通过在 300 μm厚度的 GaAs衬底条件下, 利用共面波导传输线实现了基波混频集成电路设计。利用半导体分析仪测试 I-U和 C-U曲线, 并成功提取了相应的肖特基二极管模型。结合建立的肖特基二极管模型, 代入 Lange耦合器、中频结构和匹配网络等实现了 140 GHz零中频基波混频片上电路, 并加入了地-信号-地 (GSG)测试封装。最终仿真结果表明: 在固定中频 1 GHz的条件下, 变频损耗最优为 -7 dB, 3 dB带宽大于 40 GHz。

为解决现有多晶金刚石用于太赫兹 (THz)真空电子器件输能窗存在慢性漏气风险的技术难题, 介绍了一种高断裂强度、良好真空密封性能、低微波损耗的新型超薄复合多层金刚石膜的研制方法。该复合超薄金刚石膜采用微波等离子体化学气相沉积 (MPCVD)技术, 通过合理的结构设计和优化工艺, 实现微米晶金刚石 (MCD)和超纳米晶金刚石 (UNCD)交替沉积的三明治结构。测量 100 μm厚不同结构的复合膜断裂强度, 是同样厚度的 MCD的 2~3倍。将研制的复合多层金刚石膜用于 180 GHz和 220 GHz太赫兹行波管输能窗, 通过气密性检测, 漏率 ≤1×10-10 Pa.m3/s。窗的冷测结果显示, 180 GHz窗的 S11≤-15 dB(10 GHz带宽), 220 GHz窗的 S11≤-10 dB(20 GHz带宽), 均具有良好的射频 (RF)性能, 满足使用要求。为太赫兹行波管输能窗的研制提供了一种成本低、可靠性高的超薄金刚石膜的技术途径。

为了缓解微波频段频谱资源的日益紧张, 对太赫兹频段进行探索, 介绍了一款基于 GaAs肖特基二极管的 330 GHz次谐波混频器。设计采用了整体综合设计的方法, 进行高频结构模拟器(HFSS)与先进设计系统 (ADS)联合仿真。优化过程中, 电路不连续性通过 HFSS仿真结果表征, 电路传输特性和二极管非线性特性由 ADS仿真结果表征, 通过优化传输线参数, 实现优化电路的目的。此方法增大了仿真优化空间, 降低了设计难度。仿真结果显示, 在 300~350 GHz频段内, 混频器的变频损耗小于 8 dB。

制备了响应在太赫兹波段的台面型砷化镓 (GaAs)基阻挡杂质带 (BIB)探测器, 并进行了背景电流的测试分析。采用金属有机化学气相沉积 (MOCVD)工艺进行外延层生长, 能更有效地控制吸收层的掺杂浓度, 提高阻挡层的纯度。另外, 搭建了 GaAs基 BIB探测器的低温测试系统, 在3.4 K测试温度下, 对器件施加 -5~5 V偏压, 测得 300 K背景响应电流在 10-2~10-6 A量级。在低电流区, 电流随偏压增加的速率相对较快; 在高电流区, 电流随偏压增加的速率变得相对平缓。且对于相同偏压绝对值, 正偏压工作模式下的背景响应电流比负偏压工作模式下的背景电流高。基于测试结果, 重点分析了 GaAs基 BIB探测器的光电输运机理。

提出了一种由表层矩形金属周期图案、聚酰亚胺薄膜基底和金属反射面组成的新型反射型极化变换器。为了降低极化变换器对基底厚度的敏感度, 增大工作带宽, 该设计采用将传统反射型极化变换器表层金属线栅开口截断和增大金属线栅宽度的方法, 引进了表层金属图案对两正交极化方向电磁场的等效电容电感效应, 进行相位调制。仿真结果表明中心频率为 500 GHz时, 工作带宽可达到 140 GHz, 插入损耗小于0.5 dB, 并且在一定基底厚度条件下误差在一定范围内, 整体性能几乎无变化。仿真表明该极化变换器有效增大了工作带宽, 并降低了对基底厚度敏感度。提出了薄膜光刻工艺来对设计的极化变换器进行加工制作。

