光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件, 具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延 (MBE)方法制备 InGaAs/InAlAs超晶格作为 1 550 nm光电导天线的光吸收材料, 使用原子力显微镜、光致发光、高分辨 X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量; 通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了 4.5 THz的频谱宽度, 动态范围为 45 dB。

提出一种基于二氧化钒 (VO2)超材料的吸收器, 由 3层结构组成, 从上往下分别为 2个 VO2圆、中间介质层和金属底板。仿真数据表明, 该吸收器有 2个很强的吸收峰, 分别为 4.96 THz和 5.64 THz, 相对应的吸收率为 99.1%和 98.5%。利用阻抗匹配理论和电场分布进行分析, 阐明了吸收的物理机制, 并进一步分析了结构参数对吸收率的影响。所提出的吸收器具有可调谐的特点, 能够灵活调控吸收率, 为太赫兹波的调控、滤波等功能的实现提供了良好的方案。该吸收器在图像处理、生物探测和无线通信领域都有潜在的应用。

太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势, 是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差, 难以支持长距传输问题, 设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。以现有常见材料作为光纤基底材质, 通过创新光纤结构中空气孔排布方式, 抵消材料高吸收损耗, 以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。选择最优参数, 实现 6个 OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。在 0.2~0.9 THz宽波段内, 实现模式纯度超过 88.9%, 限制损耗小于 10-7 dB/m。通过软件仿真实验设计, 解决了太赫兹与 OAM技术相结合的关键问题, 为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。

复杂地物目标的近垂直后向散射特征是影响雷达高度表回波波形的重要因素之一。对近垂直后向散射系数的获取主要采用基于参数模型的实测数据拟合方法, 但一般只适用于地势平坦且介质相对单一的地海面目标。本文基于机载雷达高度表, 针对复杂地物目标的距离-多普勒图像仿真实验数据和实测数据, 利用距离-多普勒域和地球空间域的映射关系, 提出一种后向散射系数的反演算法, 并对得到的后向散射系数进行定量分析。实验验证了提出的反演算法具有一定的适用性和参考性。

跳波束技术作为一种高通量卫星资源分配方法, 能够根据地面业务需求灵活配置星上资源, 提高星上资源利用率。本文将跳波束技术应用到低轨星座场景中, 针对用户业务先验未知和先验已知两种情况, 考虑波束间的共信道干扰, 基于迭代算法和凸优化制定了适用于低轨星座的两种跳波束资源调度策略。与传统策略对比, 能达到更高的系统吞吐量, 同时具有较好的时延性能, 且适应用户业务的不均分布。

为实现多天线无线系统中感知和通信的一体化波形设计问题, 提出一种基于加权优化的目标函数, 在完成数据通信的同时, 降低各天线波形之间的互相关性。利用梯度投影法设计了最优通信波形并作为初始迭代点, 而后利用最大化最小化算法得到一体化波形设计结果。仿真结果表明, 设计的一体化波形实现了通信性能和感知性能的权衡, 可用于多天线感知通信一体化系统之中。

随着无线通信用户数量的指数性增长, 宏小区用户数量超负荷, 边缘用户受邻近微小区的干扰逐步加剧, 导致整个小区的通信服务质量降低。为解决这些问题, 针对双层无线异构网络场景, 结合粒子群优化算法和小区范围扩展技术动态地调整微小区服务区域, 寻找出小区范围扩展最优偏置值, 缓解宏小区高热点区域负载压力并提高系统用户平均传输速率。仿真结果表明, 相比静态小区范围扩展偏置值算法, 利用动态小区范围扩展偏置选择的宏小区用户数量下降了近 10%, 即卸载了部分宏用户使其接入微小区, 达到为宏小区减负的效果; 微小区边缘用户的信干噪比相应提高了约 2 dB, 系统用户平均传输速率提高, 整个小区的通信服务质量有较大提升。

提出一种交叉耦合结构混沌信号源电路, 通过建立非线性混沌模型证明交叉耦合电路满足混沌振荡的条件。将电路拆分成 2个互补的两级混沌电路, 基于左右两边互补特性分析了交叉耦合混沌电路稳定性提升的机制。通过改变输出端口阻抗, 对混沌吸引子和输出信号频谱进行仿真和测试, 结果表明: 交叉耦合混沌电路维持稳定混沌状态的输出端口阻抗由常规混沌电路的 500 Ω以上降为 80 Ω以下, 稳定性提升 6倍以上; 输出混沌信号频谱分三段覆盖 1.5~11.4 GHz频段, 较常规电路提升 50%以上。

噪声对电磁辐射准确测量影响较大, 特别是对一些弱信号电磁辐射测量, 噪声影响不容忽视, 需要对测量结果进行修正。目前传统修正办法是合理设置频谱分析仪参数, 但不同频谱分析仪, 参数设置会存在差别, 这种方法通用性不强, 而且对电磁辐射测量结果精确度提高不明显。对此, 本文研究了频谱分析仪基底噪声及测量环境中噪声的特征, 提出了基于高斯白噪声的修正方法, 并通过实验进行分析验证。该方法能为电磁辐射准确测量与评估提供新的思路。

