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微波光子相位编码信号生成及测向技术研究

微波光子相位编码信号生成及测向技术研究

作者：王魏磊西安电子科技大学

学位级别：硕士

微波光子的相位编码信号生成及信号到达角测量是现代雷达、通信、电子侦察等领域必不可少的关键技术。近年来,随着太赫兹技术的快速发展,无线电频段逐渐升高,传统电子技术在相位编码信号生成和微波信号到达角测量方面,遭遇带宽有限、传... 详细信息

微波光子的相位编码信号生成及信号到达角测量是现代雷达、通信、电子侦察等领域必不可少的关键技术。近年来,随着太赫兹技术的快速发展,无线电频段逐渐升高,传统电子技术在相位编码信号生成和微波信号到达角测量方面,遭遇带宽有限、传输损耗大、电磁干扰严重、重量体积大等电子瓶颈。无法满足未来雷达、电子侦察等领域的发展需求。而微波光子相位编码信号生成技术拥有载频高、时间带宽积大、传输损耗低等优势;微波光子高精度测向技术具有可测载频范围宽、可调谐范围大、测向精度高等优势。并且两者都能免于电磁干扰,受环境因素影响小,因此得到了众多学者的广泛研究。然而现有的大部分微波光子相位编码信号生成技术可调谐范围低、调制方式复杂、不能产生雷达脉冲从而直接应用于雷达系统;微波光子测向技术对目标信号的筛选能力差、系统冗繁。针对以上存在的问题,本文就微波光子相位编码信号生成及测向技术展开了研究,对所提出方案进行了理论推导,并进行了仿真分析或实验验证。具体研究内容如下:1.提出并仿真研究了基于双偏振调制器(Dpol-MZM)、光带通滤波器(OBPF)和相位调制器(PM)的相位编码信号生成方案。该方案没有使用任何电移相器和电功分器,增加了系统的载频可调谐范围,Dpol-MZM采用的调制方式简单易实现,且能生成任意进制的相位编码信号。2.提出并实验研究了基于双偏振调制器(Dpol-MZM)、偏振调制器(PolM)和平衡探测器(BPD)的相位编码信号生成方案。该方案没有使用滤波器,进一步提高了载频可调谐范围,不仅能产生连续相位编码信号,还可以产生相位编码脉冲信号,而且不需要控制编码信号的幅度。实验中生成了6、11GHz的连续编码信号和11GHz的脉冲编码信号,并对各频率的编码信号波形生成质量、脉冲压缩性能进行了分析,结果符合理论值。3.提出了基于双平行马赫增德尔调制器(DP-MZM)的微波光子测向方案,并对该方案进行了仿真研究。该方案总体思想是先利用微波光子技术进行干涉鉴相,再利用干涉仪进行测向,和现有的其他方案相比,该系统只采用了一个集成外调制器,增加了系统的稳定性,且采用混频技术使系统对目标信号能准确的识别,从而进行精确测向。

关键词：微波光子电光调制器相位编码微波光子鉴相干涉仪测向

基于金刚石高导热衬底的GaN HEMT器件研究

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基于金刚石高导热衬底的GaN HEMT器件研究

作者：黄韧西安电子科技大学

学位级别：硕士

GaN基高电子迁移率晶体管以其高频率、高功率和高效率等特性而闻名,因此在5G通信、雷达、电子对抗、快充等众多领域得到广泛应用。当前进入应用领域的GaN基射频电子器件和电力电子器件均采用Si C、Si、蓝宝石等衬底上Ga极性面GaN异质结... 详细信息

