网络传输阵

2024-05-17

网络传输阵（共9篇）

网络传输阵篇1

近年来,机器人听觉系统开发已经成为机器人研究领域的重要课题。由于声波的波长较大,具有较强的衍射能力,可以绕过障碍物传播,并且能与视觉传感器配合,从而可用于实现移动机器人的全方位导航。听觉系统的开发本质上就是声源定位系统的研究,采用麦克风阵列进行声源定位是信号处理领域的一个研究热点。一组麦克风按照一定的几何结构摆放组成麦克风阵列[1],拾取来自各个方向的声音信号,并进行空时处理,从而精确定位目标声源。

在工程应用中,根据麦克风阵列模型和声音球面传播模型构建的声源定位系统是一组复杂的非线性方程,难以用数值计算方法准确建模。在这种情况下,可以应用神经网络表达这种非线性系统。神经网络可以按照指定的精度逼近各种复杂的非线性系统,解决非线性系统的建模问题,并对信息采用分布式存储的处理方式,具有高运算效率和很强的容错性、鲁棒性[2,3]。

本文研究了可应用移动机器人上的声源定向系统,介绍了其硬件构成,采用BP神经网络对定向系统进行研究,并通过Matlab仿真证明了在四元麦克风阵列模型下实现远场和近场的目标声源定向。

1 定向系统硬件结构

1.1 麦克风阵列模型

声源定向系统的几何结构如图1所示,由M1、M2、M3和M44个麦克风组成一个四元球面阵列,对目标声源进行定向。其中P为声源,α、β分别为方位角和俯仰角。系统麦克风选用驻极体麦克风,这种传声器具有体积小、全向性、价格低、灵敏度较高和频率响应范围宽等优点。该麦克风能够有效地收集声音信息并检测出声音到达麦克风的初始时刻,为后续的定位计算提供准确的数据。整个系统以Activmedia的Pioneer3 AT机器人为安装平台,如图2所示。该机器人配备有速度、激光、摄像头等传感器,采用4个车轮保持平衡,可以承受的载重超过35 Kg,底部装有2个直流电动机,分别用来驱动左轮和右轮,前后均装配了防碰接触开关,能同时适用于户外和户内的应用需求。

1.2 声达时间获取

1.2.1 信号放大及噪声的处理

由于全向型麦克风的输出电压大都在零到几十毫伏之间,如此微弱的电信号无法满足后期信号处理工作的要求。因此,仅靠电容式麦克风的拾音能力是远远不够的,有必要对麦克风采集到的信号进行放大。本文采用性能较稳定的集成运算放大器对采集信号进行二级放大。考虑到电器元件的放大特性不是完全一致的,因此加入了增益调整电位器,以便后期调试时减少由于硬件特性不同而产生的误差。除此之外,为了在实验过程中实时观测信号的采集情况,利用发光二极管制作输出信号指示灯来指示信号的强弱变化。同时考虑到听觉定位系统的鲁棒性和实时性,本文还利用集成运算放大器制作电压比较器,使听觉定位系统具有一定的抗噪能力,通过调节参考电压对背景噪声进行过滤。

1.2.2 声达时间点的捕捉

通过上述过程,系统对声电信号进行了整形,使得大于背景噪声的信号以方波的形式输出,用于捕捉声源信号到达时间点。为了使阵列中各个麦克风均能精确地捕捉目标声音到达的时间点,采用微处理器配合RS触发器进行捕捉,具体实现方法如图3所示。

声源信号经过电压比较器整形后,产生连续方波脉冲。当第一个脉冲到达触发器时,触发器锁存并保持电平,输出端发光二极管随即发生变化,指示声源信号起始点已被锁存。由于已将微处理器中的可编程计数器调整为捕捉定时器工作模式,并设置CPU时钟频率,所以当触发器改变电平时,CPU记录并存储脉冲到来的时间。等待4路麦克风的声源信号相继到达后,再利用串口通信将4个存储的时间点发送到上位机,与此同时,将锁存器电平和微处理器复位,等待下一刻声源信号的到达。这种利用硬件直接捕捉声达的方法简单易行且精度较高。

2 神经网络计算模型建立

2.1 确定网络结构

BP神经网络是一种多层前馈神经网络,由输入层、隐含层和输出层组成[4]。根据系统输入输出数据的特点来确定BP神经网络的输入输出,输入数据为3个时延值,即声音信号到达阵列中不同位置的麦克风的时间差。把声源到麦克风M4的时间作为基准,到麦克风M1、M 2、M3的时间与基准的差记作3个时延值,构成一组3个参数的输入数据。输出数据为目标声源的位置,本文的声源定位目的是为了实现移动机器人对目标声源的跟踪,所以输出数据采用球坐标形式较为方便。该网络的输出有方位角、俯仰角和距离3个参数。

隐含层层数的选择要从网络的精度和训练时间上综合考虑[5],在网络精度达到要求的情况下,可以选择单隐层,以求加快训练速度;而对于复杂的映射关系,选择多隐含层,可以提高网络预测精度[6,7]。本文选用有2个隐含层的BP网络,网络结构为3-25-25-3,即输入层和输出层有3个节点,2个隐含层分别有25个节点。

2.2 数据处理

假设4个麦克风之间的距离均为0.1 m,目标声源范围为一个半径0.1 m~5 m的球体内的任意点。声速为340 m/s,根据声源定位模型的几何关系随机取数得到系统2 000组的输入输出数据。从中随机选取1 900组数据作为网络训练数据,其余100组数据作为网络测试数据。

数据归一化方法是神经网络预测前对数据常做的一种处理方法[8]。该方法主要有最大最小法、平方数方差法[9]两种。本文采用第一种方法对输入输出数据进行归一化处理,并对网络预测输出进行反归一化,通过Matlab的自带函数mapminmax来实现。

3 Matlab仿真与结果分析

3.1 Matlab仿真

Matlab软件中包含Matlab神经网络工具箱,可以直接调用构建各种类型的神经网络。本文的BP神经网络主要用newff、train和sim 3个神经网络工具箱自带函数来实现网络的构建、训练和仿真预测。

本文的声源定位系统以实现对目标声源的跟踪为目的,预测出方位角和俯仰角,确定目标声源的空间方向实现跟踪。但由于BP神经网络的拟合能力有限,并不能对距离做出较为准确的预测,故舍去了这组数据,主要分析方位角和俯仰角这2组输出数据。图4为100组预测数据的方位角预测误差,误差范围为±5°。图5为100组预测数据的俯仰角预测误差,误差范围为±4°。

3.2 仿真结果分析与实验验证

传统的声源定位方法是利用几何关系,建立一组时延和声源坐标的方程组,通过解方程组得到时延和声源坐标的数值关系。在解方程组的过程中,大都假设声源位于远场且声音信号以平面波传播,以此来约减得到近似结果。但当声源位于近场时,即当麦克风之间的距离相对于声源到麦克风的距离较大时,这种假设就不再成立了。如果仍然用近似的结果进行计算,那么得到的数据与真实数据相比就不仅是误差较大了,而是错误的。

