz天线准确计量的需求，设计了一套基于机械臂自动扫描的(110~170) GHz天线平面近场测量系统，它由矢量网络分析仪、扩频模块、机械臂扫描架、小型光学平台、扫描探头等硬件组成，通过测量软件设置仪器参数,控制机械臂扫描轨迹，采集扫描面上测试点的幅度和相位，将近场采集的数据用付氏近远场变换算法还原成天线增益方向图。采用标准增益喇叭天线对该系统进行实验验证，并将近场测量结果与远场测量结果进行比较，结果表明该系统测量方向图主瓣最大偏差为0.25 dB，能够满足天线计量的需求。     

捷联式天线平台的稳定性研究

将Rudin提出的红外成像捷联稳定模型用于天线平台的稳定,并应用不变性原理,采取匹配滤波方法,提高了稳定平台的解耦精度.具体仿真结果表明:在0.5 Hz~1.0 Hz频段解耦精度提高了35 dB.同时,在考虑传感器测量噪声的情况下,对天线平台的稳定误差进行了仿真分析,结果显示,传感器测量噪声对稳定误差有较大的影响,但通过滤波稳定误差可减小50%左右.      

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。      

我国C波段大容量通信卫星天线分系统电设计

本文从C波段大容量通信卫星天线分系统的设计边界条件出发,给出可以兼顾卫星在两个不同定点位置时天线波束覆盖图设计原则,在设计中所遇到的问题的解决方法;特别着重讨论了波束形成网络中的问题。最后对我国第二个定点位置上通信卫星天线分系统进行优化设计,预测了第二颗星可能达到的指标。     

基于度中心性的AFDX网络拓扑生成

航空电子系统随着任务需求和技术的发展不断向深度综合演进,其系统的复杂性给网络的设计和验证带来了巨大的挑战,如何通过网络生成实现受限资源条件下航电信息交互的实时性能保障是目前亟待解决的问题。针对目前存在的无法对航电网络进行实时性调控的拓扑设计方法进行改进,依据终端节点之间所有虚拟链路的最大通信帧长之和的大小关系,提出一种基于度中心性理论的航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络拓扑生成算法。将终端节点之间数据帧长作为节点度的衡量标准,对所有终端节点进行集合划分,并根据集合中终端节点的数据帧长对交换机进行连接。采用确定性网络演算以及仿真的方法对基于度中心性的AFDX网络拓扑生成算法进行效能评估。利用确定性网络演算方法,在小规模虚拟链路（VL）的组网下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中75%的VLs实时性能优于原始人工设计的网络拓扑,且端到端延迟平均减小9.37%。利用OMNet++仿真方法,在1 400条虚拟链路的组网规模下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中94.3%的VLs实时性能优于人为规划网络拓扑,且端到端延迟平均减小50.2%。由此表明:基于度中心性的拓扑生成算法很大程度上提高了网络的实时性能保障。      

一种阵列天线逐通道相关在线标校法

由于发送端和接收端时钟的不一致性,导致低信噪比下阵列天线卫星移动通信的逐通道相关标校有很大的难度。在考虑易实现性和简易性基础上,提出了一种可以解决低信噪比下通道校正的多周期长时累积方法。该校准信号为由地面标校站产生的BPSK调制扩频信号,可以减少卫星设计的复杂度,且在不中断用户数据传输的基础上实现在线标校。该方法通过对接收信号打标、速率匹配等措施来解决收发时钟不一致导致的码偏和频偏问题。研究结果可以为阵列天线卫星通信技术提供支持。