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“电磁波与等离子体相互作用”专题征文通知

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优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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逆合成孔径雷达三维成像综述
周鹏, 郑佳辉, 张振华, 王影, 张晰, 张杰
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022226
摘要(13) HTML全文(1) PDF(5)
摘要:
逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)可以对飞机、舰船与空间目标等进行成像,在军事和民事应用中具有重要的意义。ISAR三维成像可以克服传统二维成像中的几何失真、方位向定标难与图像投影平面未知等问题,有利于对目标进行分类和识别,是ISAR技术的重要发展趋势之一。本文主要对单天线ISAR、干涉ISAR(interferometric ISAR,InISAR)、阵列ISAR等不同体制的三维成像进行介绍。在介绍不同体制ISAR三维成像机理的基础上,对各种体制的研究现状进行了总结,并对未来的发展方向进行了分析。
蒙特卡洛方法用于城镇5G基站电磁暴露安全评估
蒋廷勇, ANJA K. Skrivervik
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022228
摘要(4) HTML全文(1) PDF(0)
摘要:
电磁暴露安全是当前5G通信在大规模商业化推广过程中需高度重视的问题。大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)和天线3D波束成形等技术在现有5G基站中已得到成熟应用,但以往传统确定性方法在评估该类基站时过于保守,因而很难得到准确可信的基站电磁暴露评估结果。本文在以往基于蒙特卡洛(Monte Carlo)统计方法的5G基站电磁暴露评估模型基础上,进一步模拟构建了城镇基站小区的三维用户场景,采用电磁暴露相对因子作为衡量指标实现了更真实用户场景下的5G基站电磁暴露水平评估。结果表明,在文中给定的两类基站配置参数下,5G基站小区在最坏情况下电磁暴露相对因子计算结果最大值仅有保守确定性方法给出的电磁暴露评估结果的25%左右,说明5G基站引入Massive MIMO和波束成形技术后不仅改善了用户通信质量,同时也使覆盖区域内电磁暴露量值分布更为均匀,得到了比传统基站更低的电磁暴露水平.
采用小型化超材料的低反射传输线辐射抑制结构
王霞, 管政涛, 李艳禄, 罗海鹏, 李雅楠, 马玉凤, 魏豪毅, 王蒙军
当前状态:
摘要(4) PDF(1)
摘要:
为了实现电磁辐射的有效屏蔽,同时保持高质量的信号传输,提出了一种利用超材料结构抑制高频柔性传输线电磁辐射的低反射型方案. 整体结构由传输线、介质间隔层和超材料屏蔽层组成,介质部分均使用柔性材料. 利用超材料对电磁波的调控与吸收能力和小型化的特点,降低辐射波的反射分量,减小对传输性能的影响,并保证传输线的灵活性. 仿真结果表明,工作频带为23.10~28.30 GHz的超材料结构对于分段共面波导传输线可实现平均10.10 dB V/m的屏蔽效能,并在23.49~30.96 GHz和32.98~38.00 GHz保持工作带宽. 实测与仿真结果基本一致,所提出的传输线电磁辐射屏蔽方案具有柔性、小型化和低反射的特点,给柔性电子设备的电磁兼容设计提供了新的可能.
6G超大规模天线信道波束域传播特性分析
冯瑞, 王承祥, 郑一, 黄杰
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022174
摘要(23) HTML全文(4) PDF(7)
摘要:
为了探明6G超大规模天线信道在波束域的信道传播特性,重点开展了无线信道测量实验与测量数据分析. 首先,在典型城市场景下,开展了sub-6 GHz频段配置超大规模均匀线阵的视距(light-of-sight, LoS)和非视距(non-LoS, NLoS)信道测量实验;其次,划分若干子阵列,并分别使用高分辨率参数提取算法估计多径幅度、时延和角度;然后,根据不同的子阵列角度分辨率构建虚拟波束,将对应不同虚拟波束角度的多径进行分组及叠加. 通过比较不同子阵列在相同角度对应的虚拟波束系数,发现传统天线域的空间非平稳特性在波束域表现不明显. 通过分析不同虚拟波束的信道系数,可观察到波束域稀疏特性,并且LoS场景的稀疏特性更加明显. 针对不同场景下各虚拟波束的多径数目、功率和均方根时延扩展进行拟合分析,可知分别服从高斯分布、高斯分布、均匀分布. 此外,分析发现LoS场景下虚拟波束间相关性较低,而NLoS场景下虚拟波束间相关性随波束分辨率提高而增大.
60 GHz与300 GHz频段航天器舱内通信信道特性
杨俊, 石磊, 姚博, 刘彦斐
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022146
摘要(17) HTML全文(1) PDF(1)
摘要:
太赫兹(THz)技术有望在航天器舱体轻质化和舱内高容量传输需求方面发挥重要作用. 本文构建了典型航天器舱内毫米波60 GHz与太赫兹300 GHz频段信道三维仿真模型,基于射线追踪法获取了两种典型发射机部署位置下的无线信道特性,提取并分析了路径损耗指数、阴影衰落因子、莱斯K因子、均方根时延扩展和角度扩展等关键信道参数,研究了发射机的部署位置对特定频段舱内信道的影响. 结果表明:相同环境下,频率越高、路径损耗与莱斯K因子越大而时延扩展越小;相同频率下,发射机部署于舱内角落的信道特性优于部署于舱内上壁中央. 本文所研究的无线信道特性将为未来复杂舱内环境下的太赫兹通信系统设计和部署提供启示.
