光导开关在超宽带雷达中的应用
基于光导开关的时域天线空间功率合成技术研究的开题报告
基于光导开关的时域天线空间功率合成技术研究的开题报告一、研究背景和意义随着现代通信和雷达系统需求的不断增加，天线空间功率合成技术越来越受到广泛关注和应用。
该技术通过将多个天线的输出信号相互合成，以增强参数感知，提高传输速率和距离等方面的性能，可用于许多不同领域，如卫星通信，航空航天，警戒系统，测距雷达等。
目前，基于光导开关的时域空间功率合成技术已经成为一种研究热点。
该技术结合了微波和光学技术，利用光导开关实现了时域控制天线辐射空间图的能力，并可在非常短的时间内实现频率和相位的调节，适应多种工作条件下的多信号数据传输。
因此，该技术在高速通信，电子侦察和天线阵列等方面具有很好的应用前景。
二、研究内容和方法本研究将结合光学，微波通信和信号处理技术，主要研究基于光导开关的时域空间功率合成技术，探索新的方法和技术来实现更好的性能和更高的速率。
具体研究内容包括：1. 基于光导开关的天线空间功率合成系统设计和实施；2. 开发适用于该系统的算法和协议，实现频率和相位的时域控制；3. 利用信号处理技术，优化天线阵列的辐射模式，以提高整体性能；4. 建立模型和仿真实验，观察系统的工作性能和适应性。
三、预期成果和意义本研究旨在开发一种基于光导开关的时域空间功率合成技术，并建立相应的系统和算法实现。
通过实验和仿真验证，预期达成以下研究成果：1. 实现天线空间图的时域控制，提高传输速率和距离的性能；2. 研发高效的算法和协议，提高系统的稳定性和可靠性；3. 确定优化阵列辐射模式的方法，提高系统整体性能；4. 实现光导开关技术在天线阵列中的应用，推广应用实现。
该研究成果对于天线空间功率合成技术的发展和应用具有重要意义，具体表现在以下几个方面：1. 为现代无线通信和雷达传感器系统提供了更高效和可靠的工具；2. 拓展了光学和微波通信技术的融合应用领域；3. 对于推动无线通信和雷达传感器系统的发展具有积极的促进作用。
光电子学在军事领域中的应用
光电子学在军事领域中的应用随着科技的不断发展，光电子学在军事领域中的应用变得越来越广泛。
光电子学是一门研究光、电子和光电子材料的学科，它的应用包括激光雷达、红外夜视、光电子仪器等。
在军事领域中，光电子技术被广泛应用于侦察、导航、通信、武器控制等方面，为军队的战斗力提升做出了巨大贡献。
一、侦察光电子技术在军事领域中最重要的应用之一就是侦察。
在侦察中，军队需要利用各种传感器获取敌情信息。
利用光电传感器可以获取目标的光学、红外、紫外等信号，并将其转化为数字信号，以便进行分析。
在侦察任务中，光学传感器可以用于观察目标、判断目标运动轨迹及计算大小；红外传感器可以用于探测目标的红外辐射，进而确定目标位置；紫外传感器则可用于探测目标辐射并分析化学成分。
利用这些传感器，军队可以获取更准确的目标信息，从而为军事行动做出更好的决策。
二、导航光电子技术在军事导航中也发挥了重要作用。
在军队行动中，导航对于成功的军事行动非常重要。
光电导航技术包括激光导航、GPS导航等，其中激光导航是最具前瞻性的导航技术。
激光导航的技术原理是通过激光束探测目标，并利用激光反弹产生的光信号来进行导航和定位，因其高精度、高安全性和高灵敏度等优点，被广泛应用于导弹、舰艇、飞机等军事系统上。
光电子导航系统的应用可以在极端环境下进行精确导航和定位，提高了军队的作战能力。
三、通信在实施军事行动时，通信是军队行动的命脉，而光电子技术又在通信中发挥了巨大作用。
在现代通信中，光纤通信已成为最重要的通信形式之一。
光纤通信的主要优点是信号传输距离远、抗干扰性强、带宽大、信号传输速率高，而且还有良好的加密性和隐蔽性。
光纤通信在军事通信中的应用可大大提高通信质量和速度，保证了军队的整体作战能力。
四、武器控制光电子技术在军事领域中的应用还包括武器的控制和制导。
利用光电子技术可以制造出精确的武器系统，能够实现一定程度的智能化控制。
激光制导武器、红外导引武器、雷达制导武器等，为军队提供了可靠的攻击手段，提高了军队的作战能力和战斗力。
2010年隐身与反隐身技术发展情况
战场上将出现愈来愈多的各种隐身武器，这将大大提 的发展。
高武器装备的生存能力、突防能力和作战效能，打破已
1） 美国首次披露 F-35 战机采用全新隐身技术
形成的攻防平衡，推动防御系统中的各种探测系统发 生重大变革，并促进反隐身技术的发展。
现代战场上的侦察探测系统主要是雷达、红外、电 子、可见光、声波等探测系统，因此武器的隐身技术除 了传统的雷达隐身和红外隐身外，还有光学隐身、等离
摘要：现代信息化战争中武器平台所处的环境日益复杂，除了受到地面和空中的火力威胁和电磁干扰外，它们还处于雷 达、红外、激光等探测器的严密监视之下。隐身技术已成为提高武器生存、突防甚至是纵深攻击能力的有效手段。而与之 相伴的反隐身技术也在加快发展。文中对隐身和反隐身技术进行了分析，对 2010 年国外隐身与反隐身技术的最新发展 做了详细介绍，希望对我国隐身与反隐身技术的研究有一定的指导和借鉴意义。 关键词：雷达隐身技术； 红外隐身技术； 雷达反隐身技术； 红外反隐身技术