为了对低频超宽带合成孔径雷达 (SAR)实施有效的图像欺骗干扰, 提出基于卷积技术的欺骗干扰方法。基于 SAR目标回波特性, 推导了干扰调制函数解析式。在产生干扰信号时, 需要对解析式进行近似处理, 针对低频超宽带 SAR二维强耦合特性以及超宽带 SAR成像处理算法, 将干扰调制函数精确到三次相位项, 并对各级系数进行分析和简化处理。最后通过仿真实例验证了对干扰产生函数改进的必要性及干扰的有效性。理论分析和仿真结果均表明, 改进后的干扰方法可以对超宽带 SAR实施有效的图像欺骗干扰。

随着通信技术与通信方式的快速发展, 通信信号调制方式与通信系统越来越复杂。复杂通信信号连续相位频移键控 (CPFSK)由于其频谱利用率高, 大量用于卫星通信等领域。针对复杂信号 CPFSK的参数估计问题, 提出一种基于李雅普诺夫指数的 CPFSK信号调制指数估计方法。通过 CPFSK信号李雅普诺夫指数与调制指数的数学关系模型, 提取李雅普诺夫指数估计信号调制指数。仿真验证了算法性能, 得到 CPFSK调制指数估计均方根误差随信噪比的变化曲线。此方法计算复杂度低且实现简单, 适用于 CPFSK信号与常规频移键控 (FSK)信号的调制指数估计。

针对单通道合成孔径雷达无法检测慢速地面运动目标( GMTI)的问题, 提出了一种基于距离走动效应对运动目标检测的新算法。首先对运动目标的回波频谱进行详细分解, 提取了运动目标在距离压缩后距离走动曲线与地面静止目标的区别。基于此区别, 通过对距离压缩后图像附加一对符号相反的距离走动相位, 并在图像域对附加相位后的图像进行对消, 可实现图像域地杂波的对消, 以及运动目标的检测。通过设计仿真试验, 验证了该算法可在图像域对静止回波进行有效抑制, 从而检测出混叠在地杂波中的慢速运动目标。

双点源干扰是一种针对单脉冲雷达的有效角度欺骗干扰技术。现有文献均在单次回波情况下分析双点源相干及非相干情况下的干扰效果。而实际情况下, 雷达在进行数据处理时, 会进行脉冲积累处理, 此时双点源干扰两点源信号间的相位会受到脉冲积累的影响, 进而影响干扰效果。通过仿真分析, 得出了脉冲积累处理下, 单脉冲雷达受双点源干扰欺骗的角度不再稳定, 而是在一定范围内波动的结论。

设计了一种适用于 3G和 4G通信网络的 G形天线, 可用于单兵作战装备或手机内部, 工作频段覆盖 GSM,3GTDD和 IEEE802.11a, 分别工作在 1.805~1.820 GHz,1.880~1.900 GHz和5.725~5.850 GHz频率范围。这种设计满足了 3G和 4G中单兵作战和手机等多频段通信的需要, 具有质量轻、体积小、剖面低和制造简单等特点。

为了最小化参数估计的均方误差, 提出了基于 D-optimality准则(DOBC)的多输入多输出雷达天线几何设计方法。严格推导了天线几何在 DOBC准则下需要满足的约束条件; 进行了敏感性分析, DOBC准则下的天线几何只与目标方位角之差有关, 而与具体的方位角值无关; 并推导了远场条件下参数估计的克拉美罗界 (CRLB), DOBC准则可以看成一种修正的 CRLB, 其为最大似然估计算法提供了更严格的下界约束。仿真结果表明, 与最小冗余阵列、均匀阵列相比, DOBC准则下的天线几何具有更优越的参数估计性能, 且其不受阵列孔径的约束, 可以通过扩大孔径, 进一步提高分辨力。但随着孔径的提高, 方向图的伪峰值会升高, 在低信噪比条件下, 会造成很大的参数估计误差, 因此需要根据实际应用需求, 选择合适的孔径大小。

