复合相位调控的单层双功能反射型超表面

基于传输相位与Pancharatnam-Berry（PB）相位的复合相位调控机制，采用单层介质结构，提出了一种单一圆极化（circularly polarized, CP）波入射和在反射的正交双极化信道条件下实现两种独立功能的双功能超表面。推导分析了传输相位与PB相位对同极化与交叉极化反射分量的相位调控机理，并提出了实现同时调控两种分量的单元设计要求。针对单元旋转造成的PB相位失真，提出了一种加载空心圆形贴片的单元改进模型，确保了相位的稳定性。通过精确调控两极化分量的波束空间相位分布，在单圆极化电磁波入射条件下，该超表面可利用两正交极化信道同时实现两种不同功能。仿真和测试结果表明，在右旋圆极化（right handed circularly polarized,RHCP）电磁波入射下，在13~15 GHz工作频段内，所设计的双功能超表面可在同极化反射信道获得携带轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）的偏折涡旋波束，在交叉极化反射信道获得偏折笔形波束。该设计具有结构简单、加工成本低等优点，为实现圆极化信道复用与多功能集成提供了新的思路。     

基于超表面的反射阵天线设计

提出了一种基于超表面的Ku波段高增益反射阵天线.设计了一种"灯笼折线型"结构结合开口方环结构的超表面单元形式,单元大小为0.3λ₀.通过仿真软件进行优化分析,该单元可以实现520°的相移范围且具有良好的相移特性,应用该单元进行了Ku波段高增益反射阵天线的设计,设计了阵面口径大小为160.8 mm×160.8 mm （7.2λ₀×7.2λ₀）的反射阵天线,采用角锥喇叭进行馈电,该反射阵天线获得了较高的增益以及口径效率.同时在卫星通信的上行链路频段14.0~14.5 GHz以及下行链路频段12.25~12.75 GHz范围内具有较好的性能.对该反射阵列进行了加工测试,测试结果与仿真结果较为吻合,从而验证了该反射阵天线设计的有效性.      

基于平面弯折偶极子结构的波束可控天线

为解决因发射/接收天线相对位置变化而引起的信号衰减的问题,提出一种基于平面弯折偶极子结构的波束可控天线。该天线由6个独立的弯折偶极子辐射片与位于中心的反射片组成。通过改变馈源的位置,实现天线360°范围内的辐射方向图控制。位于中心较长的金属贴片实现电磁波的反射,增强天线特定方向的有效辐射。仿真及测试结果表明,天线工作频段为1.92~2.10 GHz,辐射前后比达到24 dBi。 6个可控辐射方向的3 dB辐射角为120°。仿真和测试结果比较吻合,该天线满足通信系统要求。     

基于平面弯折偶极子结构的波束可控天线(英文)

为解决因发射/接收天线相对位置变化而引起的信号衰减的问题,提出一种基于平面弯折偶极子结构的波束可控天线。该天线由6个独立的弯折偶极子辐射片与位于中心的反射片组成。通过改变馈源的位置,实现天线360°范围内的辐射方向图控制。位于中心较长的金属贴片实现电磁波的反射,增强天线特定方向的有效辐射。仿真及测试结果表明,天线工作频段为1.92~2.10 GHz,辐射前后比达到24 dBi。6个可控辐射方向的3 dB辐射角为120°。仿真和测试结果比较吻合,该天线满足通信系统要求。     

应用于数字电视系统的双极化Vivaldi天线

本文提出了一种具有高端口隔离度的双极化正交Vivaldi天线.在没有电流接触的情况下,以十字形交叉的形式将两个Vivaldi天线正交放置来实现双极化天线结构.为了满足低端带宽要求,同时改善低频辐射特性,提出了一种新颖的指数渐变槽边缘(ETSE)结构.两条微带馈线用于实现每个极化端口的独立馈电.测试结果与仿真结果吻合良好.所提出的天线实现了-10dB的回波损耗带宽为470-794MHz,并且在正交方向上显示了稳定的辐射性能.测试显示两个极化之间的隔离度优于25dB,并且在工作频带上的增益在1.57至7.18dBi之间.所提出的天线可以用于数字电视(DTV)系统.     

双极化圆柱介质谐振器天线设计与实验研究

全极化数字相控阵天线具有波束扫描灵活、抗干扰能力强的优点,已成为以飞行器为载体的雷达天线领域的发展趋势之一。考虑到安装平台的限制,天线单元是相控阵天线的关键部件,研制适合工程应用的双极化天线单元具有重要意义。提出以双极化介质谐振器天线为全极化数字相控阵天线单元的设计方案;该方案具有辐射效率高、结构简单、易于馈电、体积小、极化端口隔离特性好等性能。设计了一种带有金属反射板的双极化圆柱形介质谐振器天线单元,采用全波电磁仿真软件对天线单元进行设计和优化,开展了天线单元的加工和性能测试工作。在4.95~5.05 GHz的带宽内,驻波比均小于2;天线的极化端口隔离度约为-20 d B;测试的天线波束宽度约大于80°,增益约大于6 d B,交叉极化电平约为-20 d B。天线的性能达到预期的指标要求,适合于实际工程应用。     