GaN基高电子迁移率晶体管以其高频率、高功率和高效率等特性而闻名,因此在5G通信、雷达、电子对抗、快充等众多领域得到广泛应用。当前进入应用领域的GaN基射频电子器件和电力电子器件均采用Si C、Si、蓝宝石等衬底上Ga极性面GaN异质结构外延材料。随着器件功率密度的不断提升和下一代6G通信对更高频率的亚毫米波器件的研制需要,高热导率金刚石衬底GaN电子器件以及更具高频率特性的N极性面GaN电子器件成为热门的研究方向,受到国际同行的高度关注。本文针对高导热金刚石衬底上N极性面GaN电子器件开展研究,提出了基于N极性GaN MIS-HEMT器件的制备方法,创新性地优化了材料制备和器件加工工艺,以追求器件高性能的同时保证其出色散热特性和高温可靠性,并致力于探索更高频段的亚毫米波应用范围,研究更小尺寸的射频器件。本文首先研究了金刚石衬底与N面GaN外延材料的获取方法,随后将器件模型仿真与实验工艺相结合,通过仿真指导器件结构的优化设计,同时优化了实验制备工艺,提高了器件的性能。总而言之,本文成功地展示了基于金刚石衬底的N极性GaN MIS-HEMT电子器件,为进一步推动氮化镓微波射频器件的发展提供了理论和实践支撑。本文的主要研究成果如下:（1）基于键合转移方法研制出高热导率金刚石衬底GaN外延材料。为了解决氮化镓基器件在高压条件下工作性能受到常规低热导率衬底限制的问题,本文采用低温键合的方法,将常规Ga面GaN外延层从硅衬底转移到具有高热导率的金刚石衬底上。使用XRD对键合结果进行分析,发现键合前后对外延层产生的影响非常微弱,几乎没有产生新的位错缺陷。在高温处理后,键合样品有效键合面积的变化极小,这表明键合界面具有耐高温的能力。（2）基于缓冲层深刻蚀方法研制出高性能金刚石衬底N极性面GaN异质结构。使用ICP深刻蚀Ga面GaN外延片背面的方式得到高质量的氮极性GaN材料。在刻蚀过程中样品表面出现了形貌一致的特殊副产物,对该副产物进行了元素检测分析,进而对其产生机理进行了分析总结。此外对ICP方式深刻蚀GaN的速率和表面状况进行了总结优化,结合湿法腐蚀,获得了粗糙度极低的刻蚀表面,AFM测试结果显示平均粗糙度小于0.3nm,完全满足器件工艺对GaN材料的表面需求。并且对刻蚀后的GaN材料进行电学测试,结果显示二维电子气迁移率为1575cm2/V·s,载流子面密度达到1.98×1013cm-2,方阻低至200Ω/sq,都与生长的Ga面GaN材料非常接近,证明刻蚀过程对GaN材料的负面影响十分微弱。这也说明本文研究优化后的工艺是一种可靠的获取高质量N面GaN材料的方式。（3）设计了一种金刚石衬底N极性面GaN HEMT毫米波器件。在已有研究的基础上,本文对小尺寸的N面GaN HEMT微波器件进行了结构调整和仿真优化,并对器件的直流特性和小信号特性进行了仿真分析,仿真结果与实际测试结果具有较高的吻合度。通过充分优化器件结构参数,得到了比大尺寸器件提升明显的峰值跨导,同时截止频率及最大频率也有了明显提升。这一成果为后续更小尺寸器件的结构设计和器件工艺提供了有价值的指导作用。（4）研制出金刚石衬底N极性面GaN MIS-HEMT器件,呈现出优秀的高温稳定性和散热特性。在刻蚀得到的N面GaN材料上成功制备了MIS-HEMT器件。对N面GaN器件的有金欧姆接触进行了研究,并分析了接触电阻较大的机理,通过引入一步源漏电极下方的凹槽工艺,成功将接触电阻Rc降低了50%。采用ALD淀积的氧化铝作为栅介质,在LG为3微米的MIS-HEMT器件上测得漏极峰值电流密度为276 m A/mm,峰值跨导为115 m S/mm,有效地将栅漏电以及隔离漏电降低到了10-8m A/mm级。且当进行变温测试时,器件在高温工作条件下展示出了出色的稳定性,这揭示了金刚石衬底优秀的散热能力。为了减小刻蚀带来的损伤,选用Si N作为钝化层,有效地将隔离漏电降低了三个数量级。综上所述,本文在金刚石高导热衬底及N面GaN材料的获取方面进行研究优化,并基于获得的成果进一步优化了HEMT微波器件的结构设计与制备工艺,有效地增强了N面GaN射频器件的散热能力,也体现了N面氮化镓材料在高频高压领域的巨大应用潜力。