信息熵是一种测量信号信息内容的重要手段, 能够反映信号的信息量。针对脉冲压缩雷达数字射频存储( DRFM)干扰的检测问题, 利用目标回波和干扰回波的分布差异, 提出了基于信息论的脉冲压缩雷达 DRFM干扰检测方法。以回波信息熵为检测统计量, 设计二元干扰检测器, 实现对脉冲压缩雷达 DRFM干扰的检测。仿真实验验证了该方法的可行性和有效性, 在 RSN>0 dB时对相位编码和线性调频等脉压波形的切片重构干扰的检测概率 >90%。

给出了一种基于现场可更换组件 (LRM)结构的 4通道宽带波形产生板卡设计。板卡上集成了一款高性能的现场可编程逻辑阵列 (FPGA)以及 4片高速数模转换器 (DAC)芯片。DAC和 FPGA之间为高速低电压差分信号 (LVDS)接口, 板卡输入输出接口选用标准二代 LRM连接器。 DAC采样率为 4 Gsps, 在 2.4 GHz中频(IF)上瞬时带宽达到了 1.2 GHz, 信噪比 (SNR)优于 50 dB。该设计可广泛应用于电子战和宽带雷达系统中。

无人机载合成孔径雷达 (SAR)具有机动灵活、战场生存能力较强的特点, 它依靠 SAR先进的雷达成像技术与无人机全天候、全天时侦察能力, 是未来战争中监视与侦察的重要手段。由于SAR任务受无人机航线规划与飞行姿态的影响, 各任务之间又存在差异性, 调度易受制约而造成效率低下。任务电子系统的目的就在于为无人机载 SAR的任务调度提供科学的决策依据。介绍了无人机载SAR任务电子系统的架构及任务调度方法, 建立了任务调度的线性规划约束条件, 通过飞行试验验证了系统的合理性与有效性。

在多模复合制导模式下, 被动雷达导引头(PRS)可采用共形天线阵列接收入射信号。共形天线通常为线极化天线, 将其摆放在弹体的一周, 天线阵列的接收信号将出现极化分集问题。针对该问题, 建立了在极化分集条件下共形天线阵列接收信号的数学模型, 理论推导极化分集对干涉仪方法测向性能的影响, 以及分析干涉仪方法能够正确测向的前提条件, 通过计算机仿真实验验证了研究结论的有效性。该文给出了解决共形天线阵列极化分集问题的研究思路。

基于雷达辐射源的非合作侦察定位系统因具有良好的 “四抗”能力, 而成为电子战领域的研究热点; 但是非合作辐射源的时空频特征未知, 又给非合作侦察定位系统带来一系列亟需解决的技术问题。为此, 应用非合作侦察定位技术原理, 对辐射源侦察引导、系统时标提取、弱信号处理等关键技术进行了研究, 并在此基础上完成了工程样机的设计。最后, 通过外场试验的测试充分验证了非合作侦察定位技术在工程上的可实现性。

针对现有蒸发波导条件下无线电系统性能研究过程中, 忽略了蒸发波导水平非均匀特性影响, 探讨了水平非均匀蒸发波导条件下的非互易性。利用马尔科夫过程模拟蒸发波导水平非均匀特性, 结合抛物方程法计算电波传输损耗, 仿真分析了雷达电磁参数对非互易性的影响。仿真结果表明: 蒸发波导环境下电波传播的非互易性在波导水平非均匀时无法忽略, 天线高度和电波频率对非互易性的影响较大。天线高度越高, 电波频率越大, 则非互易性越强。

介绍大型紧缩场静区测试方法及实测结果, 并根据静区实测结果进行波谱分析, 给出平面波谱分析结果。利用波谱分析结果, 对 Ku反射面天线紧缩场测试结果进行了测试精确度再提升的数据处理, 展示了紧缩场新的测试技术。本项目研究工作是与国家计量院联合进行的天线计量技术研究工作的一部分 —紧缩场测试部分, 也对天线及天线测试场性能的计量测试进行了成功的探索, 为天线计量技术的发展奠定了基础。