第 33 卷 第 4 期 2011 年 4 月
现代雷达 Modern Radar
Hale Waihona Puke Vol． 33 No． 4 Apr． 2011
·总体工程·
中图分类号：TN953
文献标志码：A
文章编号：1004 － 7859（2011）04 － 0009 － 04
2010 年隐身与反隐身技术发展情况
赵培聪
（ 海军驻南京地区电子设备军代室， 南京 210039）
4） 亚洲各国竞相加紧研发隐身战机 亚洲主要国家发展隐身战机都是采取采购与自主 研发相结合的方针。例如，日本除了积极争取购买美 国 F-22 隐身战机外，还在加紧自主研发 F-X 隐身战 机； 印度除了准备购买俄罗斯 T-50 隐身战机外，还在 积极自主研发 XF-X 隐身战机； 韩国除了采购美国升 级改造的隐身战机外，还和印尼联合研发隐身战机。 5） 印度加快隐身无人作战机的发展步伐 印度空军于 2010 年 7 月向全球供应商发出隐身 “无人作战飞机”（ UCAV） 的信息征询书，要求该无人 机应拥有双引擎、高升限、航程 9 000 km、寿命 20 年、 具有隐身、电子对抗以及与卫星链接的能力。印度空 军还希望该无人机通过武器舱携带精确制导武器。与 此同时，印 度 还 计 划 自 行 研 制 无 人 作 战 飞 机，定 名 为 “印度无人打击机”（ IUSA） ，计划于 2010 年底开展概 念研究，其目标是在内置武器舱中至少携带 2 枚空地 导弹。印度国防部称，IUSA 将采用全新的、由复合材 料制造的机身，具备隐身能力。 6） 俄罗斯、法国和印度推出新型隐身舰艇 据俄新社 2010 年 3 月 31 日报道，由俄罗斯北方 造船厂为俄海军建造的首艘量产型 20380 隐形护卫舰 “灵敏”号已于当天在圣彼得堡下水。 法国舰艇建造局（ DCN） 于 2010 年 11 月推出了称 为“剑舰”的概念性隐身舰艇，舰的干舷通过大面积地 向内倾斜 10°，配合上层建筑的多平面设计，可散射敌 方雷达照射波，降低回波强度。 印度海军于 2010 年 4 月列装了世界最大隐身护 卫舰“什瓦利克”号，这是印度海军 3 艘新型隐形护卫 舰中的首舰。该舰生存能力、隐身性能、适航性、舰艇 操纵和武器等都得到大幅度提高。
光导开关及THz技术研究的开题报告
光导开关及THz技术研究的开题报告一、课题背景和意义光电子技术是当今世界科技发展中最为热门和前沿的技术之一。
光导开关和THz 技术作为光电子技术的重要研究领域，具有广泛的应用前景和实用价值。
光导开关是利用光的作用控制电路开关的一种设备，其主要作用是通过光控制电路的通断，可以用于光通信、光计算等方面。
THz技术是指在毫米波到红外线之间所处的频段内进行信息处理、传输和检测的技术，这一技术的发展对无线通信、医学诊断等领域均有重要的应用。
因此，本课题旨在深入研究光导开关和THz技术，探索其在通信、计算和医学等方面的应用，并为相关领域的发展提供技术支撑和理论指导。
二、课题研究内容和目标1. 光导开关研究（1）光导开关的原理和分类（2）光导开关的特性和优缺点（3）光导开关在光通信、光计算等方面的应用2. THz技术研究（1）THz技术的基本原理和发展历程（2）THz波的特性和应用场景（3）THz技术在无线通信、医学等领域的应用3. 光导开关与THz技术结合研究（1）光导开关控制THz波的传输（2）THz波对光导开关的控制和调节（3）光导开关和THz技术的结合在医学等领域的应用本课题旨在深入研究光导开关和THz技术的原理、特性和应用，探索两者之间的结合，进一步提高光电子技术的应用水平和科技含量。
三、课题研究方法和技术路线本课题主要采用文献综述、理论分析和实验研究相结合的方法进行研究。
具体技术路线如下：1. 研究光导开关的原理和分类采用文献资料法进行理论分析和归纳总结。
2. 研究THz技术的基本原理和特性采用文献资料法进行理论分析和归纳总结。
3. 分析光导开关和THz技术的结合采用文献资料法和理论分析相结合的方法，探索两者之间的结合。
4. 实验研究在探索两者结合的基础上，进行实验研究，验证理论分析和研究成果。
四、预期成果1. 深入探索光导开关和THz技术的原理、特性和应用，提出相关的研究成果和建议。
2. 验证理论分析和研究成果，提出一定的实用价值和技术支撑，可参考相关领域的发展和应用需求。
IR-UWB穿墙雷达系统研制与应用
2020年第39卷第4期传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies)103DOI ： 10.13873/J. 1000-9787(2020)04-0103-04IR-UWB 穿墙雷达系统研制与应用**收稿日期：2018-11-30*基金项目：国家重点研发计划资助项目(2018YFC0810204)朱政亮，梁步阁，杨德贵，赵 锐(中南大学航空航天学院，湖南长沙410083)摘要：针对穿墙雷达应用场景要求，突出工程实用性，对穿墙雷达系统各组成模块进行小型化设计。
介 绍了超宽带冲激脉冲穿墙雷达的工作原理和工程实现方法。