大型毫米波波导缝隙天线阵设计方法研究

为了减少大型波导缝隙天线阵的设计的复杂计算,该文在Elliott设计理论基础上,提出一种新的大型波导缝隙天线阵设计方法。该方法利用传输线理论构造负载阻抗近似表达式,并使用数值迭代法直接计算缝隙的归一化导纳,从而实现辐射缝隙的设计;耦合馈电网络则采用电磁场仿真优化获得。整个设计过程具有计算量小、快速实用的优点。最后,研制了一个工作频带为35.3~39.5 GHz的32×16波导缝隙阵列,测试工作带宽达到了10.6%,H面和E面方向图的3 dB波束分别为4.2°和2.2°。     

宽带高效反射电磁波极化调控超表面的实验研究

电磁超表面具有传统材料无法实现的新奇电磁特性. 利用超表面来调控电磁波极化状态成为一个热门的研究领域. 本文提出了一种由金属贴片组成的各向异性超表面来实现对水平极化波和垂直极化波的正交极化调控. 数值仿真结果显示所设计的超表面在8.16～15.32 GHz内可以将水平极化或垂直极化入射的电磁波经过反射后分别转换成其正交分量,极化转换率和相对带宽分别达到了95%和60%. 实验结果与数值仿真结果吻合较好. 通过理论计算和表面电流分布详细阐述了极化调控的物理机理.     

反射式极化变焦人工电磁表面的设计

设计一种各向异性人工电磁表面,其反射聚焦可根据入射电磁波极化状态加以调节.依据广义菲涅耳定律,选择拥有两个自由度的金属+介质+金属的耶路撒冷十字结构,实现对垂直入射的线性极化平面电磁波全反射,并对不同极化电磁波的反射相位可以独立调控.根据经典光学成像理论,获得不同焦距不同极化态的反射电磁波相位分布,进而确定每个亚波长单元的尺寸,构造极化变焦人工电磁表面.CST微波波段仿真结果同理论分析相吻合,同时该设计方法还可推广到太赫兹波段,甚至光波波段.     

基于左手传输线的波束扫描微带漏波天线

为了进一步提高天线波束扫描技术,该文基于复合左右手传输线理论设计了波束可扫描的微带漏波天线.探讨了漏波天线的辐射特性,实现了随频率变化时天线波束在半空间内从后向到前向连续扫描的功能;运用Ansoft Designer软件进行仿真,在频扫天线单元的基础上加载不同电容实现了固定频率下天线波束的扫描.测试结果显示,漏波天线工作于3.60 GHz,加载1.0 pF电容的微带天线后向辐射,波束指向-50°;加载1.4 pF电容的微带天线前向辐射,波束指向32°.仿真结果与测试结果吻合,实现了一种低成本的波束扫描天线.     

基于辐射散射一体化技术的低RCS贴片天线阵列设计

提出并设计了一种基于辐射散射一体化技术的4×4低RCS贴片天线阵列,该阵列由2种辐射特性相似、反射相位相差180°的天线单元组成。利用遗传算法优化得到散射场在各方向均匀分布的非周期阵列结构,有效减小了天线阵的峰值RCS。仿真结果表明:天线阵列的增益在16dBi以上;法线方向x极化波照射时,单站RCS减缩频带为8～15.9GHz,最大减缩量为17.1dB;y极化波照射时,单站RCS减缩频带为9.5～16GHz,最大减缩量为13.1dB。测试结果与仿真拟合较好。该阵列集超材料和贴片天线于一体,利用天线单元自身相位差有效降低了其RCS值,为降低天线阵列RCS提供了一种新的方法。     

基于方同轴的三维频率选择表面的研究

基于双模耦合理论,在原有方同轴频率选择表面(FSS)的基础上,通过引入金属化过孔和耦合缝隙,形成了两种类型的双模谐振器.双模谐振器通过奇偶模耦合效应,产生了两个独立的传输极点,实现了平坦的带通性能.此外,电磁波在传输路径内的反射和路径之间的相位反向产生了多个传输零点,可以用来提高频率选择性.在此基础上,本文设计了宽带外抑制和双频两种带通FSS,并进行了加工测试与分析,其测试结果与高频结构仿真软件(high frequency structure simulator,HFSS)的仿真结果吻合良好,且所提出的两种FSS在不同的极化方式和入射角度下具有稳定的频率响应和较好的频率选择特性.     

单向宽带毫米波平面缝隙天线的设计与仿真

设计了一种基于MEMS微加工技术制作的共面波导馈电的单向宽带毫米波平面缝隙天线.采用平面矩形缝隙辐射单元,可实现约80%的阻抗带宽(驻波比≤2).通过增加波束引导缝隙和多层反射截止缝隙,可实现缝隙天线单向辐射,天线增益可由原来的3.8 dB提高到6.8 dB左右.采用Ansoft HFSS有限元仿真软件对设计进行仿真优化,并用CST微波工作室仿真软件对仿真优化进行验证,结果表明,两种仿真结果一致.     

