星载合成孔径雷达天线的现状与发展

介绍两种典型的星载SAR天线；SIR－C成像雷达的有源微带相控阵天线和Radarsat-1的波导缝隙相控阵天线。报导了近年来星载SAR天线在多波段、多极化阵列天线，集成化、固态化、模块化有源相控阵天线，超轻型充气式阵列天线和双波段、双极化共孔径阵列天线等方面的研究进展，并给出了一些天线的参数。     

一种新型宽频带低剖面高效率平板缝隙天线

提出一种新型平板缝隙天线。与传统波导缝隙天线相比,天线具有更宽的频带、更高的效率、更低的剖面,且设计更容易、加工更简单。仿真设计一个Ku频段16×16单元阵列,阵列在15%的频带范围内,驻波比VSWR2,副瓣电平SLL-20.5d B,效率80%。仿真结果表明,天线各方面性能优异,能够很大程度上取代目前广泛采用的传统波导缝隙阵天线。另外,天线形式还可扩展为圆极化或单脉冲天线。     

单脉冲平面阵列天线误差分析

文中介绍波导宽边纵向缝隙构成的单脉冲平面阵列的设计结果。以１４×１４元平面阵列为例，分析单脉冲阵列天线主要组成部分的误差对天线性能的影响。计算分析了缝隙位置与长度的加工数据的误差，馈电（和差器）的幅度、相位误差，馈电缝阵的误差，以及工作频率等对方向图的影响。文中计算和分析结果与实验结果吻和较好，误差分析结果可作为该类天线对加工公差要求和实验分析的依据     

超薄型平板缝隙阵单脉冲天线设计与仿真

为解决经典计算公式在超薄型波导平板缝隙阵单脉冲天线设计中误差大、成本高、周期长等缺点,提出了一种用HFSS仿真软件优化天线功能和参数进行精确设计的方法。仿真设计实例表明,该法能精确控制天线缝隙的参数,且方法简单实用,可设计出性能较高的天线。     

表面微孔阵列结构调控二次电子发射特性研究

固体介质的二次电子发射受到材料成分、元素构成、表面状况等因素影响,其中表面状况对于二次电子发射系数起着至关重要的作用,表面微结构调控入射电子在材料表面的运动状态和碰撞频率,进而影响二次电子发射。基于粒子路径追踪算法,建立了一次电子与材料表面碰撞模型,研究了微孔阵列结构参数对二次电子发射系数的调控机制,分析了微孔阵列单元深度、孔径和面积占比的影响规律。研究发现,通过设置合理的结构单元深度和宽度,可以实现对二次电子发射系数的调节。单元孔径宽度为2mm、深度为5mm、数目为169时,二次电子发射系数降低了57%。研究结论可为脉冲功率、航天领域的沿面放电机理分析和抑制提供理论和数据支撑。     

采用非线性最小二乘法实现六边形天线阵的方向图综合

为使阵列天线获得圆对称方向图，通常采用环阵的排列方式。文章研究了六边形环阵列天线的特殊方向图综合方法。文中采用非线性最小二乘法对影响天线方向图的诸多参数，如单元的幅度和相位、单元间距以及单元在阵中的位置等，进行了优化设计，以使阵列方向图在最小二乘意义上逼近预先给定的理想方向图。仿真结果表明该方法可行、有效。     

压边浇冒口系统的补缩设计

以液压阀体灰铸件为例,用大量的数据,通过正交试验方法,详细讨论了压边浇冒系统对灰铸件的补缩设计问题。冒口体模数、压边缝隙宽度应和铸件结构、重量、铁水牌号相匹配,对牌号高、重量大、厚实的铸件冒口模数增大,压边缝隙宽度也应加大。在冒口重量一定时,适当加大压边缝隙宽度e值,是保证铸件质量、提高工艺出品率的有效措施。     

离子液体推力器性能影响因素仿真研究

文章主要研究离子液体推力器发射阵列几何结构参数对推力器性能的影响。建立单个发射极粒子网格法仿真模型,模拟获得了单个发射极束流分布及推力、比冲等性能参数曲线;通过改变电极间距及引出极孔径获得了单个发射极平均推力和角向效率的变化曲线,分析了电极间距及引出极孔径对推力器性能的影响。研究表明:在离子被引出极拦截前,推力器角向效率与电极间距成正比,与引出极孔径成反比;在不考虑发射离子数量和比例改变情况下,推力器推力随电极间距的增加先增大后减小,一定范围内随引出极孔径的减小而增大,但过小的引出极孔径会造成严重的推力损失与栅极侵蚀。以上研究结果可为离子液体推力器的优化设计提供参考。     