用于BP神经网络预测的100组输入输出数据是在2 000组样本数据中随机选择的,远场和近场的声源位置都有。从Matlab仿真得到的图形来看,误差分布较均匀,说明并没有因为是近场声源神经网络就出现大的预测误差,表明该神经网络无论是近场还是远场都可以预测目标声源的方位角和俯仰角。为了进一步验证网络在近场对声源的定向情况,选取目标声源范围为0.1 m~0.5 m的空心球体内的点,用已训练好的BP网络再次进行预测。预测的方位角误差和俯仰角误差分别如图6、图7所示。近场方位角预测误差大部分在±5°以内,有个别样本点的误差较大甚至预测错误,这是由于选取的样本点离坐标原点太近造成的,不影响实际应用。近场俯仰角预测误差结果与图4、图5的预测结果很相似,误差范围仍然是±4°。

在机器人实验平台上验证该神经网络的性能时,以室内拍手声作为声源,大小约70 d B,背景噪声约30 d B。机器人能辨别出声源的方向并向其靠近,证明了该四元麦克风阵列可以使移动机器人实现较好的声源定向和跟踪。

本论文应用四元麦克风阵列进行移动机器人的声源定向研究,设计了一个双隐层的BP神经网络。经Matlab仿真证明,输入获取的时延数据,可以实现近场和远场的目标声源定向,并且在机器人本体上进行了实验测试,进一步验证了其实用性。但是由于网络拟合能力有限,并不能很好地预测声源的空间距离,因此,如何实现对空间距离的准确预测是下一步的重点研究任务。

摘要：针对移动机器人的目标声源定向问题,应用四元球面麦克风阵列建立了一套空间声源定向系统。为了解决通过阵列的时延值预测出目标声源方向的问题,提出了神经网络算法,并设计了双隐层BP神经网络。通过Matlab仿真验证了该网络可以实现近场和远场的声源定向,并在机器人本体上进行了实验测试,证明了该系统的实用性。

关键词：声源定向,移动机器人,麦克风阵列,BP神经网络

参考文献

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[9]余立雪.神经网络与实例学习[M].北京:中国铁道出版社,1996.

网络传输阵篇2

每年回家看望亲人，免不了要带些小礼物。去年回家给妈妈也带了一盒面膜，姐姐，嫂子，弟媳都欣然拿去，唯有这个妇人不肯要。理由很简单：这一脸老褶子，用啥膜也白搭。

一日午后，妇人坐在沙发上，我慵懒地趴在她腿上，像小时候一样，由着她给我掏耳朵。挖耳勺掏完，又捻了头发丝来打……不轻不重，不深不浅。太过惬意，我昏昏欲睡，口水都要流到腮帮子上了，妇人笑我像只懒猫。

趁着机会，我提了条件要给她敷面膜，化妆。妇人听了，连连摆手，不肯配合。我假意生气，不搭理她。妇人怯怯地看我，小声说：要不，你给我贴贴?我一声欢呼，似小鹿般跳起，飞快地给她洗脸，按摩，贴膜，一气呵成，唯恐妇人反悔。

贴了面膜的妇人拿着镜子左右端详，边照边笑：这是个啥啊，跟鬼似的，这你爸回来看见，还不吓一跳……贴完面膜，又给妇人拍了水，乳液，还抹了BB霜。妇人很乖，静静地坐着任我摆布。偶尔，拿起我放下的瓶瓶罐罐小心地闻闻，看看。

打扮完，妇人站在阳台上，拿着镜子左顾右盼，嘴里喃喃自语：老喽，老太婆喽，不是当年了……可嘴角，眉梢里都是掩饰不住的笑意。我想妇人在镜子里一定看见了年轻时的自己，那个青春，美丽，朝气蓬勃的.自己……落日的余晖把妇人的头发渡上了一层金黄，眼眸里盛着的喜悦，在阳光下跳跃，闪动。

美好的回忆，都是由一个个琐碎的片断拼接而成的。每个人都是编剧，每个人都是导演，每个人都是主演。有谁会知道，某年，某月，某日的下午，母女俩玩的胭脂阵在彼此心中留下的美好和感动。

太阳电池阵篇3

多个带盖片的单体太阳电池按供电要求以串、并联方式组成太阳电池阵方阵。太阳电池的铺设方式主要有叠瓦式和平铺式两种。叠瓦式的单体电池交叠连接, 方阵面积利用率高, 但难以维修。平铺式连接应用较普遍, 在两单体电池间留有间隙, 用于安置互连条。互连后的电池组件敷设在方阵基板上 (见航天器结构) 。基板面密度为2.7 kg/m2~5 kg/m2。方阵以体装式或展开式安装在航天器上。体装式方阵寿命初期的比功率为8.2 W/kg、28.8 W/m2。刚性展开式对日定向方阵寿命初期的比功率为26.6 W/kg、94.3 W/m2。柔性卷式方阵的比功率达44 26.6 W/kg。砷化镓电池能在高温和高光强下工作, 用它制成的聚光太阳电池阵在用于深空飞行时可望与放射性同位素温差发电器媲美。

那阵温暖的秋风篇4

秋风乍起，带着少许凉意，轻轻地拂在我的脸上。

一年一度的校际运动会就要开始了，我想校际运动会定是卧虎藏龙的。但我自知速不如人，却又想为班级尽一份绵力，我报了最冷门的八百米长跑。

在小学三年级的时候，我曾经得过一次肺炎。就是因为那次落下了病根子，导致我在小学时跑步永远是倒数第一。现在上了初中，虽已不是倒数第一，但也好不到哪里去。因为我跑到一半的时候就已上气不接下气。班主任曾观察了我很久，后来也知道了我的大概情况，就叫我不要跑步。可是，望着前面同学奔跑的背影，我的心里充满着悲愤与不甘。

离校际运动会还有一个星期，班主任就特别空出一节课，让我们班的“毛遂”，自荐参加这次运动会。当班主任问到有谁想跑一、两百米有谁想去参加时，几乎全班都踊跃地推荐自己。到了四百米的时候，举手的人越来越少，班主任皱起了眉头，可是人数够了，她明显地松了一口气。到现在，举手的人一直不包括我。我多么想把我的手高高举起，可我反复问自己，我能行吗……到最后班主任问有谁愿意参加八百米的长跑时，竟一个人举手也没有了。班主任把眉头皱得紧紧地，都快变成一个“川”字了。我听到耳畔有人低声议论着：跑八百米，只有傻子才干这累死人的活……

往日的悲愤与不甘，班主任紧皱的眉头和耳畔人的议论声像一波波大浪，强烈的撞击着我的脑袋，我鬼使神差的举起了我的手。班主任把头转过来，用惊讶的目光看着我。“铃铃铃……”她刚想说什么，就被着下课铃给打断了。’“你跟我来办公室，其他人，下课。”