极化反射人工电磁表面

针对以往的人工电磁表面器件只能实现一种电磁功能的现象,提出一种可以根据电磁波极化方向改变其反射方向的人工电磁表面.依据广义菲涅尔反射定律,通过选择x和y方向上的相位梯度分布,电磁波在两个方向反射角可任意调节.以具有两个参数可调的矩形三明治结构为基本单元,基于数值拟合的方法合理选择单元尺寸,搭建6周期和12周期的极化反射人工电磁表面,CST仿真表明,该人工电磁表面系统对x极化和y极化入射的电磁波其反射方向完全相反,并且其反射角可以通过改变周期进行灵活调节,仿真结果和理论分析相吻合.该方法设计的极化反射人工电磁表面器件与传统的极化反射器件相比具有设计简单、体积小、成本低等优势.     

利用Ansoft软件进行平板缝阵天线仿真设计

利用Ansoft HFSS仿真软件设计了一种平板缝阵天线,经过对实物进行测试,验证了仿真结果与实物结果相一致。结果显示该平板缝阵天线具有很大的实用价值,同时体现了HFSS作为高频仿真工具的有效性和准确性。     

IRS辅助的无源双基地雷达联合波束赋形与反射优化

直接路径干扰由于路径损耗较小，其干扰强度远大于目标的反射回波，直接影响了无源双基地雷达的目标的探测性能。智能反射表面具有调控电磁波传播的能力，为此在雷达接收机附近放置智能反射表面，通过联合优化监视通道接收机波束赋形和无源智能反射表面的反射相位，可以将进入接收机的直接路径干扰功率约束在一定范围内，并且实现目标反射回波功率最大化，从而提高目标的检测性能。利用交替优化的方法，将联合优化问题转换为2个齐次和非齐次的二次约束二次规划问题，采用半定松弛方法和高斯随机化方法求解获得接收机波束赋形和智能反射表面的反射相位的最优解。仿真分析表明：利用了智能反射表面可以有效提高无源双站雷达在直接路径干扰下的探测性能。     

低频比波长复用高效双功能超表面

多功能微波器件由于能在小尺寸器件上实现大容量功能集成,在现代通信系统中具有重要作用。然而由于器件功能的高度集成,使得多功能器件往往存在严重的通道串扰,降低了器件效率。对此,提出了一种低通道串扰的频率复用方法,通过在两层介质板上构建互补形式的双C形开槽谐振器和双C形金属谐振器,实现了双谐振单元。由于双谐振器具有很高的Q值,能在低频比情形下实现相位的独立调控。为进行验证并探索应用,设计了工作于f1=9.2 GHz和f2=11.2 GHz的多功能超表面。仿真结果与实验结果吻合良好,表明超表面在f1和f2处分别实现了模式数l=3的聚焦OAM波束和零阶贝塞尔波束。与以往报道的多功能超表面相比,设计的器件双频工作频比仅为1.2,且双频器件效率高达86.1%和93%。提出的低频比、低通道串扰波长复用超表面方法为实现大容量功能集成应用提供了一种有效途径。     

多功能辐射输运模拟仿真平台开发与初步应用

随着计算机技术、高性能计算技术和反应堆数值模拟技术的快速发展,数字化反应堆成为核能领域发展的一个重要新兴方向.其中,多功能、多物理、多尺度、多过程耦合技术成为数字化反应堆发展的关键技术之一.围绕数字化反应堆耦合关键技术,基于开源的SALOME系统初步研发了耦合建模、计算、可视化功能于一体的多功能辐射输运模拟仿真平台(MOSRT).目前,平台具有简单模型的自动建模、蒙卡辐射输运计算以及结果数据三维可视化功能.利用基准题对平台进行了初步应用测试,数值结果初步验证了平台辐射输运模拟仿真功能的正确性与可靠性,为未来进一步扩展平台的复杂模拟仿真能力奠定了基础.     

Ti~(21+)和Ti~(20+)离子双电子复合过程的理论研究

利用多组态Dirac-Fock(MCDF)方法和密度矩阵理论,系统计算了类氢Ti~(21+)(1s)和类氦Ti~(20+)(1s~2)离子KLL双电子复合过程中所有共振双激发态的能级、辐射和Auger跃迁的几率,以及双电子伴线的强度、角分布和极化度.研究了Breit相互作用对Auger几率、双电子伴线强度和辐射X射线极化度的影响.计算结果与已有文献和EBIT实验测量结果符合较好.     

等离子体圆形反射器天线辐射特性的数值计算

采用辅助差分方程时域有限差分(ADE-FDTD)算法对一种具有快速动态重构能力的等离子体圆形反射器天线(PRRA)的归一化辐射方向图及反射系数进行了数值计算.计算结果表明:等离子体圆形反射器天线能够在微秒量级内完成不同辐射波束形状和发射方向的切换,实现天线辐射特性的快速动态重构且具有较宽的工作频带.