基于传统的倒 F型天线, 设计了一种 M构型的新型小型化星载自动识别系统( AIS)天线。该天线具有尺寸小、质量轻、便于星体安装等优点, 天线外形尺寸仅为 324 mm×60 mm×263.2 mm。采用 CST MICROWAVE STUDIO电磁软件进行仿真设计, 在球面近场进行实物单机测试和辐射模型星(Radiating Mockup, RM)测试。天线的仿真和实测结果一致性好, 且天线方向图覆盖区域能够满足卫星 AIS系统的应用需求, 目前已在多颗小卫星上得到成功应用。

激励信号类型与周期选取是影响瞬变电磁法 (TEM)系统检测能力的重要因素。利用时域有限元积分方法对不同激励信号进行仿真, 通过发射线圈磁场分布特性与同等深度处磁聚焦效果的对比、分析, 确定激励信号类型; 根据探测深度与灵敏度依赖于激励信号周期的特性, 确定激励信号的最小周期。以此周期为下限, 在不同周期下进行仿真, 得到接收线圈回波信号变化图与同等深度处的磁通量变化曲线图, 对比分析, 最终确定周期为 500 ms的矩形脉冲作为激励信号较为合适, 更有利于磁场能量聚焦与传播的深度。最后对不同厚度的钢板进行仿真, 分析回波信号与钢板厚度的关系, 为实际瞬变电磁探测系统设计提供理论依据。

战场电磁环境是战场中的一个重要因素, 其复杂度对作战指挥人员的作战决策和作战运用具有重要的参考意义。本文以战场电磁环境复杂度在作战指挥中的应用为研究背景, 在分析作战指挥对战场电磁环境复杂度的作战需求的基础上, 研究建立了适合不同作战指挥层次应用的分层分类的战场电磁环境复杂度的评估方法, 并给出了电磁环境复杂度评估指标和相应的表征方法。

提出一种由不同厚度和不同面积的多层介质板叠加制作多层介质覆盖层, 代替传统单层介质覆盖层, 提高Fabry-Perot(F–P)谐振腔天线增益和口径效率的设计方法。以工作频点 5.8 GHz的F–P谐振腔天线设计为例, 采用微带贴片天线作为馈源, 由多层厚度分别为 1 mm,1 mm和1.5 mm, 直径分别为 160 mm,130 mm和120 mm, 相对介电常数为 16的聚四氟乙烯介质板叠加制作该天线覆盖层。天线样品的测试结果与设计仿真结果吻合良好。与传统单层介质覆盖层相比, 该多层介质覆盖层将工作频率 5.8 GHz处天线增益由 18.2 dBi提高到19.1 dBi, 相应口径效率由 70.02%增加到86.14%, 天线 |S11|<-10 dB阻抗带宽和 3 dB增益带宽略有提高, 分别达到 8.19%和11.90%。

为了获得具有高增益特性的天线, 对传统透镜天线工作原理进行了分析。因为透镜天线板间电场模式与波导中电场模式类似, 以此为依据通过改变金属透镜的金属平板间距和板脊高度, 设计了一种新型金属透镜天线, 迥异于传统金属透镜天线的凹形曲面结构。该天线金属透镜由多片长方形侧面加脊金属板组成, 能够很好地调节口径面的相位分布, 以此实现口径面同相分布, 从而获得高增益性能。

根据高分辨力合成孔径雷达 (SAR)图像中建筑物的特性, 提出了一种基于多尺度信息融合的建筑物提取方法。以非下采样轮廓波变换 (NSCT)为多尺度分析框架, 通过融合基于 NSCT低频子带的多尺度区域分析结果提取潜在建筑物区域; 同时, 融合基于 NSCT高频信息的边缘检测结果与均值比算子结果提取边缘结构信息; 在此基础上, 结合区域与边缘结构信息对虚警进行滤除, 对漏检建筑物进行补充, 完成建筑物提取。实验结果显示: 该方法优于基于多特征融合的建筑物检测算法, 在实验所用图像上的平均查全率达到 94%, 表明文中方法的有效性。