“你难道忘了你……你确定要参加吗？”老师望着我，眼神里满满的是关心。“我……我确定！”那些东西再次冲击着我的脑袋，我用坚定的眼神望着班主任。她似乎被我说服了：“唉，好吧。但是你要记住，没有气了要停下来，不要太勉强了啊。我，懂你。”“老师，谢谢您！”“呵呵，不管怎样，加油。”

“一、二、三，跑！”八百米长跑开始了，随着体育老师一声令下，跑八百米的全体人员像脱缰的野马，一涌而上。我在一开始故意放慢速度，因为我怕到最后没力气跑了。跑到观众席旁边时，我用眼角扫了一下我们班。只见同学们好像对我失望至极，有的已经把头扭到一边不敢看了。我望了一下老师，只见她用希冀的目光望着我，紧握双拳。我听到了！她在为我加油！因为她的嗓门不大，也不可能用喇叭，所以她在默默地大喊着，在为我加油！

前六名，我来了！第二圈，我已经超过了五个人了。第三圈后，我前面只有四个人了。尽管我的体力就快透支了，我还是坚持加速。“加油啊，在坚持一下，在坚持一下就到终点了。记住，你是最棒的！”这……这是班主任的声音啊！我惊讶地望向观众席，平时轻声细语的班主任，现在竟然扯起了嗓子大声叫起来。我的.身体顿时像加满了油，用我极限的速度，努力的冲向终点。最后，我终于跑了一个第四名回来。而且，我和第三名只有一秒之差！

我跌跌撞撞的走回观众席，微笑着对老师说：“老师，我做到了。”班主任激动地抱住我：“是啊，你真是太棒了，你是全班的骄傲！”老师松开手后。我再也撑不住了，倒在了地上……

宽带平面微带贴片天线阵设计篇5

随着利用微带线馈电的微带天线的出现, 针对微带天线阵的研究受到了越来越多的重视。目前微带天线阵已被广泛地应用于军事和民用设备上, 例如各种雷达、通信、遥测等设备, 特别是在各种空间飞行器上得到广泛的应用。然而微带天线频带较窄的缺点极大限制了微带天线阵的带宽, 如果采用一些特殊的具有宽带特性的天线单元, 尽管可以改善天线阵的频带特性, 但复杂的结构又限制了它的实际应用, 尤其是在较大的高频阵列中的应用。

本文采用双层贴近耦合微带贴片天线为阵列单元, 制作并测试了一个8×8元宽带平面天线阵。天线阵中心频率f0=12.5 GHz, 阻抗带宽大于16.0% (驻波比VSWR<2.0) , 天线阵增益大于22.5 dB。这种结构简单的平面天线阵在卫星通信等领域应用前景广阔。

1 天线阵单元分析

微带天线拓宽频带最常用的方法包括采用εr较小或者tanδ较大 (有耗) 的基板;附加阻抗匹配网络;采用楔形或者阶梯形基板;采用非线性基板材料;采用非线性调整元件, 采用特殊形状的贴片[1,2], 采用多层结构[3]以及在贴片或接地板“开窗”等措施[4,5], 其中对于微带贴片天线来讲, 增加基板厚度是实现宽带最简单的方法。因此为了获得宽频带, 并便于阵列应用, 采用结构简单的双层贴近耦合微带贴片天线为阵列单元, 这样不仅可以有效拓展频带, 而且由于馈电电路与辐射元不共面, 减少了馈电电路的自身辐射对天线性能的影响, 同时也易于馈电网络的排布。双层贴近耦合微带贴片天线单元结构如图1所示。

天线的各个参数分别选取为:中心频率f0=12.50 GHz, 基板介电常数εr1=εr2=2.65;厚度h1=h2=1.50 mm;贴片尺寸a=5.76 mm, b=5.88 mm;馈线长度l=10.36 mm;馈线宽度wf=3.53 mm, 特性阻抗Z0=50.00 Ω。图2给出了天线电压驻波比的计算结果。

从计算结果可以看出双层贴近耦合微带贴片天线的阻抗带宽可以达到17.60% (VSWR<2.0) , 相对普通微带贴片天线, 阻抗带宽拓展了近5倍。

2单元间互耦效应分析

在平面天线阵的设计中, 单元之间的互耦影响不容忽视。互耦效应的存在将导致单元在阵中的方向图与孤立元的方向图不同, 并且导致阵中单元的输入阻抗与孤立元的输入阻抗不同, 天线的极化特性也会变坏。从直观上讲:第一, 单元间的互耦大小反比于单元的间距;第二, 互耦与单元的相对方位有关, 即相互平行单元的耦合要比相互垂直单元的耦合更强;第三, 当极化矢量位于直线上且直接指向或离开阵中的相邻辐射器时, 耦合为最小;第四, 大的天线耦合弱。在较大的平面阵列中, 对一个单元有实际影响的只是它附近的几个单元, 其他单元由于间距较大, 互耦影响可以忽略。这里采用时域有限差分法 (FDTD法) 分析了2×2元阵中单元间距对互耦电平的影响, 同时将计算结果与Ensemble软件的仿真结果进行了比较, 结果如图3所示。

计算结果表明, 互耦电平随着单元间距的增加呈单调下降, 而且H面的耦合系数随距离增大而减小地更快, 这说明了耦合主要取决于空间辐射波部分, 表面波耦合不占主要部分。同时也反映出在较大平面阵中, 与某个单元相距较远的其他单元对其互耦效应已经很弱, 阵列设计中可以忽略不计。

3天线阵设计

选择图1所示的双层贴近耦合微带贴片天线为阵列单元, 采用简单的T型等分功分器组成功分网络, 设计并制作了8×8元平面天线阵, 阵列单元的各个参数不变, 同时为了减小单元间互耦效应的影响, E面和H面阵元间距均取18 mm (0.75λ0) , 图4和图5分别给出了阵列天线电压驻波比和在中心频率 (f0=12.50 GHz) 处远场方向图的测试结果。

测试结果表明, 8×8元双层贴近耦合微带贴片天线阵中心频率f0=12.5 GHz, 在11.50 GHz～13.50 GHz的频带内均满足驻波比VSWR<2.0, 阻抗带宽大于16.0%, E面和H面3 dB波瓣宽度分别为7.5°和8.0°, 天线阵增益大于22.5 dB。在E面和H面方向图中左侧第一副瓣比较大, 这主要是由于测试环境的影响, 与天线结构无关。双层耦合贴片天线阵结构简单, 成本较低, 不仅可以有效拓展频带, 而且获得了较满意的增益, 这为下一步更大型平面天线阵的设计打下坚实的基础, 并在卫星通信等领域应用前景广阔。

4结束语

微带天线的宽带方法依然是目前国内外研究的热点问题, 尤其平面天线阵的宽带设计, 由于受到天线单元形式的实用性以及阵列结构等方面因素的限制, 从而具有一定的难度。在Ku波段由于设计频率较高, 需要尽可能地简化单元形式, 这样不管是天线形式还是实际制作工艺均对天线阵带宽造成一定的影响, 因此选择结构简单、技术成熟、频带较宽的双层微带贴片天线不失为一种可行的方法。此外, 在天线阵馈电网络设计中, 由于采用了大量的T型功分器, 这就造成了天线阵用于接收时输入端的失配, 在一定程度上影响了天线阵的效率, 因此进一步改进馈电网络是下一步设计的重点。

