3D打印技术在空间站梦天实验舱上的应用

面对梦天实验舱次结构减重需求，提出了面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法，完成并掌握了3D打印次结构从设计、工艺、制造、检验等全周期的研制流程。在梦天实验舱发射载荷条件下，通过结构有限元分析及试验验证，对3D打印次结构性能进行了考核。结果表明:在具有一定强度和刚度裕度的前提下，支架减重效果较为明显，面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法具有广阔的工程应用前景。     

太赫兹天线器件制造工艺技术研究

在太赫兹波段,天线器件的特征结构尺寸已达到亚毫米量级,且加工精度要求极高,制造工艺能力的提升对于天线技术的发展尤为必要.以我国未来新型遥感载荷的研制需求为例,重点介绍了太赫兹天线系统前端喇叭馈源、频率选择表面、极化栅网等关键馈电器件的制造工艺技术研究进展,针对器件精细结构的尺寸加工要求,给出相应合理可行的工艺技术方案,并对可行性进行了充分的论证与说明,研究成果可为后续同类型天线产品的研制提供有益的工程经验和技术支持.     

太赫兹成像系统的研究

文章介绍了工作在375GHz的太赫兹成像系统,成像系统由3个透镜、返波管源、倍频器、戈莱盒、金属线栅和示波器等部分构成。并用硬币做了太赫兹反射成像实验以验证成像系统效果。太赫兹信号照射到硬币上,逐点扫描硬币,检测经反射的太赫兹信号,提取出其信号幅度。实验结果表明成像效果良好,并采用非线性频谱外推算法对原始图像进行处理,提高了图像可视性。     

太赫兹超材料及其应用综述

在太赫兹波段高效响应的天然材料较为有限,制约了太赫兹技术的应用和发展。超材料是近年来兴起的人工合成电磁材料,可以通过其晶格单元形状、结构以及关键尺寸的设计实现人工电磁材料宏观电磁响应的调节,在太赫兹功能器件研制以及太赫兹波有效调控方面具有巨大潜力。总结了太赫兹超材料的最新研究成果及遇到的问题,概括了近十年来太赫兹超材料吸波体、调制器、天线等方面的研究进展,对太赫兹超材料的发展方向及未来热点进行了展望。     

太赫兹喇叭芯模车削工艺研究

太赫兹频段以其高分辨率和轻小型化等特点,在电子、信息、国防和航天领域拥有巨大的应用前景.以448 GHz太赫兹喇叭的芯模为研究对象,针对此类微细窄槽结构,进行加工工艺研究.通过装夹方式对受力的影响分析,优化加工过程中的装夹方式,减少径向切削力对同轴度和尺寸精度的影响;针对细微窄槽的加工,设计成型刀具,减少机床重复定位误差对窄槽精度影响;建立切削过程仿真模型优化切削参数,降低切削力,;优化走刀路径,加强切削系统的刚性,以减小变形.通过试切对工艺方案进行验证,完成了在直径?0.65～?3.52 mm的锥形结构上均布宽0.1±0.005 mm,单边深度0.33 mm,间隔0.2 mm,即中间隔片厚度0.1 mm的窄槽加工.从而解决此类高精度微细结构加工难题,为更高频段太赫兹喇叭加工提供工艺经验.     

220GHz频率步进雷达测距的实验研究

频率步进雷达是一种典型的高分辨雷达,它可以通过瞬时窄带合成宽带实现距离向的高分辨的同时降低A／D和其他设备的负担。文章介绍了220GHz频率步进雷达的工作原理和测距的方法,并对不同距离处的角反射器进行探测。实验结果表明,太赫兹雷达对角反射器距离向的探测距离精度可以达到厘米量级;同时,还对太赫兹雷达的探测距离进行了验证,最远探测距离可达35m。     

一种太赫兹机电波导开关的设计

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及切换的需求，设计了一种工作于114 GHz～173 GHz频段的无间隙C型机电波导开关。首先，采用等效电路理论进行传输线匹配设计，并分析了波导口宽边和窄边错位对电压驻波比的影响；之后，依据导体损耗理论分析了金属壁电导率对插入损耗的影响，并运用HFSS软件对通道长度、表面粗糙度等因素进行参数敏感性分析；最后，提出了一种新型扼流槽加载方式。结果表明：开关的驻波比与弯曲半径成正比，考虑到定子强度及小型化设计，应选择合适的弯曲半径；采用银镀层有利于提高插损指标，且在太赫兹频段，为降低插入损耗，微波通道的表面粗糙度应优于0.8 um。最终，在114 GHz～173 GHz频段，开关的电压驻波比小于1.1，插入损耗小于0.45 dB，隔离度大于80 dB，耐功率为3000 W，满足设计要求。     