为有效截取直达声分量以分析真实的水下爆炸声源特性, 提出一种利用局部相关峰进行直达信号辨识的标记算法, 并建立起算法结果的评价函数, 然后结合浅水区水下爆炸实验, 对比射线理论计算所得直达声分量的数目, 初步验证了算法合理性, 最后对所捕获的最优直达声片段(宽度约 1.8 ms)进行希尔伯特-黄变换 (HHT), 分析频谱特性。结果表明: 直达声压级时间序列具有良好的自相关性, 且在近程条件下, 其相对排列特征能近似保持稳定; 该算法可以获得较高的局部相关峰, 使得直达声片段能够被清晰地标记出来, 尤其是在超近程条件下, 相关峰可达 0.9以上; 爆炸声源的主频带稳定在 0~10 kHz, 且峰值频率约 1 kHz, 但是当传播距离较远时, 其形状会明显受到声速剖面影响。

现有单快拍条件下子空间类时延估计算法由于降低有效带宽导致估计精确度下降, 多快拍条件下压缩感知类算法由于多次采样具有相似稀疏结构也导致了性能下降。针对以上条件下2种算法鲁棒性不强的问题, 提出一种在单快拍与多快拍条件下均具有较高精确度的基于压缩感知子空间的时延估计算法。该算法首先判定快拍数与多径数的关系, 在快拍数大于等于多径数时通过求解谱峰的目标函数得到时延估计, 在快拍数小于多径数时先重构得到改进的噪声子空间, 再求解谱峰的目标函数得到时延估计。仿真结果表明, 该算法在单快拍与多快拍条件下具有较高的估计精确度, 与子空间类算法和压缩感知类算法相比具有更好的鲁棒性。

针对车载应用对车辆与路侧单元 (V2R)的通信质量及系统吞吐量要求越来越高, 提出 V2R通信功率分配策略, 以提高通信链路质量及系统的吞吐量。该策略利用博弈论对功率分配过程进行分析并找出最优分配方案。当效用函数经过多次迭代而达到纳什均衡时, 表明系统已经获得最优的功率分配方案。仿真结果表明, 本文提出的车联网功率分配策略有利于减小各通信链路之间的干扰, 且达到了提升系统吞吐量的目的。

在图像处理领域, 基于稀疏表示理论的图像超分辨力算法、高低分辨力字典与稀疏编码之间的映射关系是其中的 2个关键环节。由于丰富多样的图像类型, 单一字典并不能很好地表示图像。而在稀疏编码之间的映射关系上, 严格相等的约束关系也限制了图像重建的效果。针对上述两个方面, 采用包容性更强的多个字典与约束条件更为宽松的全耦合稀疏关系进行图像的超分辨力重建。在图像非局部自相似性的基础上, 进行多次自适应聚类; 挑选出最优的聚类, 通过全耦合稀疏学习的图像超分辨力算法, 得到多个字典; 最后, 对输入的低分辨力图像进行分类重建, 得到高分辨力图片。实验结果表明, 在图像 Leaves,Barbara,Room上, 本文的聚类算法比原全耦合稀疏学习算法在峰值信噪比 (PSNR)上分别提升了 0.51 dB,0.21 dB,0.15 dB。

为实现图像超分辨力重建, 提出了一个自适应半耦合稀疏字典学习算法。由于耦合字典学习算法中存在稀疏编码约束条件太过严苛的缺点, 本文采用半耦合的字典学习算法。根据在半耦合的字典学习算法中全局字典表达的局限性, 分析和采用了多字典训练算法及相应的重建方法。提出了基于自适应图像块聚类算法的半耦合稀疏字典学习算法。仿真实验结果显示, 新算法重建得到的 Butterfly,Cameraman,Foreman,Plants,Hat和Lena等图像的峰值信噪比 (PSNR)分别比用基于K-means聚类算法的半耦合稀疏字典学习算法得到的重建图像高出 0.18 dB,0.16 dB,0.52 dB, 0.21 dB,0.23 dB和0.14 dB。该算法可以得到更好的图像重建效果。