摘要：在分析了一种结构简单且具有宽带特性的双层贴近耦合微带贴片天线的基础上, 通过计算阵列单元间E面和H面的互耦效应, 确定了合适的阵元间距, 并采用简单的T型等分功分器组成并联馈电网络, 实际制作并测试了一个8×8元宽带平面天线阵。天线阵中心频率f0=12.5GHz, 阻抗带宽大于16.0% (驻波比VSWR<2.0) , 增益大于22.5dB。这种结构的平面天线阵在卫星通信等领域应用前景广阔。

关键词：微带天线,平面阵,宽带,双层

参考文献

[1] YUEHE G, KARU P E, TREVOR S B.A broadband E-Shaped patch antenna with a microstrip compatible feed[J].Microwave and Optical Technology Letters, 2004, 42 (2) :111-112.

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有孔阵矩形机壳屏蔽效能分析篇6

关键词：印刷电路板,屏蔽效能,孔阵

1 理论分析

1.1 小孔阵导纳

图1所示,无限大金属平板上周期性二维孔阵正交排列的几何结构,对于垂直入射平面波,无限大薄金属平板上的小孔阵,相当于与TEM模传输线并联的一个电感性电纳。假设孔阵没有电阻性损耗,孔间距dh,dv≪波长且孔直径d<孔间距,圆孔直径d≪波长,图1所示孔阵归一化并联导纳近似为[1,2]

$\frac{Y_{a h}}{Y_{0}} = - j \frac{3 d_{h} d_{v} λ_{0}}{π d^{3}} (1)$

式中,λ0和Y0分别为自由空间的波长和本征导纳,dh和dv分别为水平和垂直孔间距。图2所示为孔阵位于机壳壁中心位置情况。

1.2 等效电路模型

图3表示暴露于平面电磁波中,加装印刷电路板的含孔阵矩形机壳及其等效电路模型。矩形金属机壳除含孔的一个面外,其余部分以一段终端短路的波导建模[3,4],波导特性阻抗和传播常数分别为Zg和Kg。对于矩形金属机壳中传播的TE10模, $Ζ_{g} = Ζ_{0} / \sqrt{1 - (λ_{0} / 2 a)^{2}}, k_{g} = k_{0} \sqrt{1 - (λ_{0} / 2 a)^{2}}$ ,其中,k0是自由空间中的传播常数。入射波以电压V0和自由空间本征阻抗Z0≈377 Ω表示。

阻抗Zah=1/Yah作为连接自由空间和波导的模型[4]。图2描绘的孔阵位于机壳壁中心位置的情况,其有效的机壳壁孔阵阻抗Z′ah是Zah的一部分。采用阻抗比的概念[2]可知

$Ζ^{'}_{a h} = Ζ_{a h} \times \frac{(w \times l)}{(a \times b)} (2)$

式中,l和w分别是孔阵的长度和宽度,且

l=d/2+(m-1)dn+d/2 (3)

w=d/2+(n-1)dv+d/2 (4)

这里m和n分别是沿孔阵长度方向和宽度方向上孔的个数。

实际PCB是包含金属平板、金属线、损耗介质等的复杂统一体,由于各个电路板的差异较大,通常采用简化的宏观介质板代替[5]。如果介质板的有效相对介电常数为ε′r,有效电导率为σ,那么对于矩形机壳内部介质块加装区域中传播的TE10模,其传播特性为

$Ζ^{'}_{g} = \frac{Ζ_{0} / \sqrt{ε_{r}}}{\sqrt{1 - (\frac{λ^{'}}{2 a})^{2}}} (5)$

$k^{'}_{g} = k^{'}_{0} \sqrt{1 - (\frac{λ^{'}}{2 a})^{2}} (6)$

式中, $k^{'}_{0} = 2 π \frac{\sqrt{ε_{r}}}{λ}, λ^{'} = \frac{λ_{0}}{\sqrt{ε_{r}}}, ε_{r} = ε^{'}_{r} - j \frac{σ}{2 π f ε_{0}}$ 且f,λ0,Z0,ε0分别是频率,自由空间中的波长、特性阻抗和介电常数。

1.3 屏蔽效能表达式

假设金属机壳由理想导体构成,那么从垂直入射到含孔阵理想导体机壳上的电磁波,仅能从孔阵透入机壳内部,从而组合上述各部分的模型,就可以建立平面电磁波垂直照射加装PCB的含孔阵矩形机壳的等效电路,如图2(b)所示。

依据上述等效电路和戴维南定律,孔阵处的等效电压源及其阻抗为

${\begin{cases} Ζ_{1} = Ζ_{0} Ζ^{'}_{a h} / (Ζ_{0} + Ζ^{'}_{a h}) \\ V_{1} = V_{0} Ζ^{'}_{a h} / (Ζ_{0} + Ζ^{'}_{a h}) \end{cases} (7)$

由传输线理论知,介质板左端的电压Vr及阻抗Zr可表示为

${\begin{cases} Ζ_{r} = \frac{Ζ_{1} + j Ζ_{g} \tan (k_{g} r)}{1 + j (Ζ_{1} / Ζ_{g}) \tan (k_{g} r)} \\ V_{r} = \frac{V_{1}}{\cos (k_{g} r) + j (Ζ_{1} / Ζ_{g}) \sin (k_{g} r)} \end{cases} (8)$

同理可知介质板右端处的电压Vr+t及阻抗Zr+t可表示为

${\begin{cases} V_{r + t} = \frac{V_{r}}{c o s k^{'}_{g} t + j (Ζ_{r} / Ζ^{'}_{g}) s i n k^{'}_{g} t} \\ Ζ_{r + t} = \frac{Ζ_{r} + j Ζ^{'}_{g} t a n k^{'}_{g} t}{1 + j (Ζ_{r} / Ζ^{'}_{g}) t a n k^{'}_{g} t} \end{cases} (9)$

由PCB右侧,观测点P处的等效电压源阻抗和电压为

${\begin{cases} Ζ_{2} = \frac{Ζ_{r + t} + j Ζ_{g} \tan [k_{g} (p - r - t)]}{1 + j (Ζ_{r + 1} / Ζ_{g}) \tan [k_{g} (p - r - t)]} \\ V_{2} = \frac{V_{r + t}}{\cos [k_{g} (p - r - t)] + j (Ζ_{r + t} / Ζ_{g}) \sin [k_{g} (p - r - t)]} \end{cases} (10)$

由观测点P处向右所示的短路波导段的等效阻抗为

Z3=jZgtan[kg(d-p)] (11)

从而可得观测点P处的电压为

Vp=V2Z3/(Z2+Z3) (12)