根据课题需求进行设计方案优化，采用可编程门阵列(FPGA)结合高速模数转换器(ADC)设计了回波采集模块，使用等效采样技术降低实时采样率, 从而降低了雷达系统设计成本;针对回波采集模块中的取样脉冲产生电路进行了电路仿真,保证了采样精度;基于传统蝶形天线进行了改进，通过高频仿真软件对天线参数进行优化，缩小了穿墙雷达物理尺寸;基于TCP/IP 协议，实现了手持终端与穿墙雷达系统数据交互。
实验结果表明:该超宽带穿墙雷达可以实现 对墙后单(多)目标运动轨迹跟踪定位。
关键词：冲激脉冲；穿墙雷达；超宽带；等效采样中图分类号：TN95文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2020)04-0103-04Research , fabrication and application of IR-UWBthrough wall radar system *ZlIU Zhengliang, LIANG Buge, YANG Degui , ZHAO Rui(School of Aeronautics and Astronautics ,Central South University ,Changsha 410083,China)Abstract : In view of the requirements of the application scenarios of the through-wall radar system , thepracticality of the project is highlighted,and the componenls of the through-wall radar system are miniaturized. The working principle and engineering implementation method of ultra-wide band( UWB ) impulse pulse through-wall radar are introduced. The design scheme is optimized according to the requirements of the project. The echoacquisition module is designed by field programmable gate array ( FPGA ) combined with high-speed analog-to ・ digital converler( ADC). The equivalent sampling technique is used to reduce the real-time sampling rate , therebyreducing the design cost of radar system. Simulation on the sampling pulse generation circuit in the echoacquisition module is carried out to ensure sampling precision. Based on the traditional bowtie antenna , the antenna parameters are optimized by high frequency simulation software to reduce the physical size of through-wall mdar. Based on the TCP/IP protocol , the data interaction between the handheld terminal and through-wall radar system is realized. The experimental results show that the UWB through wall radar can track and locate the trajectory ofsingle/multiple target behind the wall.Keywords : impulse ； through wall radar (TWR) ； ultra wide band ( UWB ) ； equivalent samplingo 引言当前,超宽带穿墙雷达系统“⑵可以分为冲激脉冲体 制(IR)、步进频连续波体制(SFCW )以及调频连续波体制(FMCW)。
高功率超宽带电磁脉冲技术
文章编号:1005 6122(2002)04 0090 05高功率超宽带电磁脉冲技术黄裕年 任国光(北京应用物理与计算数学研究所,北京100088)摘 要: 高功率超宽带电磁脉冲源对许多应用,如冲击脉冲雷达、探测地雷、微波武器等是十分重要的。
本文评述在快速高压开关和超宽带天线发展中的最新进展,讨论了未来这类超宽带源研究的技术挑战和发展前景。