关键词：氮化镓高电子迁移率晶体管金刚石衬底高导热

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微波本振信号及波形信号光学生成技术研究

微波本振信号及波形信号光学生成技术研究

作者：商硕西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,雷达、卫星通信、电子侦察对抗以及下一代宽带无线通信等领域呈现了向多功能一体化方向发展的趋势,要求工作带宽大、容量大、波形产生灵活、载频稳定度高且调谐灵活,而传统的电子系统很难满足这些需求。微波光子学是一门将微波... 详细信息

近年来,雷达、卫星通信、电子侦察对抗以及下一代宽带无线通信等领域呈现了向多功能一体化方向发展的趋势,要求工作带宽大、容量大、波形产生灵活、载频稳定度高且调谐灵活,而传统的电子系统很难满足这些需求。微波光子学是一门将微波和光学相融合的新兴学科,可以克服传统电子技术存在的问题。与传统的电子系统相比,微波光子技术具有通带带宽大、可重构性强、传输损耗小、重量轻、体积小、无电磁干扰等优点,基于微波光子学产生微波信号具有明显优势。本文针对微波本振信号及三角波和方波信号光学生成技术重点展开了研究,主要工作如下:1.提出并实验研究了基于相位调制器的可调谐二倍频光电振荡器的微波本振信号生成方案。相对于其他方案,该方案避免了直流漂移的问题,频率可调谐范围较大,相位噪声较低,结构简单。2.研究了一种基于内嵌强度调制器(IM)的Sagnac环与双平行马赫增德尔调制器(DP-MZM)级联的十二倍频微波本振信号生成方案。该方案大幅度提高了倍频因子,光载波和杂散谐波均得到有效抑制,可生成较纯净的微波甚至毫米波本振信号。3.研究了基于偏振复用马增调制器(PDM-MZM)的三角波和方波信号光学生成方案。该方案避免了任何滤波器的使用,结构简单,并利用平衡探测器(BPD)对其进行了改进,对改进后的方案分别进行了仿真和实验验证。BPD可以不依赖于调制指数将干扰频率分量差分相消,有效频率分量增强。4.提出并仿真研究了基于偏振复用马增调制器(PDM-MZM)和平衡探测器(BPD)的倍频三角波和方波信号光学生成方案。该方案可以生成二倍频的三角波和方波信号,提高了信号的重复频率,缩短了脉冲周期。BPD可将干扰的频率分量差分相消,有效频率分量增强,避免了倍频器和复杂调制器的使用。5.提出并仿真研究了基于IM和PDM-MZM级联的倍频三角波和方波信号光学生成方案。该方案利用偏振复用信号相互正交、互不干涉、在光电探测器中可以独立拍频的特点生成二倍频的三角波和方波信号,提高了信号的重复频率,缩短了脉冲周期,并且减少了电移相器的使用个数,降低了对调制指数的需求,避免了倍频器和复杂调制器的使用。6.提出并仿真研究了基于IM和内嵌IM的Sagnac环级联的倍频三角波和方波信号光学生成方案。该方案同上述方案具有相同的原理和优势,且相比于上述方案调制器简单,减少了直流偏压的个数。

关键词：微波光子学本振信号三角波方波倍频 Sagnac环

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车辆网络中的数据分发算法的研究

车辆网络中的数据分发算法的研究

作者：杨超西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着公路和车辆的智能化，越来越多的车辆和公路边的基础设施都开始装备通信设备。不久的将来，车辆需要能够在一个暂时的、自组织的、快速变化的无线移动网络中进行通信;同时，这些车辆还应能访问公路边的网络设施。因此，诞生了“车... 详细信息