支持未来全频谱接入通信的基站天线研究综述(特邀文章)
何业军, 黄伟, 陈亚玲, 张龙, 李文廷
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022144
摘要(98) HTML全文(26) PDF(40)
摘要:
随着移动通信系统的快速更新迭代,使用的频段也越来越丰富,支持全频谱接入通信成为未来基站天线的发展趋势. 而日趋紧张的站址资源对未来基站天线的小型化水平提出了更高的要求. 文章首先介绍了当前多频段基站天线的研究进展和成果,概括了并排式、交错式、堆叠式和嵌套式四种多频段结构类型,着重分析了异频耦合的产生原理和抑制方法;然后总结出共口径技术和异频解耦技术是未来全频谱基站天线的关键技术;最后阐述了当前共口径技术和异频解耦技术存在的局限性,展望了未来全频谱基站天线的研究方向,包括多种共口径方式组合技术、宽带异频解耦技术和大规模共口径天线阵列解耦技术.
工业互联网信道特性与建模研究综述 (特邀文章)
张建华, 王玉洁, 唐盼, 刘宝玲, 姜涛
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022158
摘要(43) HTML全文(0) PDF(13)
摘要:
工业互联网(Industrial Internet of Things, IIoT)是5G及后5G(beyond 5G, B5G)赋能工业制造的应用实例,也是“工业4.0”时代工业生产从制造走向智造的关键基础. IIoT场景的多样性与复杂性为该场景中通信系统的部署带来了挑战,准确刻画IIoT场景中的无线信道特性是该场景中通信系统设计和优化的前提. 本文首先对IIoT场景特点进行了分析,其次根据现有文献调研总结了IIoT场景的信道特性,接着介绍了第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)标准中IIoT场景的信道特性建模方法,最后对未来IIoT场景的信道研究进行了展望.
一种求解三维抛物方程的迭代方法
吴晓萍, 梁志禧, 黎子豪, 龙云亮
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022009
摘要(125) HTML全文(32) PDF(11)
摘要:
为了高效且高精度地求解三维抛物方程(parabolic equation,PE),提出一种求解三维PE的迭代方法. 该方法采用有限差分(finite difference,FD)近似方法,保留交替方向隐式(alternating direction implicit, ADI)方法的计算模式. 推导了该方法对应的相对误差关系式,在推导过程中考虑计算式分裂项丢失带来的误差影响. 对比现有的求解三维PE的ADI(记为ADI-PE)和克兰克·尼科森(Crank-Nicolson)求解方法(记为CN-PE),该方法能够提高计算精准度,且可通过迭代达到一定计算精度. 该方法保留了ADI的计算高效特性,是一种求解三维PE的高效高精准度的方法.
手臂电磁通道特征研究
王宜颖, 周成贵, 曾昭锋, 范友康, 潘旺华
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022014
摘要(156) HTML全文(46) PDF(20)
摘要:
依据现有研究结果和未来体域网发展趋势研究了手臂电磁通道特征. 将两个同样工作在5.8 GHz、尺寸为4 cm$ \times $4 cm的全织物贴片天线作为收发两端,研究竖直状态下手臂的传输特征;再依据自然行走状态,模拟前摆最大值位置、自然下垂和后摆最大值位置手臂的动态过程. 通过对天线在空气和手臂不同位置上传输特征的对比分析,确定表面波对传输特征的影响,并采用曲线拟合方法获得相对路径损耗预测模型;通过对比手臂三种自然状态的实测结果,建立路径损耗的预测模型. 研究表明,对自然下垂状态下的预测模型进行简单的修正即可较好地预测前摆和后摆时的路径损耗.
带状线组件与射频连接器的键合过渡结构
杜明
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022018
摘要(84) HTML全文(36) PDF(5)
摘要:
提出了一种带状线组件与射频连接器的键合过渡结构,采用地-信号-地(ground signal ground, GSG)键合方式以及板内垂直互连成功实现了带状线与射频连接器的过渡,同时对此过渡结构尤其是射频连接器键合台面的特性阻抗进行了理论研究,并采用类比法给出了其特性阻抗公式. 为了验证研究结论,对此过渡结构的背靠背形式以及射频连接器进行了加工、测试. 测试结果表明,在0.5~40 GHz频带内,该过渡结构具有良好的驻波以及传输特性.