一种基于氧化锆陶瓷的宽带圆极化双环天线

随着射频系统工作频率的不断提高,介质天线因不受导体损耗影响而备受关注。基于高介电常数介质波导在其高次模截止区的漏波辐射以及陶瓷三维打印技术,提出了一种宽带圆极化双环介质天线。相比于同样是工作于行波模式的金属宽带圆极化环天线,该介质天线的漏波辐射更易产生。探究了介质波导的辐射机理,并详细展示了该介质天线的设计过程：先将漏波辐射的直介质波导弯曲成单环以实现圆极化,再把单环结构拓展为双环,从而展宽天线的工作带宽。通过对比单环与双环介质天线可以发现,双环结构的轴比带宽大约是单环的3倍,且两天线在工作频段内均具有良好的右旋圆极化特性。为了验证该天线设计的有效性,利用陶瓷光固化工艺（一种三维打印技术）制作了天线实物,其实测轴比带宽为3.94~5.1GHz,最大增益为8.6dBic。     

一种W波段波导衰减器的设计与验证

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及控制的需求,设计了一种工作于75 GHz～ 110 GHz毫米波频段的大功率高精度波导可调衰减器.文章采用了吸收式衰减的方案,设计了一种插入式衰减的波导衰减器的衰减结构.首先确定波导可调衰减器结构要求;其次运用HFSS软件对衰减器射频指标进行设计仿真,并对衰减片方阻、厚度、外形结构等进行参数分析;最后通过制造出波导可调衰减器实物并进行测试,验证了设计方法及设计结果准确.结果 表明:波导可调衰减器的驻波比与衰减片外形有关,衰减平坦度与衰减片方阻值相关.在75 GHz～110 GHz频段,衰减器的电压驻波比小于1.2,插入损耗小于1.0 dB,衰减量调节范围为0 dB～ 30 dB,耐功率为500 mW,实现了低驻波比、小插损、大衰减范围、高精度的技术要求.     

一种弹载雷达干扰天线的结构设计

弹载雷达干扰机的天线要求体积小、宽频带、高增益,且耐受功率大,对天线的结构设计提出了更高的要求.对一种弹载大功率雷达干扰天线的结构设计特点进行了分析,从天线组成原理、馈电结构形式、材料选择、电磁场仿真分析等方面进行了详细描述.采用小型化、一体化的综合设计以适应弹载平台需要,并通过大功率辐射试验验证设计的正确性.     

硅基太赫兹频率选择表面制作工艺技术研究

在国家高分对地观测系统发展规划中,研究使用太赫兹冰云天底探测仪检测大气中的冰云特征以增加天气监测的精度,该探测仪中使用的关键部件是5块太赫兹频率选择表面,分别将243 GHz(V)、325 GHz(V)、448 GHz(V)、664 GHz(V)和664 GHz(H)5种不同类型的信号选择出来送入接收机中.其中难度最高的一块为664 GHz(H),该频率选择表面使用3层硅结构,最小厚度为50μm,同时需要在不到2 inches的范围中刻蚀出20000多个周期性结构.研究了在50μm厚的超薄硅晶圆上均匀刻蚀周期性结构,以及使用低温完成超薄硅晶圆键合的相关内容,通过改进晶圆粘接方法和设计键合工装,达到尺寸公差±2μm,在664 GHz频率下测试插入损耗2 dB.     

太赫兹天馈与波束调控技术综述

太赫兹天馈与波束调控元件用于实现太赫兹信号的汇聚、功率分配、频率选择以及波形调整等功能,是太赫兹应用系统中必不可少的组成部分,已经广泛应用于射电天文、遥感与深空探测、雷达与成像、无线通信等领域。重点阐述了太赫兹反射面天线、太赫兹透镜、太赫兹分束器、分频器和匀束器等波束调控元件的基本原理和国内外现状,并对太赫兹天馈与波束调控技术的发展进行了展望。     

碳纤维复合材料格栅反射面研制进展

为了满足某太赫兹天线高精度、高稳定的需求，采用线膨胀系数极低的全碳纤维格栅结构制备半径为1.2m的反射面。文章首先运用有限元法计算了全碳纤维格栅结构反射面的热变形情况，以验证格栅结构设计的合理性；其次，选择殷钢作为模具材料、M55J/氰酸脂复合材料作为反射面材料，采用热压罐成型工艺，在中温条件下分别固化内、外蒙皮与格栅板；再次，采用数控铣削加工形状各异的格栅筋板，并在筋板上开槽以实现格栅结构的拼装；最后，在常温条件下，利用重物加压的方式实现低应力胶接，并采用高精度摄影测量技术检测反射面的初始面型精度及热变形后精度。结果表明，采用有限元法模拟反射面降温70℃条件下的热变形为1.2μm；采用摄影测量检测30℃初始面型精度（RMS）为5.5μm，-40℃环境下面型精度（RMS）为7.8μm。文中所述工艺方法对制备高精度、高稳定复合材料天线反射面具有重要的指导意义。     