随着公路和车辆的智能化，越来越多的车辆和公路边的基础设施都开始装备通信设备。不久的将来，车辆需要能够在一个暂时的、自组织的、快速变化的无线移动网络中进行通信;同时，这些车辆还应能访问公路边的网络设施。因此，诞生了“车辆网络”这个新概念(vehicular network)。这种车辆网络有时也被称为“车辆Ad-hoc网络(VANET)”，它作为“智能交通系统(intelligent transportation system)”的重要组成部分，以及无线移动Ad hoc网(MANET)的一种特殊应用，已经得到越来越多的重视。首先，本文介绍了“无线移动车辆网”的概念，以及国内外的研究现状。在此基础上，分析了车辆网络的特点，给出了车辆网络的体系结构和几种实际的应用场景，并进行了相应的需求分析。其次，在总结前面技术的基础上，提出了车辆网络中数据分发的三种体系结构，详细研究了它们的特性和应用范围，按其特点对数据分发技术进行了合理的分类，并给出了每种体系结构下数据分发的算法思想和设计思路。最后，我们提出了一种新的车辆网络的数据分发协议VNDDA(Vehicle Networks Data Dissemination Algorithm)，该协议在地理位置路由协议的基础上，结合几率分发和延期等待的设计思想，根据车辆节点的位置、速度、方向以及事件的紧要程度来动态分发事故信息;该协议综合了先应式和反应式的协议特点，对车辆网络的高速移动与频繁的拓扑变化有很好的自适应性，可以基本满足提出的几项应用需求;随后，给出了下一步的研究方向和研究目标。

关键词：移动Ad-hoc网络无线移动车辆网络数据分发路由协议

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InP HBT器件大信号模型研究

InP HBT器件大信号模型研究

作者：张海澎西安电子科技大学

学位级别：硕士

磷化铟（InP）是一种重要的半导体材料，广泛的应用于高频电路特别是微波毫米波电路领域。InP基的异质结双极晶体管（HBT）由于具有高频性能好、功率密度高以及抗干扰能力强等优点，逐渐成为未来无线通信及光纤通信应用中重要的高频电... 详细信息

磷化铟（InP）是一种重要的半导体材料，广泛的应用于高频电路特别是微波毫米波电路领域。InP基的异质结双极晶体管（HBT）由于具有高频性能好、功率密度高以及抗干扰能力强等优点，逐渐成为未来无线通信及光纤通信应用中重要的高频电子器件之一，应用前景广阔。但是其器件模型的发展还未成熟，仍处于探索阶段，本文就对InP HBT器件的大信号模型进行了研究。本文首先对HBT器件的特性进行了研究，研究了HBT大信号等效电路模型的发展，根据InP HBT器件本身的特点，基于SDD技术，建立了基于Agilent HBT模型的修正的InP HBT大信号等效电路模型。文中对模型的改进主要体现在对模型的集电极和基极电流进行了漏电流的修正，使模型更符合器件实际的特点，其次将模型自热网络由二阶RC网络简化为一阶RC网络，一阶的RC网络已经能够很好的描述器件的自热效应，而且简化之后，对模型热阻效应参数的提取更加简便。最后对模型进行了完整的参数提取，并比对仿真结果和测试结果，结果较为满意。

关键词：磷化铟异质结双极晶体管大信号模型

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车联网安全研究综述:威胁、对策与未来展望

计算机研究与发展 2023年第10期60卷 2304-2321页

作者：况博裕李雨泽顾芳铭苏铓付安民南京理工大学网络空间安全学院南京210094 空天地一体化综合业务网全国重点实验室(西安电子科技大学) 西安710071 南京理工大学计算机科学与工程学院南京210094

车联网(Internet of vehicle,IoV)作为一个支撑交通管理、信息服务、车辆控制等各类功能的集成网络,为车、路、人、云等不同实体提供信息服务,为道路安全和交通效率带来的极大帮助.然而,庞大而复杂的网络架构也曝露了大量的攻击面,进而... 详细信息