运动调制的间断型长箔条散射特性研究
甘琳, 李健兵, 杨坤龙, 王雪松
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022005
摘要(182) HTML全文(59) PDF(10)
摘要:
随着高分辨、分布式、组网融合的雷达系统的发展,传统箔条面临着干扰效率不足、三维维形困难等问题. 针对发展低维高效的箔条干扰方式的需求,提出了一种由传统箔条串接而成的间断型长箔条,并通过模态分析和数值仿真研究了其在稀薄大气中的运动学特性和散射特性. 该类箔条由考虑了缩短效应的多根传统箔条间隔一定距离依次相连形成,旨在通过约束传统箔条在稀薄大气中的自由扩散,维持雷达距离单元内较高的箔条密度,从而提高干扰效率. 仿真结果表明:在不同指向条件下,单根7.44 m间断型长箔条两分钟内的(radar cross section, RCS)均未出现下降趋势,仅在均值附近上下波动;单根7.44 m间断型长箔条在X波段各频点的平均RCS较同质量的传统箔条均有所提升,10 GHz条件下至少提升了3 dB;100根随机分布的7.44 m间断型长箔条形成的箔条云RCS均值约为−9 dBsm,较相同条件下传统箔条形成的箔条云提升了6~7 dB. 新型间断型长箔条可为典型小RCS目标的高效费比防护提供支撑.
多场景卫星通信信道动态建模与仿真实现
何遵文, 杜川, 张焱, 顾霖昊, 张万成
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022064
摘要(64) HTML全文(38) PDF(7)
摘要:
面向智慧海洋、智慧农业等垂直行业场景的广覆盖无线接入需求,低轨卫星通信因其可靠的连接性、更宽广的覆盖能力以及超大带宽连接的巨大潜力而成为了下一代移动通信技术的重要组成部分. 目前,针对低轨卫星通信的系统性信道建模流程与仿真方法仍相对匮乏,对于低轨卫星信道的高动态特性仍缺乏有效的建模方法,且大多模型仅能支持单场景通信环境. 基于此,本文提出了一种模块化、高动态的多场景卫星通信信道建模机制,并据此设计实现了一套动态卫星信道建模仿真系统. 该系统实现了流程化的建模思路,并引入了基于卫星信道高动态特性的动态参数更新方法. 所设计的卫星通信信道建模与仿真机制能够生成卫星通信的信道大、小尺度参数与信道冲激响应,且对不同场景具有较好的适用性.
面向新一代铁路移动通信的网络规划技术研究
丁珣, 张俊笛, 何丹萍, 费丹, 王文渊
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022173
摘要(13) HTML全文(19) PDF(2)
摘要:
为了解决铁路移动通信网络规划成本高且效率低的问题,满足铁路智能无线网络建设需求,以京沈客运专线为场景,研究2.1 GHz频段下基于高性能射线跟踪的5G-R智能无线网络规划技术. 依托参考信号接收功率(reference signal receiving power, RSRP)高性能射线跟踪仿真得到电磁波在特定环境下传播时的信道特性和路径损耗,进而精准预算无线链路的RSRP和下行传输速率;同时将规划问题建模为多目标优化求解问题,使用遗传算法对基站参数进行分级规划,在RSRP 覆盖达标的前提下,最大化下行传输速率,智能输出基站工参最优解. 仿真结果表明该技术可以满足RSRP覆盖率和最大化下行传输速率的规划目标,为后续实现精准高效的5G-R无线网络规划和优化提供仿真支撑和参考.
智能反射面辅助的5G高铁车站覆盖增强技术研究
单馨漪, 何丹萍, 费丹, 柴天娇, 钟章队, 吴绍华
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022153
摘要(73) HTML全文(7) PDF(6)
摘要:
为助力铁路数字化转型,基于5G的铁路专用移动通信(5G for railway, 5G-R)系统成为铁路智能联接的首选. 本文利用前沿技术赋能铁路新一代移动通信,开展了智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助5G高铁车站覆盖增强的研究. 采用射线跟踪技术,精准刻画了2.1 GHz频段下高铁车站场景的电波传播特性;基于准确的电波传播特性,利用反射面、发射机和接收机三者之间的角度关系,对IRS部署进行了研究,并设计了相应的IRS波束指向;在获得IRS辅助下的信道传递函数后,对部署IRS前后的路径损耗(path loss, PL)和阴影衰落进行了建模和比较. 结果表明:IRS的部署为目标区域带来了最大8.1 dB、平均4.63 dB的信号增益;目标区域的PL指数由未部署时的2.68减小至2.33,阴影衰落标准差由9.45 dB减小至6.43 dB. 因此,部署IRS能够显著提高室外宏站对车站内部的信号覆盖,缓解车站建筑物遮挡对5G信号传输的影响,为车站场景下5G-R系统的设计与优化提供了理论基础和数据支撑.
面向6G的毫米波多频段多天线信道测量系统构建及实测验证
周子皓, 黄杰, 钱肇钧, 徐兰天
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022145
摘要(25) HTML全文(4) PDF(2)
摘要:
毫米波是5G和6G无线通信系统的关键技术. 设计满足6G多频段、多天线、高动态范围需求的信道测量系统是6G无线信道研究面临的首要挑战. 针对这一需求,本文构建了一种毫米波多频段多天线信道测量系统,可以覆盖24.25~28.5 GHz、31.8~33.4 GHz、37~42.5 GHz等毫米波频段,支持最高16×16天线配置. 首先介绍该信道测量系统的架构与性能指标,提出多通道并行校准方案以及测量数据处理算法;其次,基于该信道测量系统开展26 GHz室内外场景的信道测量实验,分析路径损耗、时延扩展以及奇异值扩展等信道统计特性. 通过对实测结果分析,验证了该信道探测器用于毫米波段测量的有效性.