临近空间高超声速稀薄流中梯形缝隙绕流分析

针对高超声速飞行器表面不规则缝隙的构型特征，将其简化为梯形缝隙模型；采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法对高超声速稀薄流中的缝隙绕流问题进行数值模拟；研究了不同的缝隙壁面倾角对流场结构以及壁面参数的影响，为航天器结构设计以及热防护设计提供了数值支持。结果表明：改变倾角会改变流场结构，当倾角减小时，外部流场会更深入缝隙内部，使得缝隙内流场和表面的气动参数增强，且倾角越小，影响的程度越深。同时，倾角减小也会减小缝隙内的旋涡强度，当倾角小于30°时，缝隙内的旋涡区域完全消失。     

高超声速边界层转捩特性试验探究

通过在激波风洞中开展转捩试验,选取来流马赫数分别为6和8,单位雷诺数分别为4.1×10 6m -1 、2.6×10 7m -1 和4.4×10 7m -1 的来流条件,研究马赫数、单位雷诺数以及攻角变化对钝锥边界层和平板边界层转捩位置的影响。结果表明,攻角增大使钝锥迎风面和背风面边界层转捩位置均前移,使平板边界层转捩位置也前移;钝锥边界层在低马赫数时更容易转捩,平板边界层转捩受马赫数影响在攻角有差异时有所不同;单位雷诺数的增大促进转捩,但对于钝锥边界层而言,该参数增加到试验选定的上限时,转捩位置的变化并不明显;在转捩过程中平板边界层的脉动压力系数与热流具有相同的变化趋势。试验捕捉到了第二模态扰动。     

毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线设计

本文提出了一种毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线。该天线分为上下两层，利用下层的功分器和反相器使电磁波从上层的辐射波导的两端向中心进行馈电，激励12个非均匀波导缝隙辐射单元。该天线呈中心对称结构，结构紧凑，并使得天线的方向图具有稳定性。在辐射波导中引入二阶短路金属阶梯，并且阵列的辐射单元采用非连续的双层缝隙，拓展了天线的工作带宽。所提出的加载二阶金属阶梯双层缝隙阵列天线的阻抗带宽达到16.3%(35.35~41.55 GHz)，峰值增益为16 dBi，工作频带内天线的增益下降低于2.5 dBi，副瓣电平低于-20 dB。     

矩形波导宽边纵向裂缝的分析

利用缝隙口面切向磁场连续的条件建立关于未知电场的联立积分方程,将波导内外部的互耦、波导壁厚及波导内高次模的影响全部考虑进去,然后运用矩量法求解得到一端短路和两端开路时的波导单缝中的电场分布。该结果与文献结果和HFSS仿真结果作比较,两者吻合良好,证明理论推导和编程计算的正确性。根据缝隙等效导纳和反射系数的关系计算波导一端短路时不同偏距纵缝的谐振长度,进行矩形端头与半圆端头的等效转化并给出了与仿真结果的比较。单个缝隙参数的确定为采用HFSS软件仿真法、等效电路法或场分析法进行波导裂缝阵列天线的分析和设计奠定了基础。     

矩形波导纵缝阵列的矩量法分析

利用矩量法对矩形波导宽边纵缝阵列天线进行了理论分析和计算。首先利用缝隙口面切向磁场连续的条件建立关于未知电场的联立积分方程,考虑了所有的互耦、高次模及波导壁厚的影响,然后对两个实际阵列进行了编程计算,计算结果与文献和HFSS软件的仿真结果吻合良好,仿真过程中对矩形缝和半圆头缝进行了转换。     

一种多尺度稀疏极化敏感阵列及其DOA估计方法

针对单个电磁矢量传感器(SS-EMVS)的孔径受限和传统稀疏阵列无法提供目标极化信息的问题,结合分离式电磁矢量传感器和稀疏阵列,提出了一种由SS-EMVS组成的多尺度稀疏极化敏感阵列。该阵列的阵列单元为1个完整的分离式电磁矢量传感器,沿y轴分布,整个阵列按阵元间距分为2个均匀子阵,而且这2个阵元间距都可以大于入射信号的半波长,从而构造一个多尺度稀疏极化敏感阵列以得到目标波达方向(DOA)的高精度估计值。该阵列结合了SS-EMVS可降低阵元互耦和稀疏阵列可扩大阵列孔径的优点,提高了目标DOA估计精度的同时降低了阵元互耦,并且对噪声也具备较好的鲁棒性。而在算法上,首先利用矢量叉积算法得到目标方向余弦的低精度无模糊估计值;其次根据2个子阵的空域旋转不变性得到目标方向余弦的高精度模糊估计值,针对这些方向余弦的估计值提出了一种多尺度解模糊算法,可得到目标方向余弦的高精度无模糊估计值;最后经过运算得到目标的高精度DOA的估计结果。仿真结果证明了所提阵列和算法的有效性。该阵列可应用于某些空间受限的实际应用场合中,如安装在飞行器上的传感器阵列,从而发挥电磁矢量传感器的单天线多分量的特点,也可以与MIMO雷达进行结合,借助极化信息提高雷达系统的检测性能和目标二维DOA的估计精度。     