车联网(Internet of vehicle,IoV)作为一个支撑交通管理、信息服务、车辆控制等各类功能的集成网络,为车、路、人、云等不同实体提供信息服务,为道路安全和交通效率带来的极大帮助.然而,庞大而复杂的网络架构也曝露了大量的攻击面,进而可能造成车辆失窃、信息泄露、驾驶故障等安全事故.在深入总结现有车联网安全相关文献的基础上,将车联网架构分为了车内网和车外网2部分,再进一步细粒度地将车内网划分为固件层、车内通信层和应用决策层3个层级,将车外网划分为设备层、车外通信层和应用与数据层3个层级.然后,基于该架构系统性地分析总结了每个层级目前所面临的攻击威胁,并且归纳比较了每层能够采取的安全对策.之后,针对性地介绍了当前车联网安全关键技术.最后,展望了车联网安全未来的研究方向.

关键词：车联网攻击威胁安全对策车内网车外网

维普期刊数据库

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地铁无线调度通信系统设计与实现

地铁无线调度通信系统设计与实现

作者：张村夫西安电子科技大学

学位级别：硕士

轨道交通无线通信系统是轨道交通内部固定人员之间进行高效通信联络的重要手段,本文主要研究地铁数字集群通信系统,主要贡献包括：完成地铁无线通信统的需求分析,通过对数字集群通信系统技术体制、系统组成和功能特点的分析,并针对... 详细信息

轨道交通无线通信系统是轨道交通内部固定人员之间进行高效通信联络的重要手段,本文主要研究地铁数字集群通信系统,主要贡献包括：完成地铁无线通信统的需求分析,通过对数字集群通信系统技术体制、系统组成和功能特点的分析,并针对北京地铁八通线的现状,完成方案的总体设计;对地铁无线调度子系统的特殊需求进行了分析,提出了无线调度子系统设计方案。给出无线调度通信系统的覆盖方案和网络设计,分析了网络覆盖的情况,提出了系统的功能设计、覆盖设计和结构设计。通过对八通线无线调度系统的功能分析,提出了调度台和车载台设计方案,并完成了车载台的软件和硬件的设计与实现以及车载电台与调度系统的无线通信协议。完成了地铁无线调度通信系统的测试,表明其能够满足性能要求。

关键词：数字集群调度系统车载电台

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可重构全息超表面设计研究

可重构全息超表面设计研究

作者：田雨岑西安电子科技大学

学位级别：硕士

全息技术是一种通过物波与参考波形成干涉图样,使用参考波再次激励干涉图样完成目标场还原的手段。全息超表面由于其结构简单、低剖面、易共形等优良特性受到广泛关注,可应用于雷达探测、电磁隐身、无线通信等多种应用领域。全息超表面... 详细信息