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2022 年 6 期目录
2022, 37(6): 1-2.  
摘要(15) HTML全文(6) PDF(17)
摘要:
“时间调制天线阵列理论与应用技术”专题 金荣洪主编
“时间调制天线阵列理论与应用技术”专题前言
2022, 37(6): 911-911.  
摘要(41) HTML全文(23) PDF(29)
摘要:
“时间调制天线阵列理论与应用技术”专题编委会
2022, 37(6): 912-912.  
摘要(16) HTML全文(8) PDF(14)
摘要:
专题综述
方向回溯天线发展现状 (特邀文章)
史小卫, 秦铭涓, 陈蕾, 邹林
2022, 37(6): 913-924.   doi: 10.12265/j.cjors.2022102
摘要(188) HTML全文(17) PDF(64)
摘要:
与时间反演系统的时间反转原理类似,方向回溯天线基于相位共轭原理实现系统的相位反转,从而完成系统的自动波束聚焦,是一种新型的波束自跟踪天线。本文由方向回溯天线的性能和应用两个方面出发,介绍了近十年方向回溯天线的研究现状,具体包括方向回溯天线的极化特性、频率特性、新结构等性能,以及方向回溯天线在无线功率传输、射频识别、电子对抗等领域的应用,探究了方向回溯天线的发展趋势。
专题论文
2比特时间调制阵列的非理想特性建模研究
黎皓天, 陈益凯, 杨仕文
2022, 37(6): 925-932.   doi: 10.12265/j.cjors.2022056
摘要(120) HTML全文(22) PDF(42)
摘要:
针对时间调制阵列存在的仿真与实际性能偏差问题,提出了一个考虑非理想特性的2比特时间调制阵列模型. 这一模型全面考虑了射频开关的瞬态切换、波束形成网络的幅相不平衡,以及天线的单元互耦、边缘效应、极化纯度等多种非理想特性,能够模拟实际的时间调制脉冲,进而准确分析2比特时间调制阵列的辐射性能. 一款Ku波段的2比特时间调制阵列样机验证了模型的有效性. 仿真和测试结果表明,相比理想模型,提出的非理想模型在计算副瓣电平、交叉极化电平、增益损失等方面都具有更高的准确性. 这一模型为分析实际2比特时间调制阵列的辐射性能提供了一种可靠的技术手段.
2比特移相电路非理想时间调制的谐波特性研究
向磊, 高彦昌, 罗玉川, 朱昱康, 陈靖峰, 金荣洪, 梁仙灵
2022, 37(6): 933-939.   doi: 10.12265/j.cjors.2021321
摘要(293) HTML全文(80) PDF(41)
摘要:
围绕宽带高频高效率时间调制阵列天线,研究了基于2比特移相电路的非理想时间调制的谐波特性. 首先建立梯形波和升余弦波时间调制的数学理论模型,以此分析射频开关调制波形的变化对2比特移相电路输出信号各次谐波分量的能量占比、幅度、相位的影响,再进一步分析2比特移相电路各种状态的幅度和相位偏差对输出信号各次谐波分量的能量占比、幅度、相位的影响. 该研究可为基于2比特移相电路的时间调制阵列提供更为精确的幅度和相位调控技术.
基于人工神经网络的时间调制阵列谐波波束形成
马珑瑗, 黑永强, 李世玉, 冯晨璋, 李文涛
2022, 37(6): 940-947.   doi: 10.12265/j.cjors.2022092
摘要(61) HTML全文(10) PDF(29)
摘要:
针对时间调制阵列(time-modulated array, TMA)提出了一种基于人工神经网络(artificial neural network, ANN)的谐波波束形成技术. 该技术通过一个由编码器和解码器串联组成的ANN实现时序信息的优化,其中,编码器以目标角度的方向图约束值作为输入,通过在线训练输出对应的激励值;而解码器经过预训练可以实时输出辐射方向图. 然后利用训练完成优化后的激励可以获得不同阵元的开关导通持续时间和起始时刻. 8元/16元不同指向TMA谐波波束形成算例仿真结果表明,所提方法可以有效抑制副瓣电平(sidelobe level, SLL),快速精确控制方向图,在目标角度实现高方向性波束形成,同时该方法具有耗时短、鲁棒性好和易调节的特点,有望应用于快速目标搜索和跟踪.
基于1 bit时间调制技术的功率控制方法
夏雨, 刘冬平, 杨柳, 陈靖峰, 梁仙灵, 金荣洪
2022, 37(6): 948-955, 961.   doi: 10.12265/j.cjors.2022098
摘要(91) HTML全文(24) PDF(40)
摘要:
针对传统数控衰减器结构复杂、控制信号路数多的问题,提出了一种基于1 bit时间调制技术的功率控制方法. 通过对1 bit移相器0°和180°两种状态占空比的调节,该方法可以有效实现对输入信号基波功率的动态控制,利用带通滤波器抑制多余谐波后其可具备数控衰减器的功能. 还进一步讨论了调制信号时间精度对不同衰减量和不同调制频率的约束. 仿真和实验结果验证了所提功率控制方法的有效性. 相比于传统数字控制衰减器级联网络和多路控制信号的结构,本文方法只需一个调制模块和两路控制信号即可实现多种衰减状态可调的功能,因此具备结构简单的优势.