如果没有矩形屏蔽机壳,那么平面电磁波在自由空间传播,从而观测点P处的负载阻抗为Z0,电压V′p=V0/2,因此电场屏蔽效能为

$S_{e} = 20 \lg | V^{'}_{p} / V_{p} | = 20 \lg | \frac{V_{0}}{2 V_{p}} | (13)$

当机壳没有加装PCB时,文中提出的等效电路及其解析表达式与文献[2]的结果相同。

2 结果与讨论

文中选取含圆孔阵矩形金属机壳的尺寸为a×b×c=300 mm×120 mm×300 mm,壁厚为2 mm。PCB与孔阵所在平面平行,尺寸为296 mm×116 mm×1 mm,置于距孔阵面100 mm处的机壳内部。计算分析中实际PCB以一块有耗介质等效[5],电导率σ=0.22 s/m,介电常数εr=2.65。观测点P设定在机壳的中心,即距孔阵面150 mm且与孔阵面平行的平面中心。圆孔阵面积l×w=90 mm×50 mm,位于孔阵面中心。孔阵中的每个小圆孔直径d=10 mm,孔阵长度l方向的孔间距dh等于孔阵宽度w方向的孔间距dv,即dh=dv=20 mm;孔阵为3×5,所有小孔面积之和为S1,孔阵面积S2=l×w,平面电磁波垂直孔阵面入射到含圆孔阵矩形金属机壳上,频率f范围为200～1 000 MHz。

依据提出的波导等效电路模型,及电场屏蔽效能解析表达式(14),编程计算屏蔽效能是本文方法。CST仿真意味着基于相同模型和参数,采用通用专业软件CST(CST Studio Suite 2006B)的仿真结果。

如图4所示观测点处,采用文献[6]所示的方法和CST仿真的电场屏蔽效能,以及文献[1]的结果。从图4可以看出,文中方法与CST仿真结果良好吻合。当机壳没有加装PCB时,提出的等效电路模型及电场屏蔽效能解析表达式,就可以简化为文献[1]的结果。可见文中提出的等效电路模型及电场屏蔽效能解析表达式是有效的。机壳的前3个谐振频率分别是707.1 MHz,1 180 MHz,1 436 MHz。没有加装PCB的机壳,在第1个谐振频率处的电场屏蔽效能为负值;而加装PCB的相同机壳在谐振频率处的屏蔽效能大于零。所考虑的频率范围内,加装PCB板可以显著提高机壳的屏蔽效能。

如图5所示,当孔阵中dh,dv,S1保持不变时,增加孔的数量,屏效的变化。当孔的数量改成4×7个时,孔的直径d=7.32 mm,可以看出dh,dv,S1固定不变,通过减小孔的直径来增加孔的数量可以提高电场屏蔽效能。

如图6所示,当孔阵面积S2和孔径不变时,通过改变孔间距来改变孔的数量时电场屏蔽效能的变化。当孔的数量为3×3时,dh=40 mm,dv=20 mm;当孔的数量为3×6时,dh=16 mm,dv=20 mm。从图6中可以看出,在S2和孔径不变时,增加孔的数量会降低屏蔽效能,而减少孔的数量则会使屏蔽效能提高。

如图7所示,当孔间距、孔径均保持不变时,改变孔的数量对屏蔽结果的影响,从图中可以看出,在孔间距和孔径均保持不变时,增加孔的数量会减小屏蔽效能,减小孔的数量则会增加屏蔽效能。

当孔阵为圆形孔阵、圆外切方形孔阵和圆内接方形孔阵时,3种情况下腔体的屏蔽效能不同,图8表示仿真结果。从图中可以看出带圆内接方形孔阵的机壳的电场屏蔽效能最高。内接方形的口径最小,进入腔体的能量最少,屏蔽结果最好。

图9表示改变介电常数对电场屏蔽效能的影响。当介电常数增大时,谐振点的频率会随之降低。介电常数越大,谐振频率越低。

3 结束语

文中基于传输线矩阵法分析加装印刷电路板的含孔孔阵矩形金属机壳的屏蔽效能。当孔阵中孔间距和孔面积之和保持不变时,通过减小孔径来增加孔的数量可以提高电场屏蔽效能;在孔阵面积和孔径保持不变时,增加孔的数量会降低屏蔽效能,而减少孔的数量则会使屏蔽效能增大;在孔径和孔间距均保持不变时,增加孔的数量会减小屏蔽效能,减小孔的数量则会增加屏蔽效能;与圆孔阵、圆外接方形孔阵相比,圆内接方形孔阵机壳的电场屏蔽效能最高;当内置PCB板介电常数增大时,谐振点的频率会随之降低,介电常数越大,谐振频率越低。

参考文献

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网络传输阵篇7

关键词：闽南“宋江阵”,现状,研究,发展

一、闽南“宋江阵”研究概况

对于“宋江阵”的研究, 在福建最早见于《中国民族民间舞蹈集成·福建卷》。始编于1982年, 历时9年完成, 出版于1996年2月。该书收录了最为完备的福建地方舞蹈文化历史文献资料。收录了在全省流传过的民族民间舞蹈中的精华部分。编录了大鼓淳伞、拍胸、彩球舞等具有代表性的传统舞蹈及部分大革命时期的群众歌舞。该卷为研究和认识福建地域性舞蹈文化提供了全面而详实的史料记载。其中就将“宋江阵”列入民间舞蹈系列, 作了较为详细的记录, 编辑部成员还深入民间录像保存。此后的《中华舞蹈志》是由文化部在全国范围内组织编写的舞蹈志书。全书从1999年开始, 分省、自治区、直辖市各卷陆续出版, 并被列入全国“九五”艺术科学规划重点项目。《中华舞蹈志》系统记述了中华各民族舞蹈的历史渊源、衍变风格、演出形式、音乐伴奏、服饰道具、以及有关风俗节令、信仰礼仪、工艺美术、文献考古等史料, 填补了中国文化史料和研究的一项空白。其中的《福建卷》是在已经出版的《中国民族民间舞蹈集成·福建卷》基础上, 再次深入民间收集、调查、研究大量原始素材之后完成的, 是一次大发展和提升。从历史的、社会的、民俗的、艺术的角度进行拓展, 使其更具研究价值、文史价值和学术价值。该书再次将“宋江阵”列入福建武术类民间舞蹈系列, 描述更为详尽。

大陆对于宋江阵源流、传播以及现状、发展的研究论文, 所见甚少, 先后有厦门台湾艺术研究所吴慧颖的《闽南民间游艺的文化解读-以宋江阵为例》 (发表于《闽南文化研究》第4期, 2003年8月出版) , 以及广州体育学院武术系蔡莉与湖北省经济学院体育科学研究所兰自力联合撰稿的《对宋江阵传人我国台湾地区及发展状况的研究》 (发表于《武汉体育学院学报》第4O卷第1l期, 2006年11月出版) 、《对民俗艺阵宋江阵源流、特征及传承的研究》 (蔡莉、兰自力撰稿, 发表于《体育文化导刊》2007年第7期) 等。