硅基太赫兹频率源关键技术研究进展综述

随着太赫兹技术的发展,由于太赫兹THz(Terahertz)频段具有丰富的频谱资源和相对宽的带宽优势,因此太赫兹频率源表现出广泛的应用前景,如超高速短距无线/有线通信、雷达、医疗、成像和遥感传感器等.本文总结了硅基太赫兹频率源的最新研究成果和存在的问题,概述了近二十年来太赫兹倍频器、太赫兹振荡器、太赫兹天线、太赫兹辐射...     

基于FSS的太赫兹功能器件研究

随着太赫兹技术的发展,在微波波段广泛使用的FSS器件结构也逐步被借鉴到太赫兹功能器件设计与制作中。基于FSS结构的太赫兹功能器件的主要优点是可以很方便地将不同功能的单元结构集成在一个器件上来实现对特定频率的操控。文章介绍了几种研究中的基于FSS的太赫兹功能器件,并通过自制的THz-TDS实验装置对部分器件的器件功能进行了测试,实验结果与仿真结果吻合较好,表明FSS器件具有良好的偏振控制能力和频率可选择性。通过相关基础研究,不仅可以拓展FSS结构在太赫兹领域的应用,同时可丰富FSS库。     

高双折射太赫兹光子晶体光纤的特性研究

设计了一种太赫兹光子晶体光纤结构,利用全矢量有限元法对该结构基模的双折射、色散、限制损耗等特性进行了数值模拟计算.结果表明,在600μm 到900μm 波长内其双折射可达10-3.这些结果对设计高双折射太赫兹光子晶体光纤有一定的参考价值.     

萤火一号火星探测器深空天线设计技术

根据分系统指标需求,对萤火一号(YH-1)火星探测器天线设计进行了研究.给出了天线的功能与技术指标.介绍了对高增益天线、低增益发射天线与低增益接收天线的方案和结构设计.天线测试结果表明三种天线均满足指标要求.分析了材料选用等环境适应性设计.冷热交变、深冷低温及太阳照射等试验结果验证了设计的天线在深空探测环境中的可靠性和适应性.     

一种THz SAR的宽幅、高分辨成像方法研究

分析太赫兹合成孔径雷达(THz SAR)在高分辨成像领域的优势,针对THz波段天线波束窄、常规SAR成像方法成像场景窄的缺点,提出一种同时实现宽幅和高分辨的THz SAR成像方法。首先对载频220GHz的THz SAR系统指标进行分析,接着着重研究一种改进的距离-多普勒算法,最后采用该算法对1km×1km的宽幅场景进行Matlab仿真,在机载环境下实现0.1m×0.1m的高分辨率成像,验证了成像方法的可行性。     

基于高阻结构的埋藏引向天线研究与设计

引向天线以其结构简单,方向性较好,调节方便,而广泛应用于雷达,电视,通信及其它无线电技术设备中。贴片天线由于结构小巧,剖面低,便于与电路实现一体化设计,成为了现在小型化天线的主要设计选取形式。本论文利用CST仿真软件对引向天线进行了贴片形式的设计和仿真,并基于高阻结构对设计给予改进和优化。设计优化后的基于高阻结构的贴片引向天线在5.2GHZ至6.25GHZ的频带内,反射系数低于-10d B,6GHz处中心辐射强度达到9.3 d B,显示了理想的引向天线的指标要求。     

一种太赫兹可重构超表面设计方法

太赫兹是第六代无线通信系统的核心技术之一,而可重构超表面技术作为太赫兹感通一体的难点问题,对其进行研究具有重大的意义和价值。本文提出了一种基于肖特基二极管的1 bit相位可重构超表面,通过控制肖特基二极管的偏置电压可以控制超表面单元在‘0’和‘1’两种工作状态间切换,可重构超表面单元在203GHz～230GHz的频段内实现了在‘0’,‘1’两种状态下反射幅度均大于-1dB,反射相位有180°±20°的变化,基于对单元进行组阵仿真试验,通过合理的设计阵面上单元的工作状态,可以实现波束扫描功能。本文所提出的方法为太赫兹可重构超表面的研究提供了一种新思路,在未来6G太赫兹通信等领域有重要的应用价值。