方向回溯阵列的波束指向分析
陈伟, 陈蕾, 邹林, 史小卫, 李桂红, 洪玮
2022, 37(6): 956-961.   doi: 10.12265/j.cjors.2022101
摘要(73) HTML全文(8) PDF(29)
摘要:
以时间反演和相位共轭原理为理论基础讨论了方向回溯阵列的波束指向特性. 分别研究了线阵、平面阵和共形阵列在不同角度入射信号下的回溯信号波束指向,得到了幅度误差和角度误差随入射角的变化关系曲线,研究结果表明:对线阵、平面阵和共形阵列,随着入射角度的增大,阵列的波束指向角度误差和幅度误差都会增加. 最后在理论分析的基础上设计了一种球面共形阵,考虑了载体曲面对波束指向的影响,对其在空间内的波束指向进行了仿真验证,得到在16元球面共形阵入射俯仰角小于45°时,可以实现波束指向误差小于5°. 通过上述研究,进一步完善了方向回溯阵列波束指向误差理论,为方向回溯阵列设计提供了依据.
基于单边带时间调制的CMOS有源移相器设计
程国枭, 吴文, 张金栋, 陈峤羽
2022, 37(6): 962-968.   doi: 10.12265/j.cjors.2022071
摘要(235) HTML全文(15) PDF(30)
摘要:
为满足低成本相控阵对高精度波束扫描的需求,提出了一种基于单边带时间调制(single-sideband time-modulation, STM)的CMOS有源移相器. 基于Global Foundries 0.13 μm CMOS工艺,设计了双相调制单元用于I路和Q路的0°/180°移相,以抑制时间调制所产生的基频和偶次边带;设计了矢量合成与复用放大单元,在不增加功耗的前提下提高了整个电路增益;设计了偏置与时序控制单元,通过对I路和Q路增益的时序控制,实现了STM. 仿真结果表明:本设计在1.8 V电源电压下的功耗为15.8 mW,在3-dB带宽(13.2~20.7 GHz)内的增益为−3±1.5 dB;在10~25 GHz频段内,实现了小于0.1°的移相偏差均方根(root mean square,RMS)和小于0.02 dB的增益偏差RMS,相位分辨率达10 bit以上;最大无用边带(−7次边带)的功率抑制比为16.7 dBc. 该有源移相器具有低成本、低功耗、低相位偏差、低幅度偏差和低插入损耗等性能,为时间调制阵列提供了一种新颖的单元结构.
基于2比特结构的时间调制模块小型化设计
李子恒, 高彦昌, 陈靖峰, 贺冲, 梁仙灵, 金荣洪
2022, 37(6): 969-976.   doi: 10.12265/j.cjors.2021316
摘要(174) HTML全文(83) PDF(59)
摘要:
针对时间调制阵列中调制模块的小型化问题,采用多层板结构,将模块中开关的谐振单元和偏置电路以及射频信号电路放置在不同层,并通过类同轴耦合线和缺陷地等不同的技术措施结合,解决了不同射频通道之间的幅相不平衡以及谐振等问题,在实现小型化的同时兼顾了电性能. 据此设计了2比特结构的时间调制模块,该模块工作频段为14.2~16.4 GHz,尺寸为1.2λ×0.96λ@15.3 GHz,相邻状态相移为90°±5°,幅度差为±0.5 dB. 在载波频率为15.3 GHz、调制频率为1 MHz时可达到34 dB谐波抑制,最大信号带宽则可达200 MHz,验证了本文设计方法的有效性.
基于阶梯波形的高效时间调制多波束天线
陈峤羽, 张金栋, 罗登月, 吴文
2022, 37(6): 977-983.   doi: 10.12265/j.cjors.2022093
摘要(90) HTML全文(24) PDF(19)
摘要:
时间调制阵列(time-modulated array, TMA)可产生不同指向的边带多波束,但存在效率低、波束幅度一致性差等缺陷. 本文基于阶梯波形提出了一种低成本高效率的时间调制边带多波束实现方法. 首先根据任意多波束空间覆盖需求得到TMA的频谱和时域波形,然后基于数控衰减器和0/π移相器的硬件特性实现对理论调制波形的拟合,最终通过阶梯波形优化抑制无用边带功率和边带波动,实现稳定高效的多波束扫描. 以8单元TMA为例实现基频、±1、±2次边带对应的5边带,通过调整数控衰减器的衰减步进值寻求调制波形最优解,最终仿真结果显示边带电平抑制在−31.20 dB,工作边带功率波动仅为0.68 dB. 该多波束时间调制天线具有成本低、效率高、波束幅度一致性好、无用边带抑制度高等优点,提升了时间调制技术在多波束天线领域的应用价值.