吴文从文化学的角度解读“宋江阵”, 提出:“宋江阵”是由“原来单纯表演武艺的‘套宋江’活动, 与民间装扮小说历史人物的传统相交揉, 为配合民俗活动娱神娱人的需求, 舞蹈的成分逐渐增强, 并有意识地套用一些情节故事, 后来逐渐搬上野台演出称‘宋江仔’, 最后演变成高甲戏剧种。宋江阵的形成与发展是地狱社会历史文化的多重沉积, 在延续源自中原的武舞军乐传统的同时, 以傩仪和扮演的方式, 表述社群历史记忆与地方民间话语, 通过民间游艺活动的狂欢化达成官方话语与民间话语的和解与互动。”蔡莉、兰自力《对宋江阵传人我国台湾地区及发展状况的研究》一文, 则从宋江阵传入台湾的途径、表演特色以及发展状况等问题进行了研究。2008年, 厦门大学体育教学部胡立虹副教授的《闽南地区“宋江阵”发展现状及对策》一文 (发表于《体育科学研究》第13卷第2期) , 则运用文献资料法、专家访谈法、问卷调查法等研究方法, 对闽南地区“宋江阵”的分布情况、组织形式、群体结构、参与动机、物质设备等发展现状进行调查分析。

相比而言, 台湾学界对于“宋江阵”的研究, 更为热烈。

至于将宋江阵与民俗技艺文化经营推展相关的论文, 有粱恩嘉的《大部花鼓阵对居民社区意识觉醒及社区发展之研究》、邱莉惠的《民俗艺术教学中学校与社区互动关系之研究——以嘉义县S国小为例》、李俊贤的《艺术村之定位与永续经营探讨——以南瀛总爷艺文中心为例》、黄琼莹的《高雄文化生活发展策略之研究》、周小婷的《高雄县民俗技艺团体“顺贤宫宋江阵”永续经营策略之研究》等。

二、闽南“宋江阵”的现状及其发展

提及“宋江阵”的现状, 不得不县提及古代宋江阵的乡间功能及其组织。

在古代, 宋江阵是被视为“尚武”精神的表现, 也属民间村落的传统体育。更属宗族社会的典型产物。宋江阵的强大与否, 标志着某一宗族的强大与否。这是因为闽南古代除了抵御倭寇外, 还时常因种种原因发生宗族械斗。因此, 习武成为捍卫宗族权益的必备手段, 而展示宋江阵则成为呈现本宗族实力的表征。故而在一些共同的庙会中, 赛宋江阵成为各宗族之间互相显耀自身实力的手段。与其说宋江阵依附于庙宇, 不如说宋江阵依附于宗庙。是以在古代乃至民国期间, 最兴盛时, 闽南的村庄普遍都有“宋江阵”。以同安为例, 过去, 70%-80%的村庄都有“宋江阵”。

今日闽南的“宋江阵”现状, 据厦门大学体育教学部胡立虹副教授2006到2008年间对闽南的全面问卷调查结果显示:闽南“各地区的宋江阵的组织, 大部分是由村或武馆来负责组办, 以节庆神诞及团结乡里为由, 招募地方上对‘宋江阵’有兴趣者加入, 然而担任‘宋江阵’师傅或是指导的武术教练, 大部分是业余性质, 由村庄‘宋江阵’老一辈的人物或是各武馆的武术教练担任, 队员则多是地方上留守的中老年人及儿童, 但是由于价值观念的改变、外出谋生人员的增加及组织经费的不足, 使得招募情况并不理想。”目前, “闽南宋江阵由于面临着技艺流失、资金短缺和人才匮乏等困境, 如今还有排练‘宋江阵’的地方为数不多”。“现今闽南地区有排演‘宋江阵’的队伍为13支。分布情况为:厦门5队 (同安区3队、湖里区1队、翔安区1队) , 漳州5队 (龙文区1队, 龙海4队) , 泉州3队 (鲤城区1队、南安1队、晋江1队) 。在现今闽南地区还存有许多在内容、形式、摆阵过程等与“宋江阵”极其相似的武术阵头, 但其称法却不同, 如‘相公阵’、‘连环八卦阵’等。还有待进一步的核实、研究、论证”。1这里说说的“相公阵”, 应是“宋江阵”的别名。据台湾专门研究宋江阵多年的黄名宏先生研究认为:宋江阵跟《水浒传》有关系的只有“宋江”两字, 因“宋江阵”所拜的“宋江爷”不是宋江本人, 而是许多传统戏曲的祖师爷——田都元帅, 田都元帅在戏曲行业中又被称为“相公爷”, 而闽南语的“相公”与“宋江”谐音, 加上各地方方言声腔各异, 以讹传讹的结果, 就变成“宋江阵”而非“相公阵”。“相公阵”就是“宋江阵”的别名。而“连环八卦阵”则更是“宋江阵”的精华, 台湾的“宋江阵”中, 另一起源之说, “宋江阵”系清末晋江武术名师蔡玉鸣所创, 后由闽南武师传入台湾。“宋江阵”的精华为“连环八卦阵”, 由32人演练, 分为8组、4人一组;一人持刀盾, 3人持棍棒进行攻防对练, 各组之间还可循环穿插, 变换各种队形, 场面威武壮观, 令人叹为观止。故闽南现存的“连环八卦阵”亦可视为“宋江阵”。

之所以造成闽南“宋江阵”濒危的原因, 其根本在于社会的变异。民国时期, 闽南宗族之间械斗极为频繁, 故“宋江阵”尚可存活。解放以后, 社会日趋稳定, 民间械斗被严格禁止, “宋江阵”在表现庙会中宗族实力的功能自然消亡。加上文革期间, 收缴民间所有器械, 闽南习武的风气大减。随后的社会价值取向, 也使得原本承担“宋江阵”主力成员的年轻人, 大量外出谋

手在艺术作品中的运用和体现

付梅胜 (中国铁道博物馆北京100000)

如果说, 眼睛是心之窗, 那么, 手则为心之态, 能起到传达情感的作用。一个紧张的人, 即使表面隐藏得再好, 手亦会不由自主地颤抖;一个胸中藏着怒火的人, 会不自觉地攥紧拳头;一个焦虑的人, 会下意识地来回揉搓双手;一个害羞或是胆怯的人, 会很想抓着某样东西来掩饰情绪, 或者抓自己的衣角, 或者拉自己的发稍, 或者不停地扶自己的眼镜。从一个人的手比较容易判断出他的真实心理。无数的艺术巨匠们向我们证实了手的这种表现力, 我们从他们的绘画和艺术作品中可以得到非常充分的体验。在世界上全部美术作品中, 那些最富于艺术感染力, 最生动逼真的视觉效果, 全部都集中表现在手上。当观者看到俄罗斯画家卡尔耶夫的作品《母亲》时, 便会深深被其悲伤氛围所打动。这只扶着头的苍老的手生动地传达了母亲的苦难和哀愁。让人不禁为之感叹。画面中的手, 只不过是一个局部, 可是, 这个局部同样能表达人物的性格特征和思想感情。也能使观众联想到它所描绘的人的出身、经历。有时往往是语言无法表达的涵义, 通过手却能准确地表达出来。人有喜怒哀乐, 而手在这种表情中, 表现得尤其充分。它不仅满足了画面人物的表达, 也为我们理解作者的心灵开启了一扇窗, 是人的“第二张面孔”。

