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波束/涡旋波束天线技术
(一)项目背景 本项目源自无线通信系统中多波束天线设计实际技术需求。多波束系统具有高角度选择性,可以实现频率复用,即同一个频段在不同空间内得到重复利用,能够大幅度提高信道容量。传统相控阵天线系统中的移相器、衰减器成本高昂,能效较低,难以民用。常用替代方案有无源矩阵网络阵列天线和抛物面天线系统。但阵列天线的馈电网络随着天线数量的增加会更加复杂,并带来严重的损耗问题;而抛物面天线系统虽然性能优良,但其体积相对较大、笨重,不利于集成。因此,提高多波束天线系统的效率、简化结构、降低成本是迫切需要解决的关键科技问题。 (二)项目简介 本项目提供一种用于无线通信系统中的多波束低造价超表面天线。当每个波束独立工作时,通过切换波束实质上实现了波束扫描。雷达、卫星通信、新一代移动通信都需要波束扫描或多波束天线提高通信容量和覆盖灵活性。超表面具有调控电磁波的极化、传播和空间分布的能力,将电磁超表面与天线设计相结合,有效避免了复杂网络设计、成本较低、设计灵活。研究基于电磁超表面的高效率、低成本的多波束天线是解决上述问题的一个重要设计方向。 (三)关键技术 该项目利用超表面的灵活相位调控,实现多个波束的产生,涉及到的关键技术包括多波束天线以及涡旋波生成技术。 1.多波束技术。多波束天线具有高增益、低副瓣以及可在较宽范围内波束扫描等优点,广泛应用于雷达系统、卫星通信以及 5G 通信等技术领域,在满足辐射性能要求的同时还要考虑成本、可靠性、体积等因素。其中,多波束抛物面天线、多波束相控阵天线、多波束透镜天线等应用最为广泛。抛物面天线增益高、结构简单,但往往体积笨重、波束一致性差、覆盖范围窄,波束扫描速度较慢;相控阵天线采用电子扫描的工作方式,具有较高的扫描精度和较快的扫描速度,然而大规模的有源相控阵制造成本高,难以大量应用;多波束透镜天线具有频带宽、波束覆盖范围广、结构简单、成本低等优点,基于电磁超表面的透射阵易于加工、剖面低,具有较为广泛的应用。利用电磁超表面可以实现对电磁波波前相位的灵活调控,高增益多波束透射阵天线由 90°极化旋转超表面单元组成,该超表面单元可以同时完成极化旋转和相位补偿。将 5 个线极化平面馈源以空间馈电形式安装,5 个平面馈源分别独立馈电可以形成 5 个不同指向的波束,从而完成波束扫描。该天线剖面较低,采用空馈技术使得馈电网络简单,整个天线质量轻,便于安装,是无线通信系统中天线端可取的方案。 2.涡旋波生成技术。在微波射频波段产生涡旋电磁波,常用方法通常为螺旋相位板、反射面和环形阵列天线,螺旋相位板成本高、体积大,产生涡旋波效率低,不利于远距离传输;反射面容易设计、效率高,但加工较为困难且体积较大,限制了应用范围;环形阵列天线可以调节阵元间相位差以产生精确的涡旋电磁波,是较为方便有效的方法之一,加工容易,成本较低,但馈电网络设计较为复杂,不利于大规模推广。 基于人工电磁表面的天线技术近年来发展迅速,超表面是由亚波长单元在特定平面或曲面通过周期排列构成,其厚度小于工作波长。超表面与传统材料相比,其功能上的优势体现为可以对照射到其表面的电磁波传播特性和反射特性进行灵活调控,即对透射波和反射波的幅度分布、相位分布、极化状态的灵活控制,使波束在电磁表面上形成 exp(-jlφ)的相位分布,就可产生 OAