基于辐射零点独立可控的滤波天线技术研究
这是一篇关于滤波天线,多辐射零点独立可控,小型化,宽带,高带外抑制,实验验证的论文, 主要内容为天线作为通信系统中发射或接收信号不可或缺的射频前端,在移动数据迅速增长的5G时代承载着高效、精准和敏捷传输信息的重要使命,但随着多频段不同标准通信系统中射频器件的不断增加,天线的口径面积受到了越来越高的限制,而复杂的通信环境又对不同频段的信息传输造成越来越严重的干扰,因此高速高质量通信的急迫需求和系统资源的严重匮乏之间的矛盾日趋突显,已成为当前射频前沿技术亟需重点研究的热点和解决的难点。为了解决以上突出的矛盾和困难,本文针对滤波天线集成设计的思想和方法。即把天线和滤波器集成为一个综合的滤波天线(Filtering Antenna,FA)嵌入式模块,进一步开展微波无源器件与天线一体化小型化集成设计和应用研究,通过微波滤波天线新概念技术研究,逐步迭代,实现高速高质量的灵巧型通信系统的研究和发展目标。本文对滤波天线新概念技术开展了深入地研究和分析,创造性地提出了基于辐射零点独立可控的滤波天线拓扑结构、设计方法,给出了该滤波天线的典型优化尺寸和性能指标,并完成了实验验证,证明了该设计方法的正确性、有效性和实用性。本论文的主要研究内容和创新点如下:1.提出并创建了双分割形槽结构辐射零点独立可控的紧凑型滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,实现了双零点独立可调可控的滤波天线。研究了微带贴片天线的辐射原理,利用提取极点技术,在贴片表面融合双带阻谐振结构的分割形槽形成微带滤波天线结构,无需加载额外的滤波电路结构,实现了小型化的设计需求。利用LC等效电路模型分析带阻结构的谐振特性,通过调节谐振频率完成对辐射零点的独立控制。与其他微带滤波天线进行对比,具有紧凑性以及优异带外抑制特性的优势,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。2.提出并创建了谐振和耦合双结构辐射零点独立可控的宽带滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,显著地提高了滤波天线的设计带宽,实现了双零点独立可调可控的独特性能。首先提出F型馈电结构,优化了微带天线的特性阻抗,使天线的带宽增加了一倍,突破了传统微带天线两个辐射缝之间传输特性阻抗较低导致天线带宽较窄的难题。采用极点提取和交叉耦合复用技术,引入谐振带阻结构、多路径源与负载的耦合结构形成双结构特性,获得带外辐射零点。通过分析等效电路的谐振特性、调节交叉耦合水平,可对辐射零点进行独立地调整和控制。制作完成了一款兼具宽带、小型化以及高带外抑制水平的微带贴片滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。3.提出并创建了双腔结构辐射零点独立可控的SIW背腔式滤波天线的设计方法和拓扑结构,实现了三零点独立可调可控的滤波天线。提出了单层双腔结构SIW背腔式滤波天线,双腔体的多模特性扩展了阻抗带宽,同时利用双腔体之间的交叉耦合构造了辐射零点。采用极点和电流分析结合技术,引入谐振带阻结构、激励SIW的不同模式优化通带的选择性,形成了较宽范围的阻带抑制。通过调节谐振模式、交叉耦合水平实现对辐射零点逐个独立控制。研制完成了一款具有宽阻带抑制、小型化的宽带SIW滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。
基于控制障碍函数的无人艇集群制导及实验验证
这是一篇关于无人艇,集群制导,控制障碍函数,向量场,实验验证的论文, 主要内容为海洋中蕴藏着富饶的矿产资源、油气资源、生物资源,开发和利用海洋资源对人类社会的可持续发展具有至关重要的作用。无人艇作为一种具备复杂环境感知、智能决策和多级自主控制能力的海洋运载装备,成为世界各国进入海洋空间、争夺海洋权益、控制海洋资源的重要工具。由于单无人艇作业能力有限,而多无人艇集群作业能够执行更大规模、更加高效、更为复杂的海上作业任务,成为未来立体化海洋争斗的力量倍增器。本文以欠驱动无人艇为研究对象,具体研究了复杂海洋环境下多无人艇集群目标到达、集群协同路径跟踪和安全避障避碰问题,主要研究工作包括以下四个方面:首先,针对多碍航物海洋环境下的无人艇集群目标到达问题,提出了基于角速度优化的多无人艇目标到达制导方法,实现了多无人艇从初始位置到目标位置的安全转移。设计了标称-优化两层结构的无风险目标到达制导律,在标称层级,根据目标位置和无人艇自身信息设计了目标到达标称制导律,实现了无人艇的目标到达;在优化层级,提出了一种航向约束控制障碍函数,根据控制障碍函数推导出碍航物约束和邻居无人艇约束,构建二次优化问题对制导角速度进行优化,得到最优安全制导角速度信号,避免了无人艇与碍航物和邻居无人艇之间的碰撞。通过稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的。硬件在环仿真和现场实验验证了所提方法的有效性。其次,研究了避障避碰约束和输入约束下的欠驱动无人艇集群目标到达问题,提出了标称-优化两层结构的基于速度角速度优化的多无人艇目标到达制导方法。在标称层级,根据目标点位置和无人艇自身信息设计了目标到达标称制导律,实现了无人艇的目标到达;在优化层级,针对静态碍航物、动态碍航物和邻居无人艇,分别推导出基于控制障碍函数的前向速度和角速度避障避碰约束,并结合输入约束构造二次优化问题,基于神经动力学优化方法在线求解前向速度和角速度制导信号,实现了无人艇与动静态碍航物和邻居无人艇之间的避障避碰。计算机仿真验证了所提基于速度角速度优化的多无人艇目标到达制导方法的有效性。然后,针对在静态碍航物约束、动态碍航物约束、邻居无人艇约束和输入约束下单路径导引的多无人艇协同路径跟踪问题,提出了标称-优化-协同三层结构的多无人艇防碰撞协同路径跟踪制导方法。在标称层级,采用视距制导技术设计了单无人艇路径跟踪标称制导律,使得无人艇能够跟踪上给定的参考路径;在优化层级,将动静态碍航物约束、邻居无人艇约束和输入约束融入到制导律的设计,构造了基于控制障碍函数的二次优化问题,通过求解得到最优角速度制导信号,实现无人艇与碍航物和邻居无人艇之间的避障避碰;在协同层级,基于分布式纳什均衡设计了路径参数更新律,使得路径参数均匀分布在两个虚拟领导者之间,实现单条路径上的列车队列。稳定性分析证明了闭环系统的稳定性。硬件在环仿真结果和现场实验结果说明了所提防碰撞协同路径跟踪制导方法的有效性。最后,研究了避障避碰约束和输入约束下多路径导引的无人艇协同路径跟踪问题,提出了基于速度优化和向量场的多无人艇协同路径跟踪制导方法。在标称层面,采用视距制导技术设计了无人艇的路径跟踪标称制导律;为解决无人艇与静态碍航物的避障问题,结合向量场得到了安全角速度制导信号;在优化层面,为避免无人艇与动态碍航物和邻居无人艇发生碰撞,基于控制障碍函数得到前向速度约束,构建基于二次优化的最优控制问题,求解得到安全前向速度制导信号,实现了防碰撞协同路径跟踪;在协同层面,基于差分隐私保护技术设计了路径参数更新律,在保护无人艇参数隐私的前提下实现了路径参数同步。稳定性分析证明了闭环系统的输入状态稳定性,并分析了隐私保护的有效性和隐私保护强度。计算机仿真结果验证了所提方法的有效性。
基于辐射零点独立可控的滤波天线技术研究
这是一篇关于滤波天线,多辐射零点独立可控,小型化,宽带,高带外抑制,实验验证的论文, 主要内容为天线作为通信系统中发射或接收信号不可或缺的射频前端,在移动数据迅速增长的5G时代承载着高效、精准和敏捷传输信息的重要使命,但随着多频段不同标准通信系统中射频器件的不断增加,天线的口径面积受到了越来越高的限制,而复杂的通信环境又对不同频段的信息传输造成越来越严重的干扰,因此高速高质量通信的急迫需求和系统资源的严重匮乏之间的矛盾日趋突显,已成为当前射频前沿技术亟需重点研究的热点和解决的难点。为了解决以上突出的矛盾和困难,本文针对滤波天线集成设计的思想和方法。即把天线和滤波器集成为一个综合的滤波天线(Filtering Antenna,FA)嵌入式模块,进一步开展微波无源器件与天线一体化小型化集成设计和应用研究,通过微波滤波天线新概念技术研究,逐步迭代,实现高速高质量的灵巧型通信系统的研究和发展目标。本文对滤波天线新概念技术开展了深入地研究和分析,创造性地提出了基于辐射零点独立可控的滤波天线拓扑结构、设计方法,给出了该滤波天线的典型优化尺寸和性能指标,并完成了实验验证,证明了该设计方法的正确性、有效性和实用性。本论文的主要研究内容和创新点如下:1.提出并创建了双分割形槽结构辐射零点独立可控的紧凑型滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,实现了双零点独立可调可控的滤波天线。研究了微带贴片天线的辐射原理,利用提取极点技术,在贴片表面融合双带阻谐振结构的分割形槽形成微带滤波天线结构,无需加载额外的滤波电路结构,实现了小型化的设计需求。利用LC等效电路模型分析带阻结构的谐振特性,通过调节谐振频率完成对辐射零点的独立控制。与其他微带滤波天线进行对比,具有紧凑性以及优异带外抑制特性的优势,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。2.提出并创建了谐振和耦合双结构辐射零点独立可控的宽带滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,显著地提高了滤波天线的设计带宽,实现了双零点独立可调可控的独特性能。首先提出F型馈电结构,优化了微带天线的特性阻抗,使天线的带宽增加了一倍,突破了传统微带天线两个辐射缝之间传输特性阻抗较低导致天线带宽较窄的难题。采用极点提取和交叉耦合复用技术,引入谐振带阻结构、多路径源与负载的耦合结构形成双结构特性,获得带外辐射零点。通过分析等效电路的谐振特性、调节交叉耦合水平,可对辐射零点进行独立地调整和控制。制作完成了一款兼具宽带、小型化以及高带外抑制水平的微带贴片滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。3.提出并创建了双腔结构辐射零点独立可控的SIW背腔式滤波天线的设计方法和拓扑结构,实现了三零点独立可调可控的滤波天线。提出了单层双腔结构SIW背腔式滤波天线,双腔体的多模特性扩展了阻抗带宽,同时利用双腔体之间的交叉耦合构造了辐射零点。采用极点和电流分析结合技术,引入谐振带阻结构、激励SIW的不同模式优化通带的选择性,形成了较宽范围的阻带抑制。通过调节谐振模式、交叉耦合水平实现对辐射零点逐个独立控制。研制完成了一款具有宽阻带抑制、小型化的宽带SIW滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。
基于辐射零点独立可控的滤波天线技术研究
这是一篇关于滤波天线,多辐射零点独立可控,小型化,宽带,高带外抑制,实验验证的论文, 主要内容为天线作为通信系统中发射或接收信号不可或缺的射频前端,在移动数据迅速增长的5G时代承载着高效、精准和敏捷传输信息的重要使命,但随着多频段不同标准通信系统中射频器件的不断增加,天线的口径面积受到了越来越高的限制,而复杂的通信环境又对不同频段的信息传输造成越来越严重的干扰,因此高速高质量通信的急迫需求和系统资源的严重匮乏之间的矛盾日趋突显,已成为当前射频前沿技术亟需重点研究的热点和解决的难点。为了解决以上突出的矛盾和困难,本文针对滤波天线集成设计的思想和方法。即把天线和滤波器集成为一个综合的滤波天线(Filtering Antenna,FA)嵌入式模块,进一步开展微波无源器件与天线一体化小型化集成设计和应用研究,通过微波滤波天线新概念技术研究,逐步迭代,实现高速高质量的灵巧型通信系统的研究和发展目标。本文对滤波天线新概念技术开展了深入地研究和分析,创造性地提出了基于辐射零点独立可控的滤波天线拓扑结构、设计方法,给出了该滤波天线的典型优化尺寸和性能指标,并完成了实验验证,证明了该设计方法的正确性、有效性和实用性。本论文的主要研究内容和创新点如下:1.提出并创建了双分割形槽结构辐射零点独立可控的紧凑型滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,实现了双零点独立可调可控的滤波天线。研究了微带贴片天线的辐射原理,利用提取极点技术,在贴片表面融合双带阻谐振结构的分割形槽形成微带滤波天线结构,无需加载额外的滤波电路结构,实现了小型化的设计需求。利用LC等效电路模型分析带阻结构的谐振特性,通过调节谐振频率完成对辐射零点的独立控制。与其他微带滤波天线进行对比,具有紧凑性以及优异带外抑制特性的优势,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。2.提出并创建了谐振和耦合双结构辐射零点独立可控的宽带滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,显著地提高了滤波天线的设计带宽,实现了双零点独立可调可控的独特性能。首先提出F型馈电结构,优化了微带天线的特性阻抗,使天线的带宽增加了一倍,突破了传统微带天线两个辐射缝之间传输特性阻抗较低导致天线带宽较窄的难题。采用极点提取和交叉耦合复用技术,引入谐振带阻结构、多路径源与负载的耦合结构形成双结构特性,获得带外辐射零点。通过分析等效电路的谐振特性、调节交叉耦合水平,可对辐射零点进行独立地调整和控制。制作完成了一款兼具宽带、小型化以及高带外抑制水平的微带贴片滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。3.提出并创建了双腔结构辐射零点独立可控的SIW背腔式滤波天线的设计方法和拓扑结构,实现了三零点独立可调可控的滤波天线。提出了单层双腔结构SIW背腔式滤波天线,双腔体的多模特性扩展了阻抗带宽,同时利用双腔体之间的交叉耦合构造了辐射零点。采用极点和电流分析结合技术,引入谐振带阻结构、激励SIW的不同模式优化通带的选择性,形成了较宽范围的阻带抑制。通过调节谐振模式、交叉耦合水平实现对辐射零点逐个独立控制。研制完成了一款具有宽阻带抑制、小型化的宽带SIW滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。
基于控制障碍函数的无人艇集群制导及实验验证
这是一篇关于无人艇,集群制导,控制障碍函数,向量场,实验验证的论文, 主要内容为海洋中蕴藏着富饶的矿产资源、油气资源、生物资源,开发和利用海洋资源对人类社会的可持续发展具有至关重要的作用。无人艇作为一种具备复杂环境感知、智能决策和多级自主控制能力的海洋运载装备,成为世界各国进入海洋空间、争夺海洋权益、控制海洋资源的重要工具。由于单无人艇作业能力有限,而多无人艇集群作业能够执行更大规模、更加高效、更为复杂的海上作业任务,成为未来立体化海洋争斗的力量倍增器。本文以欠驱动无人艇为研究对象,具体研究了复杂海洋环境下多无人艇集群目标到达、集群协同路径跟踪和安全避障避碰问题,主要研究工作包括以下四个方面:首先,针对多碍航物海洋环境下的无人艇集群目标到达问题,提出了基于角速度优化的多无人艇目标到达制导方法,实现了多无人艇从初始位置到目标位置的安全转移。设计了标称-优化两层结构的无风险目标到达制导律,在标称层级,根据目标位置和无人艇自身信息设计了目标到达标称制导律,实现了无人艇的目标到达;在优化层级,提出了一种航向约束控制障碍函数,根据控制障碍函数推导出碍航物约束和邻居无人艇约束,构建二次优化问题对制导角速度进行优化,得到最优安全制导角速度信号,避免了无人艇与碍航物和邻居无人艇之间的碰撞。通过稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的。硬件在环仿真和现场实验验证了所提方法的有效性。其次,研究了避障避碰约束和输入约束下的欠驱动无人艇集群目标到达问题,提出了标称-优化两层结构的基于速度角速度优化的多无人艇目标到达制导方法。在标称层级,根据目标点位置和无人艇自身信息设计了目标到达标称制导律,实现了无人艇的目标到达;在优化层级,针对静态碍航物、动态碍航物和邻居无人艇,分别推导出基于控制障碍函数的前向速度和角速度避障避碰约束,并结合输入约束构造二次优化问题,基于神经动力学优化方法在线求解前向速度和角速度制导信号,实现了无人艇与动静态碍航物和邻居无人艇之间的避障避碰。计算机仿真验证了所提基于速度角速度优化的多无人艇目标到达制导方法的有效性。然后,针对在静态碍航物约束、动态碍航物约束、邻居无人艇约束和输入约束下单路径导引的多无人艇协同路径跟踪问题,提出了标称-优化-协同三层结构的多无人艇防碰撞协同路径跟踪制导方法。在标称层级,采用视距制导技术设计了单无人艇路径跟踪标称制导律,使得无人艇能够跟踪上给定的参考路径;在优化层级,将动静态碍航物约束、邻居无人艇约束和输入约束融入到制导律的设计,构造了基于控制障碍函数的二次优化问题,通过求解得到最优角速度制导信号,实现无人艇与碍航物和邻居无人艇之间的避障避碰;在协同层级,基于分布式纳什均衡设计了路径参数更新律,使得路径参数均匀分布在两个虚拟领导者之间,实现单条路径上的列车队列。稳定性分析证明了闭环系统的稳定性。硬件在环仿真结果和现场实验结果说明了所提防碰撞协同路径跟踪制导方法的有效性。最后,研究了避障避碰约束和输入约束下多路径导引的无人艇协同路径跟踪问题,提出了基于速度优化和向量场的多无人艇协同路径跟踪制导方法。在标称层面,采用视距制导技术设计了无人艇的路径跟踪标称制导律;为解决无人艇与静态碍航物的避障问题,结合向量场得到了安全角速度制导信号;在优化层面,为避免无人艇与动态碍航物和邻居无人艇发生碰撞,基于控制障碍函数得到前向速度约束,构建基于二次优化的最优控制问题,求解得到安全前向速度制导信号,实现了防碰撞协同路径跟踪;在协同层面,基于差分隐私保护技术设计了路径参数更新律,在保护无人艇参数隐私的前提下实现了路径参数同步。稳定性分析证明了闭环系统的输入状态稳定性,并分析了隐私保护的有效性和隐私保护强度。计算机仿真结果验证了所提方法的有效性。
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