超宽带电磁学及其应用3技术分析.ppt

超宽带电磁学及其应用 电子科技大学阮成礼 2006年2月20日~5月10日，三教楼109教室，周一7、8节，周四9、10节。 辐射源 均匀平面电流分布（Wu）、用阵列实现(Shen) 所有源点上电流波形相同(时空分离)、即阵列同步 实现EMM的波形条件(Ruan)、 UWB天线、光导脉冲源 实现EMM的条件 频域条件： 波形条件：有突变，例如理想方波 电磁导弹效应：临界脉冲宽度和临界脉冲上升时间 光导脉冲源 三端器件，光电隔离 Rogowski电极结构 电场近似为匀强电场，同时与共面电极结构相比，成倍提高光导开关的耐压能力. 光导脉冲源 脉冲宽度可以在0.1-5ns内改变. 300fs 上升ps量级 脉宽300fs~5ns 脉冲电压10V~20kV 脉冲频谱估算 W是脉冲宽度, 是脉冲上升时间，以ps为单位. UWB/SP源 光导脉冲源~接近理想的EMM脉冲源 响应速度高，达到飞秒量级 承受功率容量高 热容高 效率高 现在单个光导脉冲源功率达1MW-1GW。 UWB天线 电小天线 圆锥天线 V-锥天线 螺旋天线 对数周期天线 TEM喇叭 槽天线 圆锥天线 直径渐变导线替代电偶极子的辐射体，形成双锥结构，能扩展天线带宽。 理想化圆锥天线变形可以得到有限长双圆锥天线、椭圆锥天线、非对称有限长双圆锥天线、线结构双圆锥天线、以及其他形式的双圆锥天线。 V-conical antennas Circular V-conical antenna Z=(Z0/2)K(cosx)/K(sinx) 周期结构的齿形天线称为齿形对数周期平面天线，是对数周期天线中的一种形式。 对数周期天线 LPDA天线 自补平面等角螺旋天线 无频变天线三个特点：一是天线结构应主要依赖于角度的变化，而不是长度的变化。二是天线结构具有自补特性。三是天线具有一定的直径或厚度。 TEM喇叭天线 低频特性取决于阵列天线尺寸 高频特性取决于单元喇叭的结构 阵列激光同步技术 低电平空间功率合成； 辐射轴线上的能量密度正比于阵元数的平方。 槽天线 可以认为是平面TEM喇叭天线 介质基片 铜箔 馈电端口 阵列激光同步技术 实现空间电场同方向相加，能量密度正比于阵元数的平方。例如，12*12的方阵，电场同方向相加的结果是，能量密度等于（144E)2 的能量密度，而不是144E2 的能量密度,二者之间的差距等于阵元数。 激光激励技术 用光纤激光器作为光导开关的激励源，经过激光分束器，同步激励天线阵的每一个开关，可以实现空间场强同方向相加。 多级激光分束 激光同步技术 激光分束 光纤分束的效率可以达到80%; 采用非线性光纤,实现放大限幅激光脉冲; 用距离换时间来实现阵列同步. 场强相加 阵列天线慢衰减实验结果 相关接收技术 参见Harmuth的著作，以及UWB通信的有关论文； 脉冲位置调制（PPM）； 伪随机码调制(TH-CDMA)； 其他复杂调制技术。 现在已经有超宽带芯片出售。 相关接收技术 C E Shannon:可靠有效的最佳信号是具有噪声统计特性的信号。 成对的伪随机码 发射机 接收机 相关接收技术 实验方案 采用双通道双迹线方法，可排除环境和系统的不稳定性，保证数据可靠。在实验室内，在光导脉冲源输出端接上衰减器和脉冲示波器替代天线进行测试。 实验场地：广元机场2.7km EMM的应用 UWB通信/绿色通信 Internet无线接入 多媒体通信 无线局域网 军事通信 必威体育官网网址通信 …… TM-UWB通信技术 以皮秒脉冲为载波 精确的脉冲定位调制(PPM) 跳时扩频码分多址(TH-CDMA) 时域相关“匹配滤波”技术 个人通信 CW通信 容量小 平均功率大（100mW量级） 多径干扰 易截获，必威体育官网网址性差 UWB通信 容量大 平均功率小（1mW量级） 抗多径干扰 不易截获，必威体育官网网址性好 UWB雷达 反隐身雷达/材料/外形 高分辨雷达1ns/0.15m, 1ps/0.15mm 海面监测雷达 目标成象雷达/宽谱 UWB相控阵雷达 森林透视雷达 …… Impulse and stealth EMM的反射 总体技术方案 Fs光纤激光器、TTD，激光分束器、调制器、光导高功率毫米波源、UWB天线集成单元、超宽带天线阵、超宽带接收传感器、解调器、高压高功率脉冲偏压源、计算机、脉冲示波器等。 Remarks on UWB A technology that challenges a basic concept of the wireless industry. Ultra-wideband is today where the internet was in 1993 and 1994. …an invent