基于角度分集的机载超宽带MIMO天线设计

为了提高机载通信设备信道容量和进一步减小天线安装空间,提出一种采用角度分集技术的超宽带（UWB）多输入多输出（MIMO）天线。该天线将Vivaldi天线和超宽带槽天线进行了集成设计,无需采用解耦结构便可获得较高的端口隔离度,大大提高了数据传输率。通过在Vivaldi天线辐射臂上开一对方形缝隙和在介质板背面增加长方形辐射贴片,可以有效减小天线的尺寸,设计的UWB-MIMO天线尺寸为36 mm×36 mm×0.8 mm。给出了天线的设计流程,加工了天线实物,并对其进行了测量。仿真和实测结果表明MIMO天线具有超宽的阻抗带宽,可以覆盖整个3.1~10.6 GHz超宽带频段。Vivaldi天线阻抗带宽为2.8~15.9 GHz,UWB槽天线阻抗带宽为1.8~12.7 GHz,天线端口隔离度均在-10 dB以下。测量了天线的辐射性能和增益特性,实测结果与仿真结果吻合较好,证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和机载阵列天线系统中。     

宽波束圆极化微带天线设计

为了提高天线导航信号的有效覆盖面积,研究了应用于全球卫星定位系统(GPS)的宽波束圆极化微带天线。采用四个半径不同的非对称扇形切角实现天线辐射方向图的宽波束特性,天线的整体尺寸为0.395λ0×0.395λ0×0.016λ0(λ0为天线中心频率1.575GHz对应的工作波长)。应用商用仿真软件HFSS对天线进行了仿真设计,结果表明,该天线的圆极化带宽为13MHz(1.566~1.579GHz),阻抗带宽为78MHz(1.556~1.634GHz),增益大于5.9dBic,天线在中心频率1.575GHz时方向图的3dB轴比波束宽度为165°。在仿真设计的基础上,制作天线的工程样机,样机测试结果与设计结果吻合良好,说明了设计方法的有效性。     

飞机高锁螺栓孔边缺陷阵列远场涡流传感器仿真与试验

飞机高锁螺栓孔边隐藏缺陷的检测是航空无损检测领域中的难点,远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对飞机高锁螺栓紧固件孔边隐藏缺陷检测具有极大优势。针对飞机高锁螺栓紧固件孔边缺陷的检测,设计研发了放置式阵列远场涡流传感器,建立了高锁螺栓孔边隐藏缺陷检测三维模型,优化了检测线圈中心与高锁螺栓中心放置距离,研究了阵列相邻通道间磁场薄弱区缺陷信号衰减趋势,采用阵列放置式的检测方式研究了不同尺寸缺陷检测信号特征。仿真与试验结果表明：检测线圈中心与高锁螺栓中心距离11 mm时检测灵敏度最佳;相邻通道间磁场薄弱区检测信号存在一定程度上的衰减,优化后的探头可检测埋深为4 mm、长×宽×深为5 mm×0.2 mm×2 mm的紧固件孔边隐藏缺陷,且随缺陷长度增大检测信号幅值呈上升趋势。     

基于噪声匹配的有源接收天线设计

为了提高接收天线的增益和灵敏度,采用将天线与低噪声放大器集成到一起设计的方案,将天线的输出阻抗作为放大器的源阻抗,省略了天线与放大器之间的阻抗匹配网络。通过调节天线馈电系统的尺寸调节天线阻抗,使其等于放大器的最佳源阻抗。利用HFSS仿真软件计算天线的辐射特性及阻抗,用ADS Designer软件对低噪声放大器进行优化设计。利用2SC5507晶体管设计了一个工作于2．0GHz的与低噪声放大器集成在一起的缝隙耦合微带天线,所设计的噪声系数为1．664dB,放大器增益为16．75dB。     

CST仿真技术在电子枪聚焦部件中的应用

电子枪聚焦部件的结构和尺寸会直接决定最终电子束焦点处电流密度和束流半径,影响电子束流品质。通过CST仿真软件对电子枪聚焦部件进行分析,模拟得到电子枪聚焦部件不同的结构尺寸参数对电子束电流密度和束流半径的影响结果。仿真结果表明,在其他参数不变的情况下,聚焦线圈端面与电子发射面距离从305mm增加345mm时,电子束流半径从1.44mm减小至0.93mm;聚焦线圈内半径从30mm增大至40mm时,电子束流半径从0.86mm增至1.38mm;磁轭间隙从28mm增至43mm时,电子束流半径先减小再增大,在34mm处束流半径达到最小值0.957mm。使用基于CST仿真优化参数制备聚焦线圈的电子枪对1mm TC4薄板进行焊接试验,在相同焊接工艺参数的情况下,新得到的焊缝宽度小于原有焊缝。     

