多功能综合射频系统的发展与关键技术

基于综合电子系统的演化过程,分析了发展多功能综合射频系统(MFIRFS)的必要性。在分析软件无线电技术的基础上,指出软件无线电技术是实现多功能综合射频系统的有效途径,并给出了多功能综合射频系统的设计框图。最后,讨论了为实现多功能综合射频系统必须首先研究的共用信号、共用孔径以及其它关键技术。     

智能蒙皮天线的体系构架与关键技术

区别于传统天线设计方法,提出了一种新的智能蒙皮天线设计架构,探讨了实现智能蒙皮天线的关键技术。通过在射频功能层采用可重构技术和在后端采用信号处理的方法,实现了智能蒙皮天线的波束自适应,解决了传统天线仅仅依靠信号处理方式来实现天线波束自适应的局限。分析了智能蒙皮天线的封装功能层、射频功能层以及控制与信号处理功能层的实现措施。最后针对新一代航空平台的应用需求,进一步探讨了智能蒙皮天线的关键技术和实现方法。     

基于FPGA芯片的机载波形动态重构设计

针对机载综合射频传感器系统高度综合化的实际需求，基于部分可重构技术提出了一种机载传感器功能波形重构设计方法，以实现在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）芯片局部区域上时分复用机载功能波形。该方法引入一种便于功能波形移植部署的FPGA平台设计，并在此平台上完成机载功能波形在FPGA芯片局部区域的可重构具体设计。工程应用表明，该设计能够灵活有效复用可编程逻辑器件资源，提高了综合射频传感器系统的功能波形集成度，具有较好的实践意义。     

一种综合射频系统SCA软件平台的设计与实现

针对机载综合射频开放式系统架构,为了在软件综合层面上实现波形应用软件与具体平台的解耦,设计并实现了一种基于软件通信架构(Software Communication Architecture, SCA)的软件平台及其环境工具,解决了机载平台软件的分布式通信、资源调度管理、系统建模等技术问题,从而实现功能、应用和波形的组件化与动态重构。测试验证与工程应用情况表明,软件平台能够满足机载领域信号、信息处理强实时、高可用的应用需求,可有效提升综合射频系统软件开发质量与集成联试效率。     

新型多频段共用孔径天线系统

介绍了一种新型多频段共用孔径天线系统，详细论述了该天线的设计方法，对它的关键技术及理论进行了分析，并给出了天线系统理论和实测方向图，结果表明理论分析与实测结果有很好的吻合，充分证明了新型多频波段共用孔径天线系统工程上具有较高的实用价值。     

面向多功能射频的综合射频前端技术研究

多功能综合射频系统是基于共用的电子平台,将雷达、电子战或通信等多种功能集成日益成为一种发展趋势。作为多功能综合射频系统的关键,综合射频前端的发展受到世界各国的广泛重视。从介绍多功能综合射频系统的发展情况和体系架构出发,结合实际应用和工程实现,分析了综合射频前端的概念和实现,并在此基础上重点探讨了射频孔径综合和射频通道综合这两种方式,阐述了工程可行的设计案例。     

太赫兹孔径编码成像分辨性能研究

太赫兹孔径编码成像综合了光学孔径编码成像和微波关联成像的基本原理,通过孔径编码天线改变目标区域太赫兹波空间幅相分布来实现高分辨、高帧率、前视凝视成像。基于孔径编码天线,该文设计了雷达成像系统和准光扫描光路,可同时实现系统孔径编码和波束扫描功能,理论推导并仿真分析了其成像质量影响因素,并在此基础上比较了不同算法对孔径编码成像分辨性能的影响,证明了稀疏重构类算法对孔径编码成像的优势,最后对比了孔径编码成像和同尺寸阵列实孔径成像的结果,论证出孔径编码成像系统具有高分辨,易于小型化,成本较低等优点。该成像方式可广泛应用于战场侦查、安检反恐和末制导等领域。      

美国海军着手研制具有EW功能的共用孔径天线

美国海军已挑选德克萨斯仪表公司为首的承包队,探索共用孔径天线系统的研制问题。组建这个承包队的目的是设计有源阵列试验系统(样机)。该样机共用1个天线孔径,但它能满足射频、电子侦察、电子干扰和通信的要求。 美海军自1985年以来,一直致力于共用孔径天线的研究。1992～1993年,德克萨斯仪表公司和威斯汀豪斯公司完成了第1阶段的论证工作。目前,以德克萨斯仪表公司为首的承包队(包括雷声公司、汤普森·拉莫·伍尔德里奇公司、国际电报公司、诺思罗普格鲁曼公司和佐治亚技     