关键词: 高功率微波,超宽带源,开关,冲击脉冲辐射天线High Power Ultra Wideband Electromagnetic Pulse TechnologyHUANG Yunian,REN Guoguang(Beij ing I nstitute of A pp lied Physics and Comp utational M athematics ,Beij ing 100088)Abstract: H igh power ultra w ideband(U WB)electromagnetic pulse sources are important for a var iety of potentialapplications such as impulse r adar,mine detection,microwave weapon.T his paper reviews r ecent progr ess in fast,high voltage switches and U WB antenna development and di scusses the technical challenges and developing prospect to further re search on U WB sources.Key words: HPM ,U WB source,Sw itch,Impulse radiation ant enna(IRA)1 引言高功率微波源一般分为窄带源和超宽带源两种类型。
一种基于超材料的轻质宽带雷达红外兼容隐身结构
一种基于超材料的轻质宽带雷达红外兼容隐身结构随着现代战争的快速发展，雷达和红外探测技术逐渐成为战争中最关键的部分之一。
隐身技术的出现，让这些探测技术陷入了瓶颈，因此研究开发新型的宽带雷达红外兼容隐身结构，对于提高战场探测的准确性和隐身效果具有重要意义。
超材料，是一种具有声、光、电、磁多重功能的复合材料，由于其独特的结构特征和优异的物理特性，使得超材料成为研究的热点之一。
在隐身技术的开发中，超材料可以作为一种重要材料，其优势在于可以通过调节其纳米结构来实现对不同波长的电磁波的吸收、反射和透射等控制，从而实现隐身效果。
本文将从超材料的基本原理及其在宽带雷达红外兼容隐身结构中的应用，阐述超材料在隐身技术中的潜力。
首先，本文将从超材料的基础理论出发，探讨超材料在电磁波控制中具有的优异性质。
然后，结合现有的研究成果，分析超材料在宽带雷达和红外探测中的应用，讨论超材料在隐身结构中的优势和局限。
最后，提出超材料未来在隐身技术中的发展方向和前景。
一、超材料的基础理论超材料是一种人工制造的材料，由多组分纳米结构组成。
这些纳米结构可以通过调节其局部结构参数，实现对电磁波的反射、透射和吸收控制。
根据其结构特性，超材料可分为负折射率材料和正折射率材料。
负折射率材料是一种具有折射率为负数的材料，可以将电磁波反射回源头，从而实现隐身效果。
其基本原理是利用这种材料中的纳米结构可以在其表面上产生微观轨道，从而控制电磁波的传输速度和传播方向。
这样，负折射率材料就可以实现对电磁波的拦截和吸收，从而达到隐身效果。
正折射率材料是一种具有折射率为正数的材料，可以将电磁波聚焦在一起，增强电磁波信号，提高雷达探测的敏感度。
其基本原理是利用这种材料中的缩放结构，将电磁波聚焦在结构中心，从而增强材料中的电磁波信号。
二、超材料在宽带雷达红外兼容隐身结构中的应用（1）超材料在宽带雷达中的应用宽带雷达是一种可以对广泛频率范围内电磁波信号进行控制和处理的雷达系统，有着广泛的应用前景。
光电传感技术在军事中的应用研究
光电传感技术在军事中的应用研究光电传感技术是一种集光学、电子学和计算机技术于一体的复合技术，其关键技术包括光、电、机械等多个领域。
在军事中，光电传感技术是一项非常重要的技术，它可以改善军事情报收集、战场监视、目标指示等方面的技术水平，同时还可以提高军事作战的精确度和效率。
光电传感技术广泛应用于各种军事装备中，如无人机、侦察机、导弹、战斗机等。
这些装备中都配备着各式各样的光电传感器，用于侦察目标、搜寻敌军人员和装备、探测航空器等。
光电传感器还可以用于识别敌方航空器、反制无人机、监测目标区域等作用。
通过光电传感技术，军事装备的作战能力大大增强，能够更好地适应不同的作战环境和战斗任务。
在军事侦察方面，光电传感器的作用尤为重要。
光电传感器通过其特殊的波段探测技术，可以在复杂的大气环境中，对地面目标进行侦察和监测。
这种技术可以穿透不同媒介，例如烟雾、云雾、砂尘等，即便是在夜晚或黑暗的环境中，仍然可以对地面目标进行清晰的监测和探测。
这让军事侦察能够更加隐蔽、敏锐和灵敏，从而增加了其成功率和保密性。
另外，光电传感技术在导弹、卫星、天基雷达等领域同样发挥了重要的作用。
在导弹领域，光电传感器可以通过目标光辐射的辐射强度、波长、偏振等特征信息，精确地识别目标和跟踪目标的运动轨迹。
在天基雷达和卫星领域，光电传感器则可以用于探测不同的信号、辨别目标的类型等。
如果同步使用全色高分辨率光影像技术，将为军事侦察和作战提供更直观、更全面、更准确的情报信息。
但是，光电传感技术也存在着一些问题。
比如说，目前的光学设备还不能完全适应大气复杂环境和天气情况，还需要不断地改进和加强。
另外，军事中的光学设备很容易受到敌对方的破坏和攻击，需要通过一些防护措施和技术手段来保护其安全性和保密性。
总之，光电传感技术在军事中的应用是不可替代的，其可以用于军事侦察、作战指挥、精准打击等方面，对于提高军队战斗力和作战效率有着深远的影响。
目前，随着科技水平和技术手段的不断提升，光电传感技术必将不断完善和发展，为人类和军事领域提供更为强大的技术支持和作战手段。
超宽带雷达传感芯片工作原理
超宽带雷达传感芯片工作原理一、引言超宽带雷达传感芯片是一种高新技术产品，具有广泛的应用领域，包括安防监控、无人驾驶、自动驾驶、机器人导航等。
本文将探讨超宽带雷达传感芯片的工作原理。
二、超宽带雷达传感芯片的定义超宽带雷达传感芯片是一种利用超宽带技术实现雷达探测的芯片。
它通过发射一系列宽带脉冲信号并接收回波信号来实现目标检测和距离测量。
三、超宽带雷达传感芯片的组成部分超宽带雷达传感芯片主要由以下几个部分组成： 1. 发射器：负责产生宽带脉冲信号，并将其传输到天线。
2. 天线：将发射的脉冲信号辐射到空间中，接收目标反射回来的信号。
3. 接收器：接收从天线接收到的目标反射信号，并进行信号处理。
4. 处理器：对接收到的信号进行解调、滤波、放大等处理，得到目标的距离和速度信息。
四、超宽带雷达传感芯片的工作原理超宽带雷达传感芯片的工作原理可以分为两个主要部分：发射和接收。
4.1 发射超宽带雷达传感芯片的发射过程如下： 1. 通过发射器产生宽带脉冲信号，这些脉冲信号的频率覆盖了一个很宽的频带，通常在几百兆赫兹到几吉赫兹之间。
2. 发射的脉冲信号经过天线辐射到空间中，形成一个三次元的电磁波。
4.2 接收超宽带雷达传感芯片的接收过程如下： 1. 天线接收目标回波信号，并将其传输到接收器。
2. 接收器对接收到的回波信号进行解调、滤波等处理，得到目标的距离和速度信息。
3. 处理器对接收到的信号进行进一步处理，如去掉噪声、提取特征等，得到最终的目标信息。
五、超宽带雷达传感芯片的优势超宽带雷达传感芯片相比传统雷达具有以下几个优势： 1. 高分辨率：超宽带雷达传感芯片具有很高的时间分辨率和距离分辨率，可以准确地检测到目标的位置和形状。
2. 抗干扰性强：超宽带技术具有抗多径干扰的优势，能够有效地解决雷达在室内等多路径环境下的性能下降问题。
3. 强大的穿透能力：超宽带信号具有较强的穿透能力，能够穿透较厚的建筑物、墙壁等障碍物进行探测。
高增益砷化镓光导半导体开关
维普资讯
２０ 年 ３ ０２ 月
பைடு நூலகம்
爆
轰
渡
与 冲
击
波
第１ 期
高 增 益 砷 化 镓 光 导 半 导 体 开 关
程念 安
摘要 简 要 的 描 述 了 高 增 益 砷 化 镓 （ ａ ｓ 光 导 半 导 体 开 关 （ ｃ Ｓ 的 特 性 。 介 绍 了 国 外 的 研 ＧＡ） Ｐｓ） 的 现 状 ， 出 了 用 Ｇ Ａ ｃ Ｓ脉 冲 发 生 器 的 输 出 给 ａ ｓＰ ｓ
经多 年探 索 ． 在用 液 体 介 质 替 代 气 体 介 质 （Ｆ ）增 加 片 基 厚 度 ． 善 触 点 结 构 和 触 发 方 向 等 方 Ｓ６ 、 改
究 动态 和 应用 实 例 。概 述 了国 内有 关 Ｇ Ａ ａ ｓ麟
波 形 。 对 夸 后 提 高 Ｃ Ａ Ｃ Ｓ技 术 性 能 的 要 求 也 进 行 了 讨 论 。 ａ ｓＰ Ｓ 美 键 词 高 增 益 Ｇ Ａ 光 导 半 导体 开 关 ａｓ
１ 引 言
开 关 是 高 功 率 脉 冲 技 术 的 重 要 部 件 ， 十 年 来 人 们 一 直 在 对 开 关 技 术 进 行 研 究 探 索 近 几 十 多 年 来 由于 高 功 率 脉 冲 技 术 在 军 事 上 和 民 用 技 术 中 的 推 广 应 用 受 到 各 国 的 特 别 关 注 ， 该 但 技 术 的 发 展 又 受 到 开 关 技 术 的 制 约 。 促 使 各 国聚 焦 于 开 关 研 究 ， 别 是 对 固体 开 关 的研 究 ， 特 近 十 年 来 已取 得 突 破 性 进 展 ， 望 能 研 制 出性 能 更 优 越 的 各 种 固体 开 关 ， 仅 能 替 代 常 用 的 各 种 有 不 气体 开关 ， 能 满足高 功率技术 发展 的需要 。 更 高 增 益 砷 化 镓 光 导 半 导 体 开 关 （ ａ ｓＰ Ｓ ） 当 前 研 究 较 多 、 能 较 好 的 一 种 固体 开 关 ， ＧＡ ＣＳ 是 性 它具 有高增 益 、 触发 、 纳秒上 升时 间 、 光 亚 高重 复 频 率 、 寿命 、 长 小体 积 等 特 点 ， 可 用 作 短 路 开 既 关 又 可 适 合 作 断 路 开 关 。 这 种 开 关 已 被用 于 或将 要 用 于 相 控 阵 雷 达 辐 射 源 、 功 率 微 波 源 、 高 轻 便 的 ＭＶ级 直 线 感 应 加 速 器 、 武 器 点火 装 置 、 光 Ｑ 开 关 的 电 光 调 制 器 等 各 种 高 新 技 术 中 ， 核 激 也 适 用 于 脉 冲功 率 技 术 的 民用 开 发 中 。 高增 益 Ｇ Ａ Ｃ Ｓ的特 性 和 应用 已 引起 人 们 的 关 注 和 兴 趣 。我 国 在 这 方 面 的 研 究 还 刚 起 ａ ｓＰ Ｓ 步 ， 本 文能 为 推 动 我 国 高增 益 Ｇ Ａ Ｃ Ｓ的 发 展 起 到 抛 砖 引 玉 的 作 用 。 愿 ａ ｓＰ Ｓ
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文章编号:1001-7445(2006)增-0210-04光导开关在超宽带雷达中的应用谢玲玲1,龚仁喜1,刘思力1,2(1.广西大学电气工程学院,广西南宁530004;2.沈阳炮兵学院,辽宁沈阳110162)摘要:超宽带雷达以其高距离分辨率、强抗干扰性、反隐身等优良特性受到各国日益广泛的关注.本文简要介绍了超宽带雷达的特点,阐述了光导开关在超宽带雷达中的应用以及国内外研究现状,并探讨了其应用前景.关键词:光导开关;超宽带雷达;特性中图分类号:T N 29 文献标识码:A隐形飞机集多种隐形技术于一体,它的出现对现代雷达系统提出了严峻的挑战,当前的大部分雷达系统都很难有效地侦察隐形飞机.为此,研制反隐形新型雷达已引起世界各军事强国的普遍关注.超宽带雷达作为一种新的反隐形雷达探测技术,它比普通脉冲雷达具有更好的抗电磁干扰、反隐身能力,更强的穿透能力,因此对超宽带雷达的研究已成为目前国内外研究的热点之一.尽管超宽带雷达技术的研究比飞机隐形技术早,但研制出成功的系统还是比较少.最大的问题就是如何进行高能量的高速转化[1]及产生高速、高功率冲击脉冲.但是,自美国Bell 实验室Auston 在1975年利用Si 光电半导体制成第一个皮秒光导开关以来[2],随着研究的不断深入,迄今为止已能利用光导开关技术研制太赫兹冲击脉冲发生器.随着fs 激光选通的快速响应光导开关技术的成熟,利用光导开关可以产生高功率皮秒脉冲和脉宽在ps 级的电磁辐射,拥有从接近直流到THz 级的超宽频带,这使超宽带雷达能在瞬间发射很高的能量.再加上高速A/D 变换技术、高速信号处理能力等方面的突破,光导开关技术为超宽带雷达在实用化方面的研究提供了基本条件[1].1 超宽带雷达超宽带是就信号的相对带宽而言的,当信号的带宽与中心频率之比大于25%时称为超宽带(U WB )信号,在1%与25%之间为宽带(WB ),带宽与中心频率之比小于1%称为窄带(NB )[3].现代雷达的频带与中心频率之比通常不超过10%[4].超宽带雷达就是工作带宽大于或等于其中心频率的25%的雷达.超宽带雷达的发射脉冲极窄,其脉冲宽度约为十几个皮秒或几个纳秒,占空比为1%甚至更小;带宽极宽,频率范围可以从零频一直延伸到几十个G 赫兹,能获得关于目标更多、更准确、更精细的信息;峰值功率很高,包含有丰富的频率分量,因此,与常规雷达相比,超宽带雷达具有相当高的距离分辨率,抗干扰能力很强,截获率低,对树叶、地面和墙壁等障碍物的穿透力更强,能够有效侦测采用雷达吸波材料涂层和平滑外形隐身技术的隐身目标,同时对有较小雷达截面的目标也具有很大的潜能,对地面军事战车、坦克等复杂目标,也可以获得较准确的回波响应.因此,超宽带雷达在提高雷达系统反隐身能力、抗干扰能力、穿透以叶簇伪装的物体、探测地表以下隐蔽目标等方面发挥重大的作用.2 光导开关的结构及基本工作原理光导开关的几何结构如图1所示.在半绝缘体芯片两端制作电极,经微带传输线与同轴电缆接头后形成开关的输入/输出端,再用绝缘介质保护并封装.一般由半导体材料(如GaAs 等)和宽带传输线组第31卷增刊2006年6月广西大学学报(自然科学版)Jour nal of G uangx i U niv er sity (N at Sci Ed)Vo l.31,Sup. June,2006 收稿日期:2006-03-21;修订日期:2006-04-29作者简介:谢玲玲(1980-),女,广西昭平人,广西大学在读硕士研究生.成.光导开关是通过光照使材料电导率发生变化,这种电导率的变化是由于光生载流子浓度变化引起的.光导材料的一端通过一段传输线与直流电源或脉冲电源相连,另一端通过传输线与匹配负载相连.在光导开关两端加上直流偏压,无光照时,由于半导体材料的高暗电阻GaAs 一般可达107 ・cm 以上,暗电流非常小,此时相当于光导开关处于关断状态,也没有电脉冲输出.当激励光脉冲波长 满足hc / ≥ E ,(1)式中h 为普朗克常数;c 为真空中光速;△E 为半导体材料的禁带宽度,激光脉冲照射到光导材料时,会在极短的时间内激励出大量的电子-空穴对,促使材料的电导率迅速提高,电阻急剧下降为几欧,甚至更小,此时开关处于导通状态,电信号通过开关向一端传输线输出.光导开关从关断到导通状态这一转换过程大约只需要几个皮秒甚至几个飞秒的时间.当光脉冲熄灭后,光导开关中自由载流子的复合,载流子迅速减少,电阻率恢复到原暗态的值,开关又处于阻断状态.图1 光导开关结构示意图光导开关存在两种工作模式,即线性工作模式和非线性工作模式.当激励光能量和偏置电压中的任一参量低于其阈值条件时,光导开关输出电脉冲与激励光脉冲具有相似波形,称该种工作模式为线性工作模式.光脉冲过后,开关电阻便恢复.在线性工作模式下,输出电脉冲与触发的电脉冲之间基本上没有延迟.当激励光能量和偏置电压参量同时高于对应阈值条件时,激励光脉冲消失后,只要偏置电压维持在某一高压,光导开关将继续处于导通状态,称这种工作模式为非线性工作模式.在非线性工作模式下,光导开关导通所需的触发光能可以很小,比线性光导开关导能所需的光能至少小三个数量级,但可以产生巨大的电流脉冲.3 光导开关在超宽带雷达中的应用图2 光导开头构成的超宽带冲击雷达框图 通过对光导开关工作原理及其工作模式的分析可知,光导开关从阻断状态到导通状态的转变可以在皮秒范围内,上升和持续时间都很短的电磁脉冲可以由在电路中输出的电流产生.这种电磁脉冲正是冲击雷达系统中必不可少的.由光导开关构成的超宽带冲击雷达框图如图2所示[1].由图中可知,调制器、超短脉冲激光器、光导开关、直流偏置和超宽带电磁脉冲发射器构成了超宽带冲击雷达发射系统.该系统向自由空间发射冲激信号,其脉宽为ps 级,它有很高的峰值功率和几乎接近直流到T Hz 的频谱.THz 超宽频带电磁脉冲211增刊谢玲玲等:光导开关在超宽带雷达中的应用212广西大学学报(自然科学版)第31卷 也可以由超短激光脉冲选通半导体光导开关后产生,而利用激光脉冲选通光导开关后产生THz辐射有更高的增益,目前产生T Hz辐射的大多数装置都是采用光导开关的方法.用光导开关方法产生TH z辐射的方案中以光导体作为辐射天线的瞬态电流元,天线包括基本的赫兹偶极子天线、共振偶极子天线、锥形天线、传输线以及大孔径光导天线[5].目前,超宽带雷达还没有能够达到THz,但若能把T Hz超宽频带电磁脉冲应用到超宽带雷达中,那么超宽带雷达的应用前景就更广阔了.常规方法很难不改变波束性质将频谱如此宽的信号从光导开关耦合到天线上并发射出去,为此在发射系统中要将发射天线(基本偶极子天线)与光导开关设计成一体化以便高效发射超宽带信号.对fs激光的调制编码可采用伪随机码编码技术.因为脉冲宽度越窄,允许的码位就越长,其自相关峰就越高,这就可以大大提高雷达检测弱信号(例如低RCS的隐形目标)的能力和抗电磁干扰能力,而普通窄带雷达就很难做到.正是由于脉冲极窄,即使发射的信号平均功率不很高,但峰值功率却很高.例如,发射平均功率50mW,脉冲重复率1kHz,脉宽1ps,则峰值功率可达50M W.这同时使超宽带冲击雷达的作用距离足以满足中程雷达要求.接收系统由接收天线、数字信号处理系统以及显示终端组成.其中接收天线与发射天线结构相同[1].4 国内外研究现状自1985年以来,人们利用光导开关已经制造了一系列的冲击波发生器样品.美国的Pow er Spectra Inc1994年制造并交付空军使用的超宽带辐射阵列GEM II,是世界上能在空间中产生最高瞬时电场的可重复工作的高功率微波系统,其最大瞬时电场比SNOMADV系统高30倍,而且尺寸、重量、造价都大大优于同类产品,它的输出功率峰值为1GW,重复频率为10kHz,中心频率为1GHz,经天线增益后有效辐射功率达100GW,并且通过计算机控制,可以在小于100!s时间内使波束转向±30°[6].利用皮秒光导开关脉冲产生器制作的高功率、超宽带微波源装置已被广泛地用于冲击雷达中,用这种冲击雷达己获得了B-1和F-l17隐形飞机的图像[7].美国洛斯阿拉莫斯国立研究所的科学家研制出以光导硅和砷化镓材料为基础的高速开关,这种开关最适合于探测核爆炸所产生的电磁脉冲,并已为超宽带冲击雷达的研究人员所采用[12].T ex as大学研制了一个8阵列的光导开关天线组成的超宽带雷达实验系统[8],演示了产生极短高功率脉冲的能力.在雷达天线前几米处的探测器测得这种发射脉冲的周期为400ps,峰值功率达800kW,传输效率达65%(而普通雷达的传输效率仅有30%),雷达效率51%,整个系统效率为33%.不久之后,Sandia国家实验室研究出一种新型开关材料,将选通光导开关所需的激光能量减少近1000倍[1].这些成果进一步提高了冲击雷达的效率.美国的一家公司与T ex as大学合作,利用Lo sAlamo s的光导开关技术建立了一个脉冲雷达工作实验室模型,并且证实了这种技术产生能量非常高的短脉冲,对一个8英寸大小的微凹球状物进行探测时,一个研究者说:“我们能够看见那个球上的每一道凹痕”[9].应用激光控制的BASS光导开关已能产生大于100MW峰功,重复频率1kHz高功率纳秒脉冲发射机.我国的电子科技大学[10]研制出GaAs:Cr,Fep:Fe光导开关,利用光导开关产生高功率皮秒脉冲,并进行一系列实验,结果表明,此种新型超宽带脉冲源可为研制超宽带雷达提供新型的脉冲源,为进一步研究超宽带雷达提供了新的途径.5 结束语现代雷达技术正向着超宽带、超分辨率、多功能和智能化方向发展,超宽带雷达是对提高军事作战能力有重要作用的一种新的探测技术,其信号处于谐振区和瑞利区,具有很高的军事应用价值.近年来,超宽带雷达研究已经成为各国关注的热点之一,军事强国如美国、俄罗斯在这方面走在前列,我国在这一技术领域与美、俄等国还有一定的差距.