微波時(shí)間反演系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、時(shí)間反演技術(shù)早期在聲學(xué)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，近年來被引入到電磁學(xué)領(lǐng)域。時(shí)間反演電磁波的時(shí)空同步聚焦特性在微波通信或雷達(dá)系統(tǒng)中擁有潛在的應(yīng)用，因此時(shí)間反演技術(shù)愈來愈受到電磁學(xué)研究者的關(guān)注。本學(xué)位論文以微波時(shí)間反演系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)為研究課題，重點(diǎn)研究了基于模擬信號(hào)處理技術(shù)的微波時(shí)間反演鏡系統(tǒng)、基于微波時(shí)間反演聚焦的多天線陣列系統(tǒng)、基于時(shí)間反演技術(shù)的源成像系統(tǒng)及這些系統(tǒng)的物理機(jī)制和關(guān)鍵技術(shù)，主要研究內(nèi)容分為三部分。
　　第一部分對(duì)基于模擬信

2、號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)微波時(shí)間反演鏡的系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先，對(duì)采用啁啾變換原理實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)時(shí)間反演的系統(tǒng)方案進(jìn)行了理論分析、仿真模擬及測試驗(yàn)證。對(duì)系統(tǒng)中各器件的工作帶寬與信號(hào)時(shí)寬進(jìn)行了分析；對(duì)系統(tǒng)中關(guān)鍵模塊和器件設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，研制出兩種工作在反射模式的微波寬帶啁啾色散延遲線；搭建起微波時(shí)間反演測試系統(tǒng)，最終獲得兩個(gè)2ns三角波的時(shí)間反演實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其次，對(duì)利用時(shí)間透鏡原理實(shí)現(xiàn)微波時(shí)間反演鏡的系統(tǒng)方案進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬。推導(dǎo)得到兩組時(shí)間反演

3、條件，均通過仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果與理論分析基本吻合；通過該系統(tǒng)獲得了6ns三角波的時(shí)間反演仿真結(jié)果，并與基于啁啾變換原理實(shí)現(xiàn)微波時(shí)間反演鏡的系統(tǒng)方案進(jìn)行了對(duì)比。
　　第二部分對(duì)基于微波時(shí)間反演聚焦的多天線陣列系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先，設(shè)計(jì)出兩種頻帶寬、結(jié)構(gòu)緊湊、基于微波時(shí)間反演技術(shù)的亞波長天線陣列。每一種陣列由四個(gè)平面單極子天線單元組成，每個(gè)單元的輻射貼片和地板均刻蝕微結(jié)構(gòu)，通過仿真研究了刻蝕的單元天線輻射特性；采用信道理論對(duì)系統(tǒng)聚焦特

4、性進(jìn)行了分析；通過實(shí)驗(yàn)測試，證明了這兩種天線陣列均可獲得遠(yuǎn)場時(shí)間反演超分辨聚焦效果。其次，提出了一種簡化的、采用色散饋電技術(shù)的脈沖整形網(wǎng)絡(luò)。利用一段啁啾色散延遲線兩個(gè)端口所分別對(duì)應(yīng)的兩個(gè)信道近似獨(dú)立特性，進(jìn)行預(yù)失真饋電設(shè)計(jì)；采用該網(wǎng)絡(luò)搭建、分析和測試了兩套具有不同接收部分的微波時(shí)間反演系統(tǒng)，第一套系統(tǒng)包含一個(gè)1?2亞波長天線陣列作為接收陣列，而第二套系統(tǒng)僅有一個(gè)接收天線，通過實(shí)驗(yàn)證明了時(shí)間反演電磁波在這兩套系統(tǒng)的目標(biāo)輸出端口均可很好聚焦

5、，其中，在第一套系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場時(shí)間反演超分辨聚焦。
　　第三部分對(duì)基于時(shí)間反演技術(shù)的源成像系統(tǒng)進(jìn)行了研究。針對(duì)微波時(shí)間反演技術(shù)的應(yīng)用潛力，建立了兩種時(shí)間反演源成像系統(tǒng)模型。第一種系統(tǒng)將時(shí)間反演鏡擺放在金屬腔外，對(duì)開孔矩形金屬腔內(nèi)的時(shí)間反演電磁波聚焦特性進(jìn)行了理論分析和仿真研究。采用信道理論，分析了時(shí)間反演聚焦和鏡像聚焦現(xiàn)象，并提出了散射體加載、開孔位置調(diào)整兩種有效消除鏡像聚焦現(xiàn)象的方案。第二種系統(tǒng)對(duì)微細(xì)金屬絲陣列中的時(shí)間反演電磁波