一种天线配置软件定义雷达架构研究

针对目前雷达功能单一,品种较多,提升雷达功能需要更换大部分硬件(尤其天线系统)的问题,提出一种通过天线配置实现软件定义雷达的开放式系统架构。该架构的发射信号基于阵列单元通过软件任意产生,天线可按系统功能通过软件编码控制任意裁剪且可重构。天线单元阵列射频端直接连接二相编码调制器,通过正交二相编码调制,突破了单通道任意数字波束形成,解决了通道一致性问题,使得天线配置更加灵活。该架构不仅可应用于常规相控阵雷达, 还可应用于 MIMO、认知、雷达通信一体化等。通过软件定义开发的多路复用数字波束雷达系统平台,已经完成实际外场测试,表明基于软件定义的多路复用数字波束相控阵雷达技术系统应用可行。     

有源平面多功能相控阵的宽带孔径

随着高g、高速导弹的使用,占居整个电磁频谱的机载、舰载和陆用威胁雷达在不断地扩展,这就要求现代防御系统不仅能覆盖宽频带宽,而且能覆盖宽范围的视界角。战术飞机上现有的可容纳天线的位置数有限,这就鼓励发展适合于多种雷达功能以及电子对抗(ECM)和电子侦察(ESM)功能的、可编程的多功能(或共用孔径)天线系统。如ICNIA和PAVE PILLAR一类程序早已对战术飞机的共用孔径系统作过验证。只有相控阵才具有满足共用孔径系统要求同时也满足战术飞行器恶劣环境和空间限制要求所必要的扫描角覆盖范围、频带宽度和计算机控制的灵活性。本文将论述提供孔径(天线单元的阵列)的问题,该孔径与其工作带宽和栅瓣要求相一致,并且可组成收-发(T/R)模件相控阵。要求的频率覆盖范围已逐渐加宽到使目前典型的频带带宽超过几个倍频程。随着频率覆盖范围的增大,可以考虑的辐射元类型已逐渐减少。目前,随着频带宽度超过三个倍频程,只有像对数-周期阵列、指数切口或扩口缝隙那样的端射单元才可视作可行的辐射元。孔径性能的另一限制是孔径提供给阵列其余部分的有效扫描电压驻波比(VSWR)。需要研究和弄清的是在低频时发生的高有效扫描VSWR的现象。本文将讨论适合于多功能系统应用的有源线阵和宽带相控阵孔径的设计和性能。     

基于微波光子的一体化可重构电子系统

针对一体化电子系统必须具备宽带、多频段信号处理能力等要求，提出了一种基于微波光子技术的一体化可重构电子系统方案，采用微波光子混频技术实现宽带、多频段射频信号光域变频，使用微波光子交换技术实现信道复用，系统具备四路并行处理能力，通过软件配置可动态重构各信道功能。     

RF MEMS switches fabricated on microwave-laminate printed circuit boards

A novel fabrication process has been developed for directly constructing radio frequency microelectrical mechanical systems (RF MEMS) capacitive switches on microwave-laminate printed circuit boards (PCBs). The integrated process uses metal wet etching to form the metal lines for coplanar waveguides, compressive molding planarization (COMP) to planarize uneven surface heights for switch membrane formation, and high-density, inductively coupled plasma chemical vapor deposition (HDICP-CVD) for low-temperature silicon nitride deposition. This technology promises the potential of further monolithic integration with antennas on the same PCBs to form reconfigurable antennas without the concerns of mismatching among components.     

基于微波光子的光学波束合成理论与仿真

光学波束合成技术是利用光信号作为载波携带射频信息而实现的一种新型的宽带射频波束合成技术,即用光信号来传输以及分配射频信号,实现射频信号的光波控制.文章介绍了基于微波光子的光学波束合成原理,重点介绍了光非相干和光相干波束合成架构,通过详细的理论公式推导以及软件仿真,表明上述两种光学波束合成架构可对多天线接收信号实现信号合成.针对目前大阵列天线单元系统对光学波束合成技术的迫切需求,利用光相干和非相干波束合成的各自优势,提出了一种适用于千量级天线阵列规模的光学波束合成架构,为光学波束合成技术在相控阵雷达、电子对抗等领域的应用提供解决方案.     