一、手在绘画作品中的情感传达作用

手通过画家的感情和艺术表现手法再现出来时, 就不再是纯客观的了。不同的画家对手有不同的表现方法, 传达着不同的情绪情感。每一个画家都会让他笔下的手来适应某种情感需要。罗丹在他的艺术论中说:“无论拿何种杰作的片段, 你能在这上面知道作者的心灵。如果你喜欢的话, 请你把两幅画比较一下吧, 一幅是提香的, 另一幅是伦勃朗的。提香所画的手是为掌权的, 伦勃朗所画的手则谦逊, 勇敢。”这句话充分说明了不同画家

生, 遂使“宋江阵”的主力队伍流失, 专业人员馈乏。以至於现在连一个完整的36人“连环八卦阵”都无法排练出来。“各地区宋江阵的开展呈现出不平衡的特性, 每年参加表演的次数也有所差异。每年表演3场以上的队伍仅占有17%;1—2场占33%;有5O%只是在有需要才偶尔表演, 每年没有固定的表演计划。表演一般多在春节、元宵、佛诞等传统节假日。”2

令人欣慰的是, 2005年9月, 厦门翔安区政府出台了《厦门市翔安赵岗宋江阵表演团组建实施方案》, 2007年, 厦金宋江阵被列入福建省第二批省级非物质文化遗产, 都将使“宋江阵”这一闽南民间瑰宝从民间自发组织转向政府扶持, 得到更加有力的保护。2007年10月28日, 舞台版的“宋江阵”在同安首届民俗文化艺术节的闭幕式上首演, 使宋江阵由广场庙会走向舞台, 将更加精美。

目前, 宋江阵已列入2008年同安民俗文化重点扶持项目之一, 厦门同安区除了在相关镇设立传承点之外, 还选择了厦门华兴学校作为这一民俗文化传承与创新的试点单位。据了解, 华兴学校已把宋江阵列为教学科目之一, 在学员中选拔成绩优良的同学参加宋江阵的培训, 参加演练宋江阵的学生初中、高中都有, 这支阵容庞大的宋江阵队伍打破了自古以来全部由男性扮演的常规, 女同学也在其中扮演了重要角色。现在这支数十人的队伍中, 女生占了相当大的比例。作为宋江阵主力的陈梨君曾在本市的武术赛事中获得剑术地一名, 队长叶婷婷还曾经拿过海南国际太极拳比赛冠军。学校负责人告诉我们, 在不久前的同安区首届民俗文化艺术节中, 从来未上过舞台的宋江阵成了上台表演的亮丽节目, 博得了一致的喝彩和好评。

会赋予手以不同的情感。

达芬奇对解剖学的热衷, 为他理解手的结构创造了扎实的基础。用写实的方法画手, 最大的优势就是细腻精致。以至于他笔下的那些男神女像都被赋予了统一的优雅与安静的气质。最具有代表性的就是《蒙娜丽莎》了。卢浮宫的这幅画像总是遥遥领先地控制着参观者的数量, 并以经久不衰的魅力吸引着世界各地人们的目光。她从头到尾流露着神秘和优雅。海因里希·沃尔夫林在《意大利文艺复兴导论》中这样描绘:“画中的妇人侧身坐着, 上半身偏移, 而脸几乎是全正面的。她辅之以手臂的动作, 一只手搁在椅子扶手上, 另一只手前伸, 呈透视短缩状态, 一只手搭在另一只手上。他画上这双手并不仅仅是为了装饰, 因为这双姿势宁静的手大大加强了性格的表现, 而且让人感受到这些敏感手指的微妙触感。”没错, 自从达芬奇的这幅画作问世以来, 不同历史时期的画家们就试着用不同的方式来呈现或在她身上创造某种趣味, 但不管他们怎样改变蒙娜丽莎的状态:给她披上头巾或嘴里叼着烟卷, 又或给她带上墨镜, 甚至去掉那招牌式的微笑。她的那双手的姿态却没有改变过, 人们还是可以从这双手中体会到她的典雅和优美。

十九世纪末开始, 越来越多的画家运用夸张的表现方法去表现手。所谓夸张, 一定是建立在对结构和运动的把握上。当运用夸张时, 我们会把一只肥胖的手画得更胖, 把一只消瘦的手画得更瘦古嶙峋。无疑, 夸张使画面更具有表现力。

文森特·梵高对手的变形处理尤其具有强烈的个人情感。他对于透视和解剖在其艺术道路初期是十分厌恶和反感的, 说他文饰也好, 笨拙也罢, 他终究是将这种变形渗透到了他的每一幅画作当中。他自己在给弟弟提奥的信中所说的:“……我所企盼

不仅于此, 前不久, 同安区文化馆馆长袁和平随剧团到金门演出, 无意中发现金门烈屿乡西口小学正在操演宋江阵。从小练习过宋江阵的袁和平悉心观赏, 发现其风格与厦门 (同安) 宋江阵非常相似。在当地热心人士吕合成的联系下, 双方进行了宋江阵的文化交流。现在金门县好几个地方都有宋江阵, 乃是古时厦门 (同安) 师傅所传。金门古称浯岛, 至今金门人仍认为厦门的宋江阵是正宗的。交流中, 金门方面希望厦门能有师傅再到金门向年轻一辈们传授宋江阵的技艺, 没过多久, 袁和平和造水村民江锯、江开良三人组成宋江阵教练组, 来到一水之隔的金门县烈屿乡, 为当地的西口小学学生担任了一个月的宋江阵“教头”。在他们的技术指导下, 西口小学的“小宋江”技艺大有长进, “林冲的枪法”、“李逵的斧头”、“关胜的大刀”耍弄起来得心应手, 虎虎生风。这一举动, 再度拉开闽台“宋江阵”表演交流的序幕, 今后, 随着两岸文化交流的扩展, 我们相信, “闽南宋江阵”这一文化瑰宝将再度在闽台两岸发扬光大。

参考文献

[1].见胡立虹《闽南地区“宋江阵"发展现状及对策》, 载《体育科学研究》第13卷第2期第5页, 2009年4月出版

幅相一致性发射阵研究篇8

1 国内外幅相行波管现状

国内对幅相一致性行波管研究有一定的基础和技术水平,成都国光电气股份有限公司(国营776厂)、中国科学院电子学研究所、南京三乐集团有限公司(国营772厂)、中国电子科技集团第12研究所对此都有比较高的设计水平,较好地掌握了单管设计和生产,成品率较高;掌握了一套行之有效的外线路相位及增益补偿技术;研制了一些国外的替代行波管。

