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    图片丢失啦 天线设计与仿真

    随着5G通信、卫星通信、遥感、水下通信等领域的发展,对天线相关技术的需求也在不断更新和变化。本专栏遴选《电子学报》近两年来有关天线设计及仿真的论文六篇,旨在推进相关领域的学术交流和技术发展。

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    1. 星载圆锥螺旋天线的一体化设计
    卫杰, 何清明, 张义萍, 何亚东, 刘颖, 周智杰, 胡永浩
    电子学报    2020, 48 (6): 1113-1116.   DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2020.06.010
    摘要151)      PDF下载 (904KB)(185)    收藏
    高可靠性对于星载天线至关重要,印制馈线和焊点往往会严重降低天线的工程可靠性.针对这一问题,本文以超宽带圆锥螺旋天线的设计为例,强化电气、结构和工艺协同设计思想,通过改进传统巴伦结构,提出了电缆、巴伦和螺旋线一体化的无焊接设计方案.仿真结果表明,所设计的天线在整个工作频段内具有良好的宽角高增益覆盖、宽角圆极化特性和前后比指标.
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    2. 基于贝塞尔波束的大景深毫米波介质透镜天线设计
    于洋, 王子野, 乔灵博, 赵自然
    电子学报    2020, 48 (7): 1369-1374.   DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2020.07.016
    摘要162)      PDF下载 (3459KB)(224)    收藏
    提出了基于贝塞尔波束的大景深毫米波介质透镜天线的设计方法.利用轴锥镜生成贝塞尔波束,并根据成像要求分别设计了基于贝塞尔波束的毫米波介质透镜天线和基于高斯波束的毫米波介质透镜天线.在3mm波段进行了仿真测试及分析,仿真结果表明,所设计的基于贝塞尔波束的毫米波介质透镜天线的3dB宽度为3.23mm,景深约为228mm,相较于传统的基于高斯波束的毫米波介质透镜天线,基于贝塞尔波束的毫米波介质透镜天线可实现的景深提升至5倍以上.
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    3. 通信天线信道容量机电耦合建模及阵元位置灵敏度分析
    王艳, 王从思, 雷婷, 张枫涛, 许谦, 李海华, 王伟锋, GAO Wei, 杜彪, 黎昞
    电子学报    2020, 48 (9): 1804-1813.   DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2020.09.019
    摘要159)      PDF下载 (5995KB)(168)    收藏
    以相控阵天线为代表的下一代通信基站天线正在向着高频段、高增益、高密度、高指向精度方向发展,机械结构因素对通信系统信道质量的影响与制约越来越明显、机电耦合问题越来越突出.为有效保证复杂环境下5G/6G通信容量目标的实现,本文针对通信基站相控阵天线的机电热耦合问题,建立了融合阵元位置偏移、姿态偏转及温度分布等因素的基站天线信道容量机电耦合模型,可据此快速评估射频器件发热环境下通信指标退化情况;构建了阵列天线电场强度与信道容量对阵元随机位置误差的灵敏度模型,分析比较了不同工作条件下各阵元随机位置误差对通信指标的影响规律.
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    4. 并行预处理有限元方法及其在系统级封装结构电磁模拟中的应用
    王卫杰, 胡少亮, 郑宇腾, 赵振国, 周海京
    电子学报    2021, 49 (1): 58-63.   DOI: 10.12263/DZXB.20190945
    摘要229)      PDF下载 (5527KB)(349)    收藏
    针对系统级封装结构的电磁兼容、信号完整性分析等应用,由于结构的复杂、多尺度和多材料的特性,其大规模电磁问题模拟一直难以实现.本文中,主要展示了基于并行支撑框架JAUMIN研发的高性能电磁计算程序JEMS-CDS及其在系统级封装结构电磁仿真中采用的高效算法.针对系统级封装结构电磁仿真,我们构建了两种预处理技术:区域分解方法与正定矩阵预处理方法.数值模拟结果显示JEMS-CDS程序在百CPU核并行规模上能够实现了近亿未知量的快速迭代求解.针对某天线阵列和射频系统级封装结构,利用JEMS-CDS程序在国产并行机上完成了电磁场并行数值模拟,获得了电磁场的高分辨率结果,支持了电磁兼容性分析、信号完整性分析等应用.
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    5. 超低频机械天线通信模型及信号接收线圈研究
    王晓煜, 张雯厚, 孙丽慧, 周鑫, 曹振新, 全鑫
    电子学报    2021, 49 (4): 824-832.   DOI: 10.12263/DZXB.20200254
    摘要303)      PDF下载 (2088KB)(205)    收藏
    机械天线作为超低频通信技术,是当今国际瞩目的一个新兴研究领域,在远距离通信、水下通信等方面具有广泛的应用前景.为实现小型化和低功耗的超低频机械天线,提出旋转偶极子式机械天线结构和通信模型.针对提出的通信拓扑结构及通信信号辐射强度,研制三轴正交线圈作为信号接收单元.提出基于线圈热噪声电压与感应电压比值的灵敏度归一化表征方法.并对研制线圈的灵敏度及工况进行实验.实验结果表明:灵敏度理论模型可用于高灵敏度线圈设计,研制的空芯线圈可用于机械天线信号接收;铁制品的存在对线圈接收性能有影响.该实验研究为超低频机械天线接收线圈的优化设计提供理论参考.
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    6. 基于混合精度ADC的大规模MIMO中继系统物理层安全性能研究
    丁青锋, 刘梦霞
    电子学报    2021, 49 (6): 1142-1150.   DOI: 10.12263/DZXB.20200217
    摘要158)      PDF下载 (1536KB)(242)    收藏
    研究多天线窃听者场景基于混合精度模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)中继系统,中继将接收到的信号放大转发,通过在基站采用最大比合并接收信号,推导出合法用户与窃听者的频谱效率表达式,最终得出系统保密频谱效率表达式.根据能量效率定义建立功耗模型,推导保密能量效率表达式,并分析保密频谱效率和保密能量效率之间的平衡关系,进而揭示基站天线数、ADC量化位数等参数对物理层安全性能的影响.仿真结果表明,随着窃听者天线数增多,窃听能量增强,保密频谱效率会减小;ADC量化位数为4时,在保证保密频谱效率的同时也能得到较高的保密能量效率.
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