基于类单边带时间调制阵列宽带通信的优化方法
刘冬平, 杨柳, 夏雨, 陈靖峰, 金荣洪
2022, 37(6): 984-991.   doi: 10.12265/j.cjors.2022095
摘要(40) HTML全文(10) PDF(19)
摘要:
提出了一种基于类单边带时间调制阵列的宽带通信方法:通过优化调制时序,大幅度降低主波束范围内的多阶谐波信号的边带电平,从而有效降低谐波引入的带内混叠干扰,提高可用带宽. 进一步地,以实际器件最短切换时长为基准,优化单位周期内调制时序最小占空比长度,提高系统实际可传输带宽. 仿真和实验结果验证了该方法在宽带通信中的有效性,时间调制技术在宽带系统中的应用范围得以扩展.
低复杂度时空调制超表面设计方法与应用
房欣宇, 朱泳庚, 赖梓扬, 李猛猛
2022, 37(6): 992-999.   doi: 10.12265/j.cjors.2022091
摘要(86) HTML全文(19) PDF(32)
摘要:
为利用超表面实现空频域电磁波的高效调控,提出了一种基于解析优化的时空调制超表面设计方法. 根据调控需求引入理想时变散射系数;采用矩形脉冲离散时变散射系数,并根据所需电磁响应设计超表面单元结构;进行傅里叶展开,对每个脉冲的状态、起始时刻、脉冲宽度等进行解析优化,保留目标阶谐波,消去其他阶谐波. 解析和仿真结果具有较好的一致性,表明了设计方法的可行性与准确性. 该设计方法深入地研究了时空调制对空频域电磁波的调控机理,为时空调制超表面在雷达、通信等领域的应用提供了新的设计思路.
基于全相位FFT的稳健型时间调制阵列测向
曹岸杰, 范迎春, 王瀚霆, 杜一凡, 杨勇, 游月辉
2022, 37(6): 1000-1006.   doi: 10.12265/j.cjors.2022100
摘要(47) HTML全文(5) PDF(17)
摘要:
基于谐波特征分析的时间调制阵列测向方法的正确性与精度严重依赖接收谐波的估计精度. 传统的离散傅里叶变换(discrete Fourier transform, DFT)或快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)在估计谐波的幅相时,由于信号频率通常偏离采样频率的整数倍,会形成栅栏效应,从而引起基于谐波特征分析的时间调制阵列测向的精度降低甚至失效. 针对该问题,本文将全相位FFT引入二单元时间调制阵列接收谐波的分析中,通过提升谐波幅相估计的鲁棒性来提升时间调制阵列测向方法的稳健性. 仿真结果表明,当信号的载频为频谱分辨率的任意小数倍时,提出的全相位FFT时间调制阵列测向方法均能正确测向,且随着信噪比的增加,测向均方根误差收敛至0. 本文工作提升了基于谐波特征分析的单通道时间调制阵列测向方法的稳定性。
论文
青藏高原东北部双极性窄脉冲放电物理参数模型反演
王彦辉, 刘亚栎, 金旺, 闵应昌, 刘银萍, 赵果
2022, 37(6): 1007-1018.   doi: 10.12265/j.cjors.2021283
摘要(150) HTML全文(19) PDF(18)
摘要:
利用青藏高原东北部青海地区三维定位数据和双极性窄脉冲电场波形同步数据,基于三种模型和粒子群优化算法,拟合并反演了双极性窄脉冲放电通道中电流峰值、通道尺度等特征参数,统计分析了不同传输线模型拟合得到的双极性窄脉冲的物理参数. 结果表明:在基于流光-先导的准静电场传统空气热击穿机制的TL模型和MTLK模型中,相比TL模型,MTLK模型考虑了电流传输过程中能量的损耗,更符合实际;而基于准静电场相对逃逸雪崩击穿机制的MTLEI模型,相比较另两种传输线模型,表现为更窄放电通道内存在长时间随着高度呈指数递增的电流强度. 三种传输线模型反演得到的电偶极矩范围为100~800 C·m,而更高处发生的双极性窄脉冲事件(narrow bipolar event, NBE)通常具有更大电偶极矩.
基于迭代多尺度深度网络的非线性逆散射成像方法
周辉林, 黄鑫, 王玉皞
2022, 37(6): 1019-1024, 1094.   doi: 10.12265/j.cjors.2021291
摘要(234) HTML全文(57) PDF(32)
摘要:
传统的迭代多尺度方法(iterative multiscaling approach, IMA)在求解非线性电磁场逆散射问题时,可以自适应提高成像空间的分辨率,缓解逆问题的病态性,但容易陷入局部极小值且无法做到实时重构。文中提出了一种迭代多尺度深度网络,该网络结合传统IMA和深度网络的优势,将IMA展开成深度网络模型(命名为IMA-Net). 该方法迭代地执行一种感兴趣区域(regions of interest, ROI)提取算法,在不同尺度的ROI内构建目标函数,并将目标函数分解成若干个优化子问题,子问题的迭代更新过程映射到深度网络结构中,交替更新相关分量,求解出目标函数的最优值. 实验结果验证了该方法的有效性和优越性,为目标实时重构提供了一个有效方案.