光导开关自问世20多年以来,由于其具有开关速度快、触发稳定、热容量和热传导性高、寄生电感低、灵敏度高、光电隔离好等优点,目前,利用光导开关技术已能产生超短电脉冲,超高压、超高功率电脉冲,在超宽带雷达、光控微波、毫米波等军事方面有着广泛的应用前景.随着光导开关和超宽带技术的发展,将光导开关技术更好地运用到超宽带雷达中,超宽带雷达的发展前景将会更广泛,实用性更强.参考文献:[1] 赵尚弘,杨晓铁,谢小平.超宽带雷达与反隐形技术[J ].空军工程大学学报(自然科学版),2000,1(2):82-85.[2] A uston D H.Pico seco nd opto electr onic sw itching a nd ga ting in silico n [J].Appl P hys L ett,1975,(26):101-103.[3] T aylor T D.Intr oduct ion to U ltra -Wideband R adar Systems [M ].U SA :CRC P ress,1995.[4] L mmo reev L ,V ov shin B .Featur e of U ltr aw ideband R adar Pr oject ing [Z ].I EEE Inter natio nal Radar Co nfer ence ,A lexa ndria,V ir g inia,1995.720-725.[5] 赵尚弘,陈国夫.T Hz 射线产生技术及应用最新进展[J].激光技术,2000,24(6):351-356.[6] 黄裕年.用光导半导体开关产生高功率微波[J ].半导体光电,1998,19(2):101-106.[7] 李学清,郭开周.超短电脉冲光电导开关的全波分析[J].电子学报,1993,21(9):20-26.[8] Sco tt W B,Calif L.U WB radr a has potential to dectect stealt h aircr aft [J].A via tio n ,Week &Space T echnolo gy ,1989,(4):38-41.[9] Fulg hum D A.N ew radar s peel veil fro m hidden tar g ets [J].A viatio n Week &Space T echnolog y ,1999,(18):58-60.[10] 阮成礼,袁乃昌.新型超宽带脉冲源[J ].电子学报,1994,22(12):71-73.[12] 蒋庆全.反隐身冲击脉冲雷达发展综述[J].中国雷达,2003,(1):23-29.[12] 李 进,董 衡.超宽带雷达的军事应用及发展趋势[J].国防科技(湖南),2005,6:31-34.[13] 梁步阁,陈小娟.超宽带雷达实验系统中大功率纳秒级脉冲源的研制[J ].微波学报,2005,21(1):26-30.[14] 胡伟东,吕 昕,高本庆.超宽带雷达技术的新进展[J].无线电工程,2005,35(1):35-37.Applications of photoconductive semiconductor switchesin ultra -wideband radarsXIE Ling -ling 1,GONG Ren-x i 1,LIU Si-li 1,2(1.Colleg e of Electr ical Eng ineering ,G uang x i U niv ersity ,Na nning 530004,China ;2.Sheny ang A rtiller y A cademy ,Shenyang 110162,China)Abstract :Ultra-w ideband radar ,w ell know n fo r its hig h rang e resolution,ro bust jam ming imm unity and counter-stealth,is paid mo re attention by the g overnments of the various states.The characteris-tics of ultra-w ideband radar hav e been intro duced briefly,and the state-of-the-art of the applications of photoconductive semico nducto r sw itches in ultra -w ideband radar is described .Furthermo re ,the ap-plications of pho toconductive semico nductor sw itches in ultra -wideband r adar have been discussed .Key words :pho to conductive semiconducto r sw itches;ultra-w ideband radar;char acteristic(责任编辑 刘海涛)213增刊谢玲玲等:光导开关在超宽带雷达中的应用。