微波时间反演系统及其关键技术研究

发布时间：2017-05-10 12:05

  本文关键词：微波时间反演系统及其关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：时间反演技术早期在声学领域获得广泛应用,近年来被引入到电磁学领域。时间反演电磁波的时空同步聚焦特性在微波通信或雷达系统中拥有潜在的应用,因此时间反演技术愈来愈受到电磁学研究者的关注。本学位论文以微波时间反演系统及其关键技术为研究课题,重点研究了基于模拟信号处理技术的微波时间反演镜系统、基于微波时间反演聚焦的多天线阵列系统、基于时间反演技术的源成像系统及这些系统的物理机制和关键技术,主要研究内容分为三部分。第一部分对基于模拟信号处理技术实现微波时间反演镜的系统进行了研究。首先,对采用啁啾变换原理实现微波信号时间反演的系统方案进行了理论分析、仿真模拟及测试验证。对系统中各器件的工作带宽与信号时宽进行了分析;对系统中关键模块和器件设计进行了讨论,研制出两种工作在反射模式的微波宽带啁啾色散延迟线;搭建起微波时间反演测试系统,最终获得两个2ns三角波的时间反演实验结果。其次,对利用时间透镜原理实现微波时间反演镜的系统方案进行了理论分析和数值模拟。推导得到两组时间反演条件,均通过仿真验证,仿真结果与理论分析基本吻合;通过该系统获得了6ns三角波的时间反演仿真结果,并与基于啁啾变换原理实现微波时间反演镜的系统方案进行了对比。第二部分对基于微波时间反演聚焦的多天线阵列系统进行了研究。首先,设计出两种频带宽、结构紧凑、基于微波时间反演技术的亚波长天线阵列。每一种阵列由四个平面单极子天线单元组成,每个单元的辐射贴片和地板均刻蚀微结构,通过仿真研究了刻蚀的单元天线辐射特性;采用信道理论对系统聚焦特性进行了分析;通过实验测试,证明了这两种天线阵列均可获得远场时间反演超分辨聚焦效果。其次,提出了一种简化的、采用色散馈电技术的脉冲整形网络。利用一段啁啾色散延迟线两个端口所分别对应的两个信道近似独立特性,进行预失真馈电设计;采用该网络搭建、分析和测试了两套具有不同接收部分的微波时间反演系统,第一套系统包含一个1?2亚波长天线阵列作为接收阵列,而第二套系统仅有一个接收天线,通过实验证明了时间反演电磁波在这两套系统的目标输出端口均可很好聚焦,其中,在第一套系统可实现远场时间反演超分辨聚焦。第三部分对基于时间反演技术的源成像系统进行了研究。针对微波时间反演技术的应用潜力,建立了两种时间反演源成像系统模型。第一种系统将时间反演镜摆放在金属腔外,对开孔矩形金属腔内的时间反演电磁波聚焦特性进行了理论分析和仿真研究。采用信道理论,分析了时间反演聚焦和镜像聚焦现象,并提出了散射体加载、开孔位置调整两种有效消除镜像聚焦现象的方案。第二种系统对微细金属丝阵列中的时间反演电磁波聚焦特性进行了仿真研究。分别建立单天线和双天线两种模型,通过旋转整个微细金属丝阵列,分析和讨论了时间反演信号在源天线处的聚焦效果;此外,利用单天线模型,分别研究了时间反演信号电压幅度和时间长度的适当调整对最终时间反演聚焦结果的影响。
【关键词】：时间反演 微波系统 时间反演镜 超分辨率 聚焦
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN015
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 时间反演系统的研究进展12-23
• 1.2.1 时间反演镜系统研究进展12-15
• 1.2.2 时间反演多天线阵列系统研究进展15-21
• 1.2.3 微波时间反演应用系统研究进展21-23
• 1.3 本文的主要贡献与创新23
• 1.4 本文的结构安排23-25
• 第二章 基于模拟信号处理技术的微波时间反演镜系统25-55
• 2.1 基于啁啾变换原理实现时间反演镜25-47
• 2.1.1 Chirp变换原理25-27
• 2.1.2 数值仿真模拟27-36
• 2.1.3 关键器件和模块设计36-44
• 2.1.4 实验结果与分析44-47
• 2.2 基于时间透镜原理实现时间反演镜47-54
• 2.2.1 原理框图47-48
• 2.2.2 时间反演条件48-51
• 2.2.3 信号带宽与时宽51-52
• 2.2.4 数值仿真与分析52-54
• 2.3 本章小结54-55
• 第三章 基于微波时间反演聚焦的多天线阵列系统55-84
• 3.1 基于时间反演超分辨的亚波长天线阵列研究55-68
• 3.1.1 理论分析56-58
• 3.1.2 单元天线设计与仿真58-62
• 3.1.3 时间反演聚焦实验62-64
• 3.1.4 实验结果及分析64-68
• 3.2 用于时间反演聚焦的脉冲整形网络研究68-83
• 3.2.1 脉冲整形系统搭建69-72
• 3.2.2 信号流图分析72-75
• 3.2.3 实验验证75-79
• 3.2.4 比较与讨论79-83
• 3.3 本章小结83-84
• 第四章 基于时间反演的源成像系统84-109
• 4.1 开孔矩形金属腔内的时间反演电磁波特性84-94
• 4.1.1 系统搭建84-85
• 4.1.2 信道理论分析85-87
• 4.1.3 仿真验证87-94
• 4.2 微细金属丝阵列中的时间反演电磁波特性94-100
• 4.2.1 单天线模型94-96
• 4.2.2 双天线模型96-100
• 4.3 时间反演信号参数变化对时间反演聚焦的影响100-108
• 4.4 本章小结108-109
• 第五章 全文总结与展望109-111
• 5.1 全文总结109-110
• 5.2 后续工作展望110-111
• 致谢111-112
• 参考文献112-120
• 攻读博士学位期间取得的成果120-121

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 丁帅;王秉中;葛广顶;王多;赵德双;;基于时间透镜原理实现微波信号时间反演[J];物理学报;2012年06期

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本文编号：354700