事件句的句法结构有助于语义理解。针对中文领域的事件检测任务, 本文设计了面向句义及句法的事件检测模型(BDD)以增强对事件句的理解能力。以基于来自变压器的双向编码器表示 (BERT)的动态词向量为信息源, 设计基于依存树的长短时记忆网络模型(D-T-LSTM)以融合学习句法结构及上下文语义, 并加入基于依存向量的注意力机制强化对不同句法结构的区分度, 在中文突发事件语料库(CEC)上的实验证明了本文模型的有效性, 精确率、召回率、F1值均靠前, 且 F1值比基准模型提升了 5.4%, 召回率提升了 0.4%。

为提高双偏振雷达在水凝物相态识别方面的能力, 利用双偏振气象雷达目标回波中的反射率因子 ZH、差分反射率因子 ZDR、差分相位常数 KDP、共偏相关系数 ρHV, 构造反射率标准差 SD (ZH )和差分相位标准差 SD (.DP )。将这 6个极化参数作为输入量, 通过统计美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的大量水凝物样本数据, 根据样本数随雷达回波参量分布, 提出了以 β型函数为隶属函数的模糊逻辑分类算法。该算法能够有效识别小到中雨(RA)、大雨(HR)、大滴(BD)、干雪 (DS)、湿雪 (WS)、冰晶 (IC)、霰 (GR)、雨雹 (RH)、大雹 (LH)9类气象回波和 1类地物回波 (GC)。选取美国 S波段的科罗拉多州丹佛地区的气象雷达 KFTG在不同时间点的观测资料进行测试, 识别结果与 NOAA提供的 Level Ⅲ数据中的水凝物分类结果基本一致, 验证了本文提出的模糊逻辑算法具有良好的分类效果。

在大数据时代, 依靠以机器学习为代表的人工智能技术从海量、复杂多样的电磁大数据中快速挖掘出有效的信息是当前的研究热点。面向电磁数据的机器学习算法具有多样性、多变性的特点, 要求相关人员具有专业能力与编程知识。为解决电磁大数据挖掘实现过程中的复杂编程问题, 提出面向电磁大数据的图形化编程平台, 将机器学习的各类算法组件化, 用户无需编写代码即可建立机器学习模型和工作流分析数据, 并以可视化的方式分析电磁数据, 帮助用户进一步理解数据, 具有快速开发与易上手的优点。

基于假名认证机制是保护车与路边设施间通信(V2I)隐私的有效方法, 传统的基于证书撤销清单(CRL)方法存在通信和计算开销大的问题。为此, 提出基于布谷鸟(Cuckoo)过滤器的轻量 V2I认证算法(CFLA)。CFLA算法通过局部信任中心(LTA)给其覆盖内的车辆分配假名, 并利用 Merkle散列树(MHT)存储车辆假名, 每辆车维持一棵独立 MHT。同时, 采用布谷鸟过滤器(CF)数据结构, 降低存储、计算和通信开销。安全性能分析表明, 提出的 CFLA算法能够具有防御中间攻击、重放攻击的能力。相比于相关的同类算法, CFLA算法降低了认证开销。

采用脉冲电流注入 (PCI)技术, 对差分信号接收芯片(DS26C32ATM)的敏感阈值进行研究。试验结果表明, 随着脉冲源电压的增大, 传输线上的注入电流增大, 差分信号接收芯片接口电路受到电磁脉冲干扰, 发生损伤。对损伤芯片进行失效机理分析, 定位故障。针对失效机理分析结果, 对差分信号接收芯片进行加固防护研究。试验结果为后续差分芯片的抗电磁脉冲干扰的性能试验提供可靠依据。

基于单片微波集成电路技术设计了一款 S波段频率可调谐滤波器芯片, 该可调谐滤波器芯片采用信道化结构, 通过选择不同通道实现宽调谐比。其中每个通道采用多级放大器与无源滤波网络级联的形式提高该滤波电路的选择性, 通过在无源滤波网络引入变容二极管实现通道频率的连续调谐, 该结构可在滤波器具备较高选择性的前提下实现宽调谐比。采用 0.25 μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管 (PHEMT)工艺设计了一款 S波段双通道信道化可重构滤波器, 仿真结果表明, 在 0~3 V控制电压范围下, 该滤波器中心频率调谐范围为 2.5~4 GHz, 带宽变化范围为 420~650 MHz, 调谐比达到 60%, 滤波器芯片尺寸为 3 mm×3.1 mm。该设计为片上可重构射频滤波实现宽频率调谐比提供了一条技术途径。

双极型晶体管性能统计分布在电离辐射之后会发生变化, 从辐射前对称的正态分布转化为辐射后非对称的对数正态分布, 这一统计特性转化缺乏清晰的物理图像。为了从微观机理层次解释这一转化过程, 通过大样本定制晶体管电离辐射效应实验, 获得基极电流、界面陷阱电荷辐射前后的统计特性, 发现两者统计特性转化具有一致性。基于基极电流的解析物理模型分析发现辐射前后基极电流统计特性转化源自于界面陷阱电荷统计特性转化, 并基于中心极限定理给出了界面陷阱电荷辐射前后统计特性转化的物理解释, 即界面缺陷面密度的分散性转化源于多个随机变量以乘积形式实现界面缺陷物理过程。