集成微波光子射频前端技术北大核心

微波光子射频前端具有频率覆盖范围大、工作波段和瞬时带宽可灵活重构、抗电磁干扰等优势,在泛在无线通信、软件无线电、雷达和电子战系统中有着广阔的应用前景。为进一步减小系统的尺寸和功耗以满足实际应用的需求,构建基于光子集成芯片技术的微波光子射频前端微系统势在必行。文章分析了集成微波光子射频前端微系统目前在器件层面和系统集成层面面临的挑战,并从高精细、可重构的光滤波器设计、混合集成系统架构设计和系统频率漂移抑制方案三个方面重点介绍了作者所在课题组开展的关于混合集成可重构微波光子射频前端的研究现状。     

Reconfigurable antennas for wireless devices

New technologies in communications electronics, such as software-defined radio (SDR) and RF switches implemented using micro-electromechanical systems (MEMS), present new challenges and opportunities for antenna design. In sharp contrast to digital technology where Moore's law reigns, a fundamental law of physics constrains the ability to realize electrically small antennas that are both efficient and broadband. As a result, covering several frequency bands concurrently with a single antenna having enough efficiency and bandwidth is a major challenge. One possible solution to this problem is to use reconfigurable antennas that tune to different frequency bands. Such an antenna would not cover all bands simultaneously, but provides narrower instantaneous bandwidths that are dynamically selectable at higher efficiency than conventional antennas. Such tunable-antenna technology is an enabler for software-definable radios, the RF front ends of which must be reprogrammable on the fly. This paper discusses the practical implementation issues, limitations, and measured results of small, narrowband, tunable antennas within portable handsets. Many of the concepts discussed in this paper will likely become practical and cost effective in the near future because of recent advances in RF MEMS switches.     

锥状波束天线研究进展

锥状波束天线在车载卫星通信、弹载探测系统等诸多民用和军用领域有着广泛的应用,是通信、探测制导等应用中射频系统的关键技术之一。目前在圆极化、宽带、大倾角和可重构锥状波束天线的实现及其方向图综合等方面都面临诸多挑战。文章介绍了近年来国内外包括本团队锥状波束天线的研究进展,阐述了锥状波束天线的基本理论和关键技术,并对今后的发展趋势进行了展望。     

Miniature reconfigurable three-dimensional fractal tree antennas

This paper introduces a design methodology for miniature multiband as well as reconfigurable (i.e., tunable) antennas that exploits the self-similar branching structure of three-dimensional (3-D) fractal trees. Several fundamental relationships, useful for design purposes, are established between the geometrical structure of the fractal tree antenna and its corresponding radiation characteristics. In particular, it will be shown that the density and elevation angle of the branches play a key role in the effective design of miniature 3-D fractal tree antennas. Several design examples are considered where fractal trees are used as end-loads in order to miniaturize conventional dipole or monopole antennas. Multiband and reconfigurable versions of these miniature antennas are also proposed, where either reactive LC traps or RF switches are strategically placed throughout the branches and/or along the trunk of the trees. Included among these designs is a miniature reconfigurable dipole antenna that achieves a 57% size reduction for the center frequency of the lowest intended band of operation and has a tunable bandwidth of nearly 70%.     

网络化作战机载射频传感器综合

从近年来新型作战概念牵引、机载平台限制、架构发展及技术推动4个层面阐述了网络化作战环境中射频综合的必要性,基于未来作战样式对于射频综合系统的能力特征需求进行耦合分析;对分立式的异构传感器进行综合设计,提出射频综合的基本架构方案,从机载总体角度对射频综合总体、共形孔径、射频管理等关键技术进行分析,为系统综合设计提供支撑。     

Development and Investigation of an Antenna System With Reconfigurable Aperture

The concept and results of investigation of a waveguide slot antenna with reconfigurable aperture is presented. Solutions are based on the utilized semiconductor material, which allows one to design the electronically reconfigurable antennas. The key element of the reconfigurable antenna is a surface PIN (SPIN) diode whose conductivity changes proportionally to the plasma density. SPIN structures can be activated selectively and cause, in turn, the generation of the desired shapes of radiation pattern. It allows one to extend the function possibilities of waveguide slot antennas compared with the conventional one.