改进的近地谐波探测传播模型
李远哲, 胡卫东, 范红旗, 杜小勇
2022, 37(6): 1025-1031.   doi: 10.12265/j.cjors.2021282
摘要(253) HTML全文(80) PDF(38)
摘要:
对工作于近地条件的谐波探测系统,自由空间假设下导出的谐波雷达方程已经不足以预测和解释观测过程中的诸多现象,故本文基于目标特性和环境因素研究了这类系统的修正传播模型。一是引入目标谐波特性修正,使得接收谐波随距离的衰减率更加符合实际测量;二是引入基波和谐波的多径效应分析,使得模型具备预测和解释近地观测的接收功率振荡现象。此外进行仿真分析并搭设了测量系统,设计了室内近程和室外长程的实测实验,验证了传播模型所预测的探测盲区现象,并提出了对其加以缓解和利用的思路构想,对近地谐波探测系统设计和性能评估具有积极意义.
基于射线追踪的TID期间电离层高阶效应及多普勒效应仿真
王康宁, 付海洋
2022, 37(6): 1032-1038.   doi: 10.12265/j.cjors.2022008
摘要(129) HTML全文(50) PDF(20)
摘要:
电离层行进式扰动(traveling ionospheric disturbance, TID)是一种常见的电离层扰动形式,对电磁波(如卫星导航)信号的传播过程有着重要影响. 为研究TID对卫星导航信号传播效应,本文基于三维射线追踪方法对导航信号在空间电离层磁等离子体的传播进行仿真,重点研究TID情况下电离层二阶效应和多普勒效应. 首先,通过在NeQuick电离层模型上添加电离层扰动建立TID仿真生成模型,该模型能够模拟多种尺度的TID结构;其次,基于我国南北方两个虚拟站点,仿真模拟得到导航信号在TID发生时的传播特性;然后,计算得到不同仰角和方位角时卫星导航信号的电离层二阶效应和多普勒效应等参数;最后,分析TID参数对电离层二阶效应和多普勒效应的影响. 仿真结果表明,在本文仿真参数下电离层二阶和多普勒效应在低射线仰角情况下更明显,TID多普勒效应和TID周期相关性明显.
等离子体中的涡旋电磁波传播研究
郑翰, 刘默然, 周晨
2022, 37(6): 1039-1048.   doi: 10.12265/j.cjors.2021310
摘要(199) HTML全文(143) PDF(40)
摘要:
目前对涡旋电磁波的产生方法及应用已经有很多理论及实验上的研究,但对于其传播过程的研究还非常缺乏,尤其是在电离层等离子体中的传播过程的研究. 本文建立了柱坐标系下的时域有限差分方法模型,推导了柱坐标系下的边界吸收方法,在此基础上计算了涡旋电磁波在真空及等离子体中的传播过程,同时模拟了等离子体密度在涡旋电磁波作用下的时空演化过程. 模拟结果表明:通过阵列天线模型产生的涡旋电磁波在真空中传播时涡旋的形状不会改变;在等离子体介质中,涡旋波的传播依然遵循线性理论,当涡旋电磁波遇到截止频率的等离子体时也会有明显的反射,并产生驻波;同时,在等离子体中涡旋波依然可以保持涡旋形态;涡旋波对等离子体的线性作用使得等离子体也呈现出涡旋态,与实验中的观测相符. 以上的模拟结果能为涡旋电磁波加热电离层的实验以及未来在短波通信方面的应用提供理论支持. 本文建立的涡旋波在等离子体中的传播模型也为进一步研究涡旋波与等离子体的非线性相互作用打下了基础.
多普勒效应对雷电源辐射定位的影响关系研究
刘琳, 王彩霞, 田杨萌, 崔丽兰, 张潇艺, 杨辉
2022, 37(6): 1049-1056.   doi: 10.12265/j.cjors.2021292
摘要(57) HTML全文(10) PDF(13)
摘要:
定位过程中考虑雷电辐射源运动所产生的多普勒效应这一因素,有助于提高定位结果的准确程度. 基于电磁波多普勒效应和阵列信号的波束形成算法,本文建立了多普勒效应对接收信号和雷电辐射源定位的数学模型,研究了雷电源的运动速度、运动方向对定位结果的影响,总结了多普勒效应对定位结果产生影响的变化关系. 仿真结果表明:当雷电发展速度增加时,接收频率误差随之增加,尤其雷电源运动速度在107~108 m/s(箭式先导和回击阶段)产生的频率误差值呈现激增的趋势, 其相对误差在20%左右,雷电源辐射定位的准确度也急剧下降;雷电源运动方向与来波方向夹角α在180°~360°时接收频率误差的变化为先减小后增大,雷电源辐射定位的准确度有不同程度的下降. 该研究可为雷电精细化研究提供依据.
