随着雷达导引头在弹载方面的广泛应用，导引头的抗电子干扰能力成为一项关键技术。雷达频率综合器作为雷达系统的核心部件，其产生本振信号的质量对雷达系统的抗电子干扰能力具有决定性影响，这对本振信号的跳频带宽、相位噪声、杂波抑制度、平坦度等参数指标提出了更高的要求。本文运用直接数字频率合成(DDS)技术和先进设计系统(ADS)仿真技术进行宽带阻抗匹配，采取有效信号串扰隔离技术，使雷达频率综合器的 X波段本振信号的各项指标得到明显改善。通过实验测试，本振信号可以实现快速跳频，跳频带宽达到 500 MHz，提高了雷达的抗干扰能力；相位噪声优于-98 dBc/Hz@1 kHz，有效改善了雷达导引头的接收灵敏度。

该文通过有限元仿真获得微机电系统(MEMS)声学传感器在Parylene-C封装前后的灵敏度变化, 并以集**数等效电路模型推导出器件的接收灵敏度与电压激励下薄膜振幅的转换系数Krt, 从而探究了Parylene-C封装对器件功能的影响。测试结果显示, 器件的接收灵敏度和振幅均值在封装后分別降至原有的42%和48%, 两者降幅相近, 这表明封装前后Krt不变, 因此, 通过测量谐振振幅可评估器件灵敏度的变化。采用此方法对同一批器件进行快速筛选, 可提高效率; 同时仿真得到封装后的灵敏度降至55%, 与振幅测试结果相近, 二者相互印证。

条带型接收换能器是随钻声波测井仪的关键器件, 其声学性能直接影响测量信号的质量。利用有限元法对条带型接收换能器进行设计分析。结果表明, 接收换能器中的压电片采用并联接线方式接收灵敏度较高, 在钻铤波隔声阻带内接收灵敏度起伏小于20 dB。在此基础上分析了压电片个数及几何尺寸对换能器接收灵敏度的影响。条带型接收换能器的压电片个数越多, 压电片厚度越大, 钻铤波隔声阻带范围内接收灵敏度越高, 有利于提高地层波信号测量; 压电片高度越大, 压电片宽度越小, 钻铤波通带范围内灵敏度越低, 有利于降低钻铤波信号能量。数值模拟结果对随钻声波测井仪条带型接收换能器的设计及制作有良好的指导作用。

压电微机械超声换能器(PMUT)在医疗阵列成像、手势识别、内窥成像、指纹识别等领域有着重要的应用, 而灵敏度等性能是影响其成像质量的主要因素。该文对基于PMN-PT圆形压电复合振动膜的压电微机械超声换能器等效电路模型进行分析, 并通过有限元法研究了压电层PMN-PT厚度对PMUT的发射电压响应、接收灵敏度的影响。仿真结果表明, 当压电层厚度为4.5 μm(厚度为基底厚度的90%)时, 换能器的发射电压响应级最大, 达到191.6 dB, 接收灵敏度级随厚度的增加基本呈线性上升趋势; 当压电层厚度为5.1 μm(厚度为基底厚度的102%)时, 回路增益(损耗)最大, 达到-64.50 dB。

该文设计了一种基于1-1-3型压电复合材料的直线型换能器阵列, 并采用有限元法分析了阵元的导纳特性。应用有限元法对比分析了基于1-1-3型和1-3型压电复合材料直线型换能器阵列的电导, 以及阵元位置对电导的影响。为进一步验证仿真结果, 该文设计了一种“一体成型”的换能器阵列制备工艺, 并制备了实验样品。实验结果表明, 1-1-3型直线型换能器阵列比1-3型直线型换能器接收灵敏度一致性稳定提高4 dB, 发射电压响应的一致性稳定在0.6 dB内, 有效地提高了高频换能器阵的阵元一致性。

该文设计研制了一种能耐20 MPa静水压的压电陶瓷圆管检波器。首先利用理论分析与有限元仿真相结合的方法, 对压电检波器的谐振频率、接收灵敏度及耐压性能进行了分析计算与对比验证, 进而研制样机, 并采用密闭腔比较法和耦合腔互易法测试了样机在常压和20 MPa静水压下的接收灵敏度。结果表明, 该压电陶瓷圆管检波器在常压条件下的低频接收灵敏度为(-201.9±0.5) dB, 测试频段为1 Hz~2 kHz; 在20 MPa加压条件下的低频接收灵敏度为(-197.7±0.4) dB, 测试频段为20 Hz~1 kHz。该文研制的压电检波器满足目前海洋深部地震勘探的接收灵敏度及工作频段要求, 对深水地震勘探仪器的研制具有重要意义。

针对高压单芯交联电缆密封接头内部在线测温应用场景, 该文设计了一种内置式无源无线声表面波传感器及其读取器。着重介绍了实现传感器响应信号高灵敏检测的射频电路设计细节。将高压电缆铜线芯变成传感器接收天线的一部分, 由于电缆线芯与读取天线的耦合作用, 增强了响应信号。读取器采用高增益偶极子天线和自适应发射功率调节, 提供足够强的激励信号; 通过有效抑制或阻隔沿“路”或“场”传播的高频干扰, 提高了信噪比和接收灵敏度。110 kV电缆试验结果表明, 在接近实际运行条件下, 所研制的样机不仅通信效果良好, 且测温数据能准确反映电缆密封接头内部温度变化。

依据漫反射目标探测的信号与噪声的统计特征, 对相干激光雷达的探测信噪比、接收灵敏度等关键参数进行仿真分析与研究。结果表明, 接收灵敏度与探测概率和虚警率性能要求密切相关, 同时也会受到目标速度动态范围以及所选取的波长的影响, 采用多次探测的方式对接收灵敏度有明显的提升作用。研究结果对相干激光雷达的总体设计具有重要意义。

高级多电平调制格式在海上高速和高光谱效率的光通信中已经显示出巨大的潜力。将正交相移键控(QPSK)调制格式引入自由空间光(FSO)通信, 实验证明可实现高达50 Gbit/s的高速FSO传输链路, 能够清楚地观察到所发送的QPSK信号的眼图和星座图。通过比较传输之前和之后的误码率曲线, 可以发现接收灵敏度都小于-36.7 dBm。当误码率为3.8×10-3时, 它们的功率损失都小于4.2 dB。

零差相干激光通信系统具有高速率及远距离传输的特性，在星间高速激光通信骨干网中占有重要地位。分析了光学锁相环的工作原理并建立了相应的数学模型，得到了光学锁相环的开环及闭环传递函数，推导了误差传递函数，分析了环路带宽的影响因素。分析了锁相环路中的相位噪声误差，建立了误差因素、探测灵敏度以及环路带宽之间的关系。分析得到锁相环的优化带宽为1.5 MHz，测试了接收机的误码率。当通信速率为5 Gbit/s、调制方式为二进制相移键控时，得到接收机的接收灵敏度为-41.4 dBm，误码率为10-7。