为解决工程软件中各种接口调试问题, 设计了一款综合调试器。该调试器使用多种接口方式与被调程序通信, 硬件接口支持串行口通信、网络用户数据报协议 (UDP)、传输控制协议(TCP)、网络组播方式; 软件接口使用文件方式、 WINDOWS WM_COPYDATA消息通信方式、剪切板进程通信方式、文件映像通信方式。设计了一种特殊协议定制方法, 任何复杂的接口协议均可定制性发送, 这样被调试软件可得到需要的数据; 同时设计了分析功能, 可以监视被调软件发出的协议数据的正确性。该调试器在任何一种通信方式下, 均支持到位级的数据编辑功能。使用该综合调试器可使开发者在实验室内快速开发出全套监控应用软件, 也可在综合测试中快速分离出双方的通信问题。

研究硅基半导体集成电路最基本结构之一 PN结的伽马剂量率辐射模型, 阐明 PN剂量率辐射模型的重要意义。根据半导体物理基本方程, 推导计算出在剂量率辐射下一维均匀掺杂突变PN结光电流响应的解析解模型, 根据解析解, 在不同参数下用 Mathematica作图观察, 并与计算机辅助设计技术( TCAD)数值模拟仿真结果对比, 验证解析解的正确性; 最后基于解析解, 通过分析剂量率、偏压、 PN结几何尺寸、掺杂浓度、载流子扩散系数、少子寿命等参数对稳态光电流的影响, 提出一个更方便工程计算的稳态光电流模型。

设计了一种高性能的全差分型折叠式共源共栅放大器。一方面, 电路中使用了斩波技术和 A推挽技术, 以提高放大器的精确度和动态性能; 另一方面, 放大器中的电流源采用自级联结构, 可以进一步提高电路的电压裕度和鲁棒性。本电路基于华润上华 CMOS 0.35 μm工艺实现, 版图面积为 640 μm×280 μm, Spectre后仿真结果表明, 在电源电压为 5 V且斩波频率为156.25 kHz的情况下, 等效输入噪声为 1.11 nV/Hz1/2, 失调电压为 61.5 μV, 功耗为 1.22 mW。

介绍了一款高速串行接口发送机芯片。均衡器采用多抽头前馈均衡结构, 且各阶均衡系数均可调, 增大了均衡调谐范围, 提高了均衡精确度; 驱动器采用 H树型电流模结构, 提高了电流利用率, 降低了功耗。设计采用 TSMC 55 nm CMOS工艺, 电源电压为 1 V, 输出数据率范围为 550 Mb/s~6.25 Gb/s。在最高工作速率 6.25 Gb/s下, 发送机整体功耗约 20 mW, 结果表明发送机均衡精确度较高, 功耗较低。

设计了一种线性补偿低温漂高电源抑制比带隙基准电压源电路。带隙基准核心电路采用三支路共源共栅电流镜结构, 提高电路电源抑制比。补偿电路采用分段补偿原理, 在低温阶段, 加入一段负温度系数电流, 在高温阶段, 加入一段正温度系数电流, 通过补偿, 使带隙基准输出电压的精确度大大提高, 达到降低温度系数的目的; 同时电流镜采用共源共栅结构, 不仅提高电路的电源抑制比, 而且可以抑制负载对镜像晶体管电压的影响。基于 0.5 μm CMOS工艺, 使用 Cadence Spectre对电路仿真, 结果表明, 在 -50~+125℃温度范围内, 基准输出电压的温度系数为 2.62×10-6/℃, 低频时的电源抑制比 (PSRR)高达 88 dB。

2018年5月8日至11日, 第4届纳米发电机与压电电子学国际会议(NGPT 2018)在韩国首尔成均馆大学隆重召开, 来自全球17个国家和地区的400余位专家学者及各方代表齐聚一堂, 共同探讨微纳能源领域最新科研进展。会议主题分为3大类, 包括纳米发电机、压电电子学和摩擦电子学、纳米发电机的材料和电路设计, 共有315篇投稿。本文将从微能源采集技术的理论、材料和应用等角度, 详细介绍和阐述相关领域的研究现状与突出成果, 并对产业发展趋势进行总结与展望。