全息技术是一种通过物波与参考波形成干涉图样,使用参考波再次激励干涉图样完成目标场还原的手段。全息超表面由于其结构简单、低剖面、易共形等优良特性受到广泛关注,可应用于雷达探测、电磁隐身、无线通信等多种应用领域。全息超表面由于在微波段具有很大的潜能,是目前研究人员关注的热点之一。由于全息超表面结构确定后,天线的功能也随之确定,缺少调控能力。为了解决全息超表面目前所存在的问题,通过将可重构技术与全息超表面相结合,利用全息技术不需要改变天线的物理形态就可以改变天线的辐射性能的优势,拓展全息超表面的应用范围。因此,对可重构全息超表面的研究具有重要意义,本文研究了可重构阻抗表面的设计方法,并进行加工和实验测试,主要研究内容如下:1.基于全息超表面的基本理论,研究了一维可重构全息超表面,解决了全息超表面缺少调控灵活性的问题,并且该可重构阻抗表面实现了波束扫描的功能。首先对表面波原理进行分析,通过正弦阻抗调制技术,使用设计的可重构阻抗单元进行一维可重构全息超表面的设计,分析了馈源个数、y方向上单元个数等参数对天线远场辐射产生的影响。此外,设计了一款使用延长枝节连接到介质基板背面的直流馈线设计,对比了不同直流馈电设计对天线造成的影响。最终设计的一维可重构全息超表面经过测试后,与仿真结果基本吻合,扫描范围可以达到±30度,并且该天线的增益可以达到13 d B。2.基于一维可重构全息超表面的设计,利用阵列综合理论以及方向图乘积定理,进行了二维可重构全息超表面的设计。为了解决单极子馈电出现的不足之处,设计了一种使用倾斜金属片与渐变结构相结合的馈电模式,有效降低了馈电端口产生的反射系数。通过调控一维子阵馈电端口的馈电相位,在保证二维可重构全息超表面在E面偏转不受影响的基础上,实现了H面方向图偏转的调控,根据均匀直线阵列理论计算偏转角度所需相差。设计了收发一体的可重构全息雷达天线,收发端口隔离度较好,通过PIN二极管控制雷达天线扫描面的抬升,提升了雷达天线的扫描能力,可以满足更复杂的应用场景的要求。3.基于近场聚焦理论,设计了用于聚焦功能的环形可重构全息超表面。使用环形设计可以有效解决全息超表面在y方向上对天线性能的影响,通过调整环形结构的宽度可以对焦点的聚焦距离进行变化。对相变材料二氧化钒的性质进行研究,利用二氧化钒材料的相变性质,进行可重构单元和全息超表面的设计。这种可以工作在太赫兹波段的二氧化钒材料对于未来通信系统的发展提出了新的解决方案。

关键词：全息超表面可重构阻抗调制波束扫描相变材料

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平面反射阵列天线的设计与研究

平面反射阵列天线的设计与研究

作者：罗亚亚西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代卫星通信、微波通信的迅猛发展,反射面天线在其中扮演的角色也越来越举足轻重。但是,传统的反射面天线由于结构笨重、体积庞大等缺陷,导致通信系统的灵活机动性不高。为了避免反射面天线的这种缺陷,一种新型的“反射阵列天线”... 详细信息

随着现代卫星通信、微波通信的迅猛发展,反射面天线在其中扮演的角色也越来越举足轻重。但是,传统的反射面天线由于结构笨重、体积庞大等缺陷,导致通信系统的灵活机动性不高。为了避免反射面天线的这种缺陷,一种新型的“反射阵列天线”的概念被提出。顾名思义,该天线汇集了反射面天线和微带阵列天线的优点,由很多结构相似的无源谐振单元和一个馈源组成。这种反射阵列天线采用了空间馈电的方式,无需设计微带阵列天线中复杂的馈电网络。随着微带印刷技术的发展和人们对天线低成本、高增益的要求越来越高,这种新型的反射阵列天线受到了越来越高的重视。本论文对平面反射阵列天线做了深入的研究,在系统总结了前人研究成果的基础上,设计了两款平面反射阵列天线,具体工作内容如下:1、对宽频带反射阵列天线进行设计和研究。设计了一种新型的线极化宽带反射单元,通过对单元的结构参数进行优化,从而获得了平坦度较好的反射相移曲线。然后,使用设计的反射单元设计了一款单层结构的平面反射阵列天线。测试结果表明:该天线在保证其他性能的前提下,实现了19.5%的1.5d B增益带宽。2、对双频带反射阵列天线进行设计和研究。首先,设计了两种新型的结构相似、尺寸不同的单层反射单元,该单元是在矩形贴片上蚀刻一个U形槽,通过调整U形槽的尺寸来获得较好的相移曲线。分析仿真结果可以发现,高低频单元之间的相互影响很小。然后,将这两种单元应用于双频线极化平面反射阵列天线的设计中,测试结果表明:该天线在保证其他性能的前提下,在第一频段实现了17.5%的1.5dB增益带宽,在第二频段实现了8.4%的1.5dB增益带宽。

关键词：平面反射阵列天线宽频带双频带高效率高增益