自适应天线互耦影响研究

用等效网络法推导了考虑互耦影响时阵列的输出信号解析式和信噪比,仿真了不同阵元间距时,自适应直线阵的方向图和输出信噪比,得到了一些有用的结论。     

星载非均匀稀布阵高精度测向性能分析

基于微小卫星的侦察与无源定位技术是目前各国广泛研究的问题之一。为了克服有效载荷的限制，寻求适于星载的接收阵列形式，文中针对两种非均匀间距L型稀布阵，采用二维MUSIC算法分析了阵列对地面辐射源的测向性能，并与等间距及同孔径的均匀L阵进行了比较，利用Matlab编程，给出了仿真结果。理论分析和仿真结果表明，本文考虑的非均匀间距阵稀布L阵能够实现对地面辐射源的高精度测向，测向性能明显优于同孔径（等间距）阵。     

新型复合材料功能梯度板热屈曲研究

针对目前功能梯度材料(FGM)热物参数存在众多不同表征方法的现状,假设功能梯度平板材料热物参数沿厚度向呈同一任意函数形式变化,基于经典板理论和一阶剪切理论,用临界平衡法推导板的屈曲方程,用Navier法求解方程,给出功能梯度平板热屈曲临界温度的通用解析式。考虑其热物参数对温度的依赖性,通过迭代算法获得了四边简支的功能梯度平板在均匀受热时临界屈曲温度变化的封闭解。以常用的指数型功能梯度平板为例进行了数值计算,分析了平板几何尺寸对其临界屈曲温度的影响。结果表明:结构尺寸参数是影响临界温升的最主要因素,临界屈曲温度分别随其厚长比和长宽比增大而单调增大。研究扩大了均匀温度场中功能梯度平板热屈曲临界温度计算公式的适用范围,有一定的工程意义。     

高超声速飞行器热防护结构参数优化及对比分析

高超声速飞行器对结构性能、热防护性能以及结构重量有很高的要求。为了获得最小的结构重量,文章从热防护的角度进行了优化分析:分别选择铝合金和先进复合材料作为蒙皮,在不同的热载荷条件下,对多种热防护结构（TPS）建立一维传热模型,并进行了结构尺寸优化,得到了单位面积TPS的最小重量;分析飞行器再入过程中的温度载荷、再入时间以及蒙皮材料可承受的最高温度对热防护结构最小重量的影响。ANSYS仿真分析结果表明:温度对TPS的单位面积最小重量有显著影响,LI900刚性陶瓷隔热瓦和先进金属蜂窝夹层防热结构有重量优势;采用复合材料蒙皮的TPS可使重量大幅减轻;飞行器再入时间和再入初始温度对刚性陶瓷隔热瓦重量的影响大于对金属盖板式隔热结构。     

基于极化敏感阵列的高效DOA与极化参数联合估计算法

提出一种基于极化敏感阵列的二维波达方向(DOA)和极化参数联合估计算法.首先建立入射信号模型,然后利用重构的x轴、y轴、z轴阵列导向矢量之间的关系计算出入射信号的DOA和极化参数的无模糊粗估计值;同时根据重构阵列导向矢量内在的旋转不变结构估计出x轴和y轴空间相移因子,得到入射信号的高精度无模糊DOA估计.最后利用粗估计精估计相结合的方式进行解模糊,进而完成DOA估计.算法允许阵元间距大于入射信号的半波长,扩展了有效阵列孔径,提高了算法的测向精度.此外,算法避免了复杂的四维谱峰搜索,具有较低的运算复杂度.仿真实验结果验证了算法的有效性和良好的估计性能.     

旋流器结构参数对燃烧室出口温度分布的影响

采用数值模拟方法研究旋流器的结构参数对中心分级高温升燃烧室出口温度分布性能的影响,结构参数主要是叶片安装的角度和叶片的旋向组合多种方案,再对这些组合方案进行比较,从而选出最优结构。数值计算结果表明:旋流器结构参数对燃烧室出口特性有很大的影响,设计合理的旋流器结构参数对提高燃烧室性能很重要。选取最优的角度组合,第1级为45°,第2级与主燃级为60°;第1级与第2级旋向反向,并且第2级与主燃级旋向一致。