火箭末级的天线布局建模与优化

针对航天器绕定轴旋转飞行时天线与地面测控站的非线性通联时长问题,在航天器本体上建立基础坐标系,将天线信号辐射范围简化为一个空间锥体,通过建立天线布局姿态与航天器本体的空间相对位置关系,以及建立地面测控站与航天器本体的空间相对位置关系,映射得到了天线布局姿态与测控站的通联时长关系模型。基于该模型,利用遗传算法,以通联时长最长为目标函数,对布置3个天线的航天器进行了优化。通过(0°,0°),(20°,30°)和(-20°,-30°)3组布置角度下天线通联各测控站时长的仿真计算,验证了模型的有效性。优化求解得到的3个天线的最优布置角度为(0°,1.23°),(65.36°,178.30°)和(-65.36°,-176.04°),天线通联信号覆盖比率为83.98%。     

电子枪静电透镜部件仿真与优化

根据电磁透镜的原理可知,作用于工件上的工作束斑尺寸与电子束注腰的位置和尺寸相关。电子枪栅极出束孔直径与阳极位置的改变将会引起电场分布的变化,从而改变电子束注腰的位置与尺寸,最终影响工作束斑的大小。运用电磁场仿真软件CST仿真得到了电子枪静电透镜电场分布与束流轨迹。采用单一变量法,模拟得到100mA束流强度下栅极出束孔直径和阳极位置对电子束注腰位置与尺寸的影响规律。仿真结果表明,其他参数相同时,栅极出束孔直径D为2mm、阳极上端面到栅极下端面距离H为15mm时,电子束注腰位置最高,半径最小。选取优化参数D=2mm、H=15mm进行焊接试验,获得了深宽比更大的焊缝,证明达到了减小工作束斑尺寸和优化束流品质的目的。     

真空吸铸过程中TiAl合金熔体流动状态

利用数值模拟和实验相结合的方法,对金属型底浇式真空吸铸过程中合金熔体的射流宽度、反向充填位置和反向充填区域等流动状态进行研究,并优化了工艺参数。研究表明,随着吸口直径尺寸增加,金属液的射流宽度增大,反向充填位置从底部向上部移动,且充填区域也发生了相应的转变,当吸口直径为4mm时,射流宽度和型腔宽度一致,反向充填消失。当吸口直径为4mm,浇注温度为1620℃时,获得了充型完整的TiAl基合金薄板件,铸件铸态组织晶粒细小,平均尺寸小于50μm,为全片层组织。     

多孔铝合金材料吸声性能的研究

采用加压铸造工艺制备了多孔铝合金。多孔铝合金的孔隙尺寸为0．5～1．6mm,孔隙率为60％～80％,通孔率为85％～11％,最大制品尺寸为11mm×100mm。多孔金属具有较大的吸声系数,不同的多孔铝合金其吸声系数随频率的变化趋势基本相同。当声波频率增加时,多孔铝合金的吸声系数增大。减小孔隙尺寸和增加孔隙率,多孔铝合金的吸声系数增大。当声波频率在3．5kHz时,吸声系数达到最大。     

诱导轮与叶轮组合式航空燃油离心泵轴向力间隙补偿

以诱导轮与叶轮组合式航空燃油离心泵为研究对象,开展了轴向力出口间隙补偿优化研究.进行了轴向力的数值模拟,并将仿真结果与理论计算进行对比,对比表明两种方法计算的轴向力结果变化趋势一致,误差不大于4％,且设计流量工况下误差最小,进而验证了基于Pumplinx环境下该型离心泵轴向力数值仿真的正确性.通过改变出口间隙宽度分析离心泵的轴向力变化,仿真结果表明:扩大出口间隙至0.2mm时,增大了轴向力,且影响了泵的增压能力;而减小出口间隙至0.1mm和0.13mm时实现了轴向力的补偿,且出口间隙为0.1mm时性能最优.最后对出口间隙为0.1mm时的轴向力性能进行了分析,分析表明:该条件下不同截面的压力分布正常稳定,且设计点的轴向力为3620N,从而实现了诱导轮与叶轮组合式离心泵的轴向力间隙补偿.     

一种新型超宽带紧耦合天线阵列设计

针对紧耦合天线阵列（Tightly Coupled Array,TCA）安装于飞机、导弹、舰船等平台时接地板严重影响其阻抗带宽的问题,将栅格形阻性频率选择表面与交指型偶极子天线单元相结合,设计了一种新型多层结构的超宽带TCA。采用CST对加载与未加载栅格形阻性频率选择表面时TCA的性能进行了比较分析。结果表明：未加载时,受接地板影响其最佳阻抗带宽（VSWR〈2）为4．5：1（2．1～9．5GHz）;加载后,TCA可克服接地板的影响,其阻抗带宽可达10．4：1（1．8～18．8GHz）。     

C频段宽带线／圆极化器小型化设计

为适应C频段卫星测控通信车栽天线机动布站功能,须研制一种轴向尺寸小于1．2m的小型化天馈系统,针对该问题,对关键组件线／圆极化器进行小型化设计。在理论分析极化器原理的基础上,采用在聚四氟乙烯基材上打孔的方法使一种介质实现多种相对介电常数,设计了C频段收、发均覆盖575MHz带宽的小型化宽带极化器,在56％相对带宽内实现小型化,轴向尺寸缩短至常规极化器的1／a,经HFSS（HighFrequencySimulationSoftware,高频仿真软件）仿真计算,并与同频段常规极化器性能进行分析比较,结果表明：该极化器移相量与匹配性能良好,满足指标与使用要求。     