基于双向抛物方程模型的雷达低角跟踪误差分析
曹熙, 冯菊, 余洪鑫, 吕德程
2022, 37(6): 1057-1064.   doi: 10.12265/j.cjors.2021304
摘要(95) HTML全文(25) PDF(14)
摘要:
针对雷达跟踪低空目标受地理环境影响的仰角估计误差问题,提出了一种基于双向抛物方程(two-way parabolic equation, 2WPE)模型的低角跟踪误差分析方法。采用2WPE建立综合考虑复杂地理条件和雷达参数影响的多径效应模型,分析电波与环境的相互作用机理,计算获得环境传播因子,将其引入传统测角模型,使之具备复杂地理环境下的确定性仿真分析能力。仿真计算了平滑海面、起伏地形等典型环境下的低角跟踪误差,结果表明:雷达发射波束宽度、雷达信号频率及雷达站周围的地理环境都对仰角估计误差有着较大影响。本文提出的方法原理简单、易于实现,在雷达低角跟踪及其抗多径干扰领域具有广阔的应用前景。
基于能量检测与Sevcik分形维数的协作频谱感知算法
彭艺, 朱桢以, 魏翔, 谢钊萍
2022, 37(6): 1065-1072.   doi: 10.12265/j.cjors.2021313
摘要(167) HTML全文(40) PDF(16)
摘要:
在认知无线网络中,针对单节点频谱感知易受到噪声不确定性的影响和传统的能量检测法在高噪声功率场景中检测性能较差等问题,根据Sevcik分形维数(Sevcik fractal dimension, SFD)对噪声不敏感、能够区分信号与噪声波形的特点,提出一种将自适应门限的能量检测法与SFD相结合的协作频谱感知方法. 通过能量检测法对接收信号进行检测判决,然后由SFD对判定为主用户不存在的信号进行复检,并将所有检测结果进行K秩融合,根据融合结果得出最终判决. 仿真结果表明,本文提出的频谱感知方法对噪声不敏感,在低信噪比下的检测性能得到显著提高.
Ka频段宽带圆极化微带天线
李小刚, 金荣洪, 梁仙灵, 金泽阳, 李建平, 贺冲, 陈靖峰
2022, 37(6): 1073-1079.   doi: 10.12265/j.cjors.2021312
摘要(310) HTML全文(121) PDF(88)
摘要:
面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,设计了一种Ka频段宽带圆极化微带天线. 天线单元主要由圆形辐射贴片和缝隙耦合馈电结构组成,通过两个类T形缝隙结合实现宽带圆极化. 天线仅有三层金属层,结构简单. 仿真结果显示,天线单元的相对阻抗带宽为31.5%(25.1~34.5 GHz),相对3 dB轴比带宽为20.3%(26.5~32.5 GHz). 由于单元尺寸较小,不便于对其性能进行验证,因此利用该天线单元组成2×2天线阵列,并进行加工测试. 仿真与试验结果表明,天线阵列阻抗带宽以及3 dB轴比带宽可以覆盖25.6~33.1 GHz频率范围,实测结果与仿真结果一致性良好.
黄海海域低空大气波导发生概率和特征量统计分析
黄立峰, 刘成国, 姜明波, 周育锋, 张利军
2022, 37(6): 1080-1088.   doi: 10.12265/j.cjors.2021311
摘要(126) HTML全文(38) PDF(11)
摘要:
基于2010―2018年全球电信系统(Global Telecommunication System,GTS)发布的探空站数据,对黄海海域周边8个站的低空大气波导发生概率和参数特征量进行了统计分析. 结果显示:黄海海域周边低空大气波导年发生概率为20%~50%,并呈现海域东部站点高于西部的规律;表面波导顶高和强度分别为100 m和10 M单位左右,截止频率不超过1 500 MHz,穿透角大于0.2°;悬空波导顶高、层底高和底高基本位于1 000~2 000 m,强度在10 M单位左右,截止频率不超过300 MHz,穿透角大于0.2°;各站点低空大气波导月份发生概率均在冬季最低,海域东部的光州和京畿道站月份发生概率分布比较相似,海域西北部的丹东、大连和成山头站月份发生概率分布比较一致;整个黄海海域的月份发生概率在冬季最低,不超过20%,春季逐渐提高,夏季达到40%以上,10月份开始降低,下降趋势持续到冬季,月份发生概率变化与该海域气象变化密切相关. 统计结果可以为该海域内雷达、通信等无线电系统的设计和运行保障提供参考.
耦合激励系数及对称振子阵列天线的有源方向图研究
于绪景, 冯耀, 李建瀛, 周世钢
2022, 37(6): 1089-1094.   doi: 10.12265/j.cjors.2021265
摘要(40) HTML全文(6) PDF(15)
摘要:
为了深入探讨相控阵天线单元间的耦合对阵中单元方向图的影响,以阵列天线单元S参数为基础,给出了阵列天线单元的耦合激励系数计算公式,利用阵列天线单元间的耦合激励系数分析计算阵中单元的有源辐射方向图. 同时利用矩量法分析由偶极子单元组成的阵列,并把阵列中每个单元的感应电流幅度和相位与耦合激励系数的幅度和相位进行比较,二者数据基本一致. 矩量法计算的单元有源方向图与本文提出方法的计算结果吻合良好,验证了本文给出的阵列耦合激励系数及阵列天线阵中单元有源方向图计算方法的可靠性.
2022 年总目录
2022, (6): 1094-1094.  
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摘要:

1986年创刊,双月刊

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国电子学会

主       编:董庆生

标准刊号:
ISSN 1005-0388
CN 41-1185/TN

国内邮发代号:36-260

国外发行代号:BM1942

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