强激光与粒子束
2024, 36(4): 043012
与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同，本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处，通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场，并选择合适的偶极子天线长度，就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明，创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致，球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活，可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑，这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。
物理光学 球形聚焦光斑 偶极子天线 4Pi聚焦系统 光学学报
2024, 44(10): 1026033
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
【目的】针对自由空间光（FSO）链路和射频（RF）链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题，为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能，同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性，需要对可重构智能表面（RIS）辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究，以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。
【方法】文章考虑单个窃听者，分别针对RF和FSO链路进行窃听，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议，推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率（SOP）和严格正安全容量概率（SPSC）的闭合表达式，并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。
【结果】仿真结果表明，将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP，RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时，天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。
【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性，虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能，但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落，天线相关性也会对系统的安全性能造成损害，通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。
光通信 混合射频/自由空间光通信系统 可重构智能表面 天线相关性 物理层安全 optical communications mixed RF/FSO communication system RIS antenna correlation physical layer security 光通信研究
2024, 50(2): 22005601
1 广东工业大学 信息工程学院，广东 广州 510006
2 北京科技大学 新材料技术研究院，北京 100083
3 Department of Organic Chemistry，University of Chemistry and Technology Prague，CZ-16628 Prague，Czech Republic
本文设计了一种以液晶聚合物为介质基板的频率可重构天线，通过调节贴片的位置及尺寸实现天线的阻抗匹配。制备聚合物分散液晶薄膜作为天线的介质，并根据液晶与聚合物的比例分别为7∶3、6∶4、5∶5这3种不同配比以及50 μm和100 μm两种不同膜的厚度来考察其效果。在电场作用下，液晶微滴会沿着电场方向重新取向排列，通过改变驱动电压的大小，实现天线的频率可重构。经过对比分析得出，液晶含量（质量分数）为70%的聚合物分散液晶薄膜具有最佳的效果，在48 V的驱动电压下实现了62 MHz的频率连续调节，天线的最大增益为3.5 dBi。该基于液晶聚合物的频率可重构贴片天线结构简单、体积小、质量轻，易于集成在各种移动设备中，发展前景广阔。
液晶聚合物 频率可重构 贴片天线 liquid crystal polymer frequency adjustable patch antenna 强激光与粒子束
2024, 36(1): 013002
强激光与粒子束
2024, 36(1): 013011
陆军工程大学石家庄校区 电磁环境效应国家重点实验室，石家庄 050003
无人机易于受到高功率微波干扰和损伤，无人机机载天线是高功率微波干扰的重要耦合途径。为了研究无人机机载天线高功率微波耦合响应，以数据链天线和导航接收机天线为研究对象，根据无人机实际布局，建立高功率微波辐照下无人机机载天线的耦合模型，通过仿真天线辐射模型远场辐射方向图及S11参数验证天线模型的准确性，得到不同辐照场景和高功率微波辐射场参数下数据链天线和导航接收机天线端口的耦合电压，并进行了典型场景试验验证，结果表明：L波段高功率微波辐照下数据链天线的耦合电压较S、C和X波段更高，相较于水平极化，垂直极化辐射场对无人机数据链的干扰效果更佳，耦合电压与辐射场强成线性关系，受脉宽和前沿的影响较小；空中高功率微波辐照场景下导航接收机天线的耦合电压较地面高功率微波辐照场景更高，该研究将在高功率微波**打击无人机方面提供理论参考依据。
高功率微波 无人机 数据链天线 导航接收机天线 耦合响应 unmanned aerial vehicle high-power microwave datalink antenna navigation receiver antenna coupling response 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033006
西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
针对传统天线选择算法在完全广义空间调制（FGSM）系统中运用会出现局限性且误码性能不理想等问题，提出一种基于皮尔逊（Pearson）相关系数的选择算法，其基本原理是根据不同位置的光电探测器与发光二极管组合之间的Pearson系数相关性进行天线选择，能够提升FGSM系统性能及扩大使用范围。结果表明：当误码率为10-3时，在发射天线数量为4、调制方式为脉幅调制的情况下，FGSM系统的传输速率相较于广义空间调制增加了1 bpcu（bit per channel use）；采用基于Pearson相关系数选择算法后的完全广义空间调制-多输入多输出（FGSM-MIMO）系统相较于随机选择算法所需信噪比改善了5.1 dB，相较于最大范数选择算法改善了0.8 dB。综上所述，在同一时刻发送相同信息的情况下，基于Pearson相关系数选择算法的FGSM-MIMO系统在光空间通信领域具有更好的发展前景。
光通信 多输入多输出 完全广义空间调制 天线选择算法 皮尔逊相关系数 误码率
1 江苏大学 电气信息工程学院，江苏 镇江 212013
2 中国电子科技集团公司第五十五研究所，江苏 南京 210016
本文提出了一种基于 CMOS 0.18 μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵，各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中，差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容，将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极，增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度，实现高响应度。其次，该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器，可有效放大混频后的信号，进而提高系统信噪比，最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1 × 3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点，将电压放大器布置在天线地平面下方，提高了芯片面积的利用率，有效降低了制作成本，整个系统的面积为0.5 mm2。测试结果表明，当场效应管的栅极偏置为0.42 V时，该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度（Rv）最大可达到43.8 kV/W，对应的最小噪声等效功率（NEP）为20.5 pW/Hz1/2。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。
互补金属氧化物半导体 太赫兹 探测器 宽带天线 高响应度 CMOS THz detector broadband antenna high responsiveness
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
本文理论分析和实验测量研究了微波相位噪声对里德堡原子天线微波混频信号的影响。通过研究微波混频信号的相位噪声项,建立在信号场中加入相位噪声后微波混频信号强度变化的理论模拟图。实验基于室温铯原子气室中里德堡原子电磁感应透明光谱,实现里德堡原子|64S1/2?→|64P1/2?态的电偶极跃迁,得到频率13.806 057 GHz与13.806 000 GHz的微波场混频信号。同时,对混频信号强度的参数依赖关系进行研究。经实验发现,基于里德堡原子天线微波混频信号强度与参考场的功率有关,优化功率参数条件下,参考场可以实现约20dB的混频信号增强;当参考场调控里德堡原子达到微波混频效率最大时,在信号场中加入相位噪声,会导致混频信号强度的显著降低。
里德堡原子天线 相位噪声 微波混频信号 电磁感应透明 Rydberg atomic antenna Phase noise The microwave mixing signal Electromagnetically Induced Transparency 量子光学学报
2023, 29(2): 020501