北斗星座仿真的单天线姿态确定技术研究

载体姿态测量的实际需要和多天线姿态测量的局限性决定了单天线姿态测量系统拥有广泛的发展前景。分析了单天线测姿的应用价值和基本原理,从我国的具体国情出发,提出了基于北斗卫星星座仿真的单天线姿态确定技术研究的方法。利用STK平台对目前组网运行的北斗卫星星座和理想的北斗满卫星星座进行了仿真,利用Matlab平台进行了实验,仿真实验结果和误差分析表明,北斗卫星星座仿真的单天线姿态确定技术在适用条件和测姿准确性等方面效果理想,在一定精度要求下满足应用需要,对建立实用可靠的单天线测姿具有积极的推动作用。     

矩形内喷管塞式喷管的数值计算与实验研究

为了了解内喷管为二维矩型的塞式喷管性能,设计了一个二单元的实验塞式喷管,并对模型进行了数值模拟和实验研究。数值模拟采用无波动、无自由函数耗散(NND)差分格式求解三维NS方程,利用空气冷流实验方法评价了喷管性能。研究模型的内喷管喉部面积为4×60mm2,内喷管面积比为4,总面积比为24.05,设计压力比为500。计算得到了正确的流场结构和塞锥表面压强分布,结果与实验数据吻合很好,效率数值最大相差1%。模型的性能也比较理想:最大的推力系数效率为0.995,同钟型喷管相比,具有很好的高度补偿能力:从地面到高空,推力系数效率在0.97～0.995之间变化。不同压强比下全锥塞式喷管的塞锥表面压强分布规律,可以作为研究截短型塞式喷管塞锥压强分布的基础。      

大气湍流对APD直接检测接收机抗噪声性能影响

针对以往分析湍流信道对系统抗噪声性能影响的不足,给出了一种基于APD直接检测接收机的湍流噪声的处理方法.在APD直接检测接收机模型的基础上,推导了其信噪比和曼彻斯特编码系统的差错概率,并详细分析了湍流对接收机的抗噪声性能影响.结果表明,增大接收天线孔径可以减弱湍流的影响,但在天线孔径较小时,增加发射功率并不能有效地提高...     

一种可齐平安装的机载复合结构宽带天线的设计

设计了一种可齐平安装的宽带超高频(UHF)天线.该天线由含有背腔结构的盘锥天线、盘锥顶盘与地板之间的短路结构、以及多板天线3个部分复合而成.这3个部分分别在频率的中端、低端和高端产生3个邻近的独立谐振点,从而有效地展宽了天线的工作带宽.分析了天线各主要结构参数对谐振频点和阻抗带宽的影响,给出了这些参数的最优值,并据此制...     

高超声速锥柱裙模型边界层转捩的弹道靶实验

为研究高超声速边界层转捩现象、给边界层计算提供可靠的对比数据,在中国空气动力研究与发展中心趟高速弹道靶上开展了锥柱裙模型高超声速边界层转捩的自由飞实验。所采用的锥柱裙模型全长105mm,飞行速度1．94km／s（Ma=5．65）,单位雷诺数4．32×10^7～1．20×10^8m-1。使用激光阴影成像技术,获得了锥柱裙模型边界层转捩和湍流边界层发展的图像,测得的湍流边界层厚度在0．6～2．2mm之间,湍流涡的流向尺寸与边界层厚度的比值介于0．3～0．8之间且沿流向呈下降趋势。实验结果表明：弹道靶实验能够获得给定飞行环境下的高超声速边界层转捩图像,从图像中可以清晰判断转捩位置或区域、测量边界层厚度和分析湍流涡的尺寸。     

薄附面层的测量技术研究

本文介绍了一种自行设计和研制的可供测量薄附面层的微型传动器和附面层探针。传动器系以国产微型步进电机28 BF 001为主体设计的。它把电机转轴的角位移变为直线位移,其最小线位移速度每个脉冲为0.00625 mm;工作行程为5.0mm;具有良好的静态特性;其外径为28 mm,高度为50mm。结构简单。文中还介绍了二种薄附面层探针。 经在超音速气流中应用结果表明,传动器工作可靠,探针无抖动现象,能较准确地测出附面层速度分布。 在我国目前超音速风洞尺寸的实际条件下,设计一种用于测量薄附面层的微型传动器和附面层探针,很有实际意义。本文介绍了一种自行设计和研制的微型传动器和探针。     

折线振子天线的时域有限差分法分析

研究了在手机和掌上电脑等移动通信终端上应用的平面折线振子天线．用三维变换方向隐式时域有限差分法（ADI—FDTD）进行仿真。利用各向异性参数得到改进的ADI—FDTD方法,并给出计算公式便于提高计算效率和精度,对新算法的稳定性、色散关系及参数的选取进行了研究。然后用这种方法研究了平面折线振子天线的反射系数、电压驻波比和带宽等特性．得到一些有参考价值的结论。