国外具有代表性的生产厂家,主要有法国的Thomson公司、美国的CPI公司和以色列的Elta公司。他们在生产能力、成品率、可靠性寿命等方面比国内的要好。

2 行波管的幅相一致性

行波管多管功率合成对于行波管本身的幅相一致性要求是很高的,由同一振荡源出来的信号经过分路器到各个发射单元,移相后通过单个行波管放大;如果本身行波管相位不一致将导致波束形态和指向的严重混乱,并导致功率合成的效率下降。同时,增益的一致性也影响合成效果。一般要求相位不一致性优于±20°,增益不一致性优于±1.5 dB。

下面列出法国TH3998型高功率螺旋行波管幅相灵敏度:灯丝电压相位灵敏度为3°/V;阴极电压相位灵敏度为0.5°/V;栅极电压相位灵敏度为5.0°V;收集极1电压相位灵敏度为0.005°/V;收集极2电压相位灵敏度为0.005°/V;射频激励相位灵敏度为10°/dB;阴极电压幅度灵敏度为0.005 dB/V;栅极电压幅度灵敏度为0.1 dB/V。

可以看出这样优越的一致性行波管,是完全可能实现空间功率最佳合成的。

2.1 功率合成的理论计算

假定两个行波管进行空间功率合成,则有

其中,P1+P2是双管合成进入合成器的总功率,不考虑本身的反射等其他因素。叠加后特性阻抗:Z0=2Zi。传输功率应为

合成效率定义为

为了达到功率合成的最佳效果,假定要求合成效率至少保证在90%以上,由公式可以得出,行波管输出功率幅度偏差要求在1 dB以内,相位偏差在15°以内。

3 发射阵的基本组成

具备了较高幅相一致性的行波管,还要有必要的雷达发射系统组件。子阵发射机基本上由高频链路、电源、冷却组件、控制和保护组件、调制器等组成。

高频链路主要由移相器、前级固态放大器、可变衰减器、增益均衡器、行波管、双定向耦合器、波导和同轴元器件组成。

电源包含了低压电源、调制器电源、高压电源、钛泵电源、灯丝电源等;高压电源的设计应使电压对行波管电压相位灵敏度的影响尽可能小,对螺旋线电源、收集极1电压和收集极2电压的纹波和稳定度有较高的要求。参照法国THALE管的性能参数,要求纹波不超过10-4、稳定度1‰。

控制和保护组件由采样电路、接口电路、控制电路组成,对于阵面的安全工作起着至关重要的作用。

调制器由调制预调器、脉冲变压器、高电位调制电路组成。子阵发射机组成框图见图1。

3.1 CAN总线控制保护体系

由于阵面是由多个子阵组成,相互之间的通信可以用现场总线(CAN-Control Area Network)来实现。这种典型的分散式控制系统具备实时控制的串行通信网络,位速可以高达1 Mb/s,同时设计成本廉价,安装方便,易扩展,USB与主机相连,支持即插即用和热插拔。基本的CAN总线网络硬件连接,见图2。

软件设计中主机可以使用CAN卡和计算机PCI总线连接来实现上位机(工控机)和下位机(由单片机和CAN控制器组成)的信息交换通信。上位机采用VC 6.0的编程事件响应程序,下位机通过上位机的人机界面控制对应的响应程序进行工作,从而实现主机对多下位机的控制,实现子阵发射机的协调工作和通信。

下位机利用单片机的C编程和SJA1000控制器的初始化编程及一些程序实现接收发送功能。

采用CAN总线的模式设计控制保护分系统(主要由数字控制板、模拟接口板、控保电源组成),以实现整体雷达发射阵面的控制保护。控制的节点有:低压控制、高压控制、调制控制、高频控制和相位控制。保护的节点有钛泵电流、高压过压、欠压、管体电流、收集极电压、功率、温度、流量。

3.2 行波管的供电

1)采用阴影栅控实现脉冲调制的TWT,调制器浮在阴极高电位上,调制器功率小,电压也低。

2)灯丝电源也浮在高电位上。

3)行波管采用降压收集极,TWT采用2级降压收集极,目的是提高TWT的效率。

4)高压电源采用串联馈电方式。

行波管供电示意图见图3。

4 幅相一致性的补偿

对于十多个行波管或是更多子阵组成的发射阵面,借助必要的一致性补偿可以很好地提高行波管发射阵面的效率。

法国TH3998型TWT阴极高压的相位灵敏度为0.5°/V,阴极相位灵敏度最高,阴极电压按照15 kV计算,假定有16台行波管组成发射阵面,相互之间管子对于基准管的相位差是固定的φj1。

输入的功率总和为

合成功率为

假定φj1满足正态分布,考虑到补偿后行波管的较高一致性,假定相位差的均值为0,方差满足99%在±15°以内的概率函数值,经过计算,取方差为0.05。

假定Kj1是一致的,也是服从1 dB偏差的正态(均值为1,方差满足99%在1 dB的范围,这里取方差也为0.05)。

行波管本身的性能比较优良,或是在移相器的补偿改进了幅相一致性的条件下,假定一组随机离散样本,通过计算可以粗略估计出效率高达99%。可以看出性能优良的行波管加之必要的移相器作用,行波管发射功率合成效率的要求是完全可以实现的。

采用数字控制的移相器的选择取决于移相补偿精度与允许最大插入损耗。通过对多管的相位进行相对精确的移相,使之同步更好,对最终的合成效率影响是巨大的。下面考虑几个主要方面的细节。

第一,为满足幅相一致性要求,对TWT各极供电电压有严格要求,避免因电压变化引起的幅相漂移超出规定的范围。在高要求的情况下,由TWT灯丝电压变化影响产生的相位漂移也要加以考虑。设计的时候,应考虑到一定的冗余,一般设计按照效率90%来计算较为合适。

第二,发射阵面各发射单元的电长度是影响发射机相位的一个重要因素,应使各发射机单元电长度的误差小于一个波长。为了实现相位一致性和测量方便,移相器在一个波长尺度内调节比较合适。

第三,在增益或是输出功率的一致性通过严格的工艺基本可以保证设计要求之后,在行波管输入主路中接入具有线性移相特性的半刚性同轴电缆可以实现基本的相位补偿。这种补偿电缆由矢量分析仪确定参数,并由专用工具完成制作,电缆长度的误差不应超出0.1 mm。

第四,调节移相代替电缆进行动态调节相位的补偿,可以大大提高补偿的质量。具体的移相测试框图见图4。

采用数控移相器,进行发射机单元在一个波长内的相位补偿,获得最大的输出功率。

行波管的带宽一般比较宽,为了能确保发射阵在带内线性调频时良好的幅频与相频特性,还需要加入低相移的电调衰减器补偿发射机激励信号。

5 结束语

基于行波管组建的发射阵面,其先进实用的幅相一致性行波管是电子对抗、大功率宽带相控阵雷达等现代新型军事电子装备的核心器件。采用多管行波管多波束合成技术,在理论上能达到的功率是无限的,可以弥补单管功率不足的缺陷。研制幅相一致性发射阵对现阶段提升电子管雷达发射机发射功率有重要的意义,能够更好地满足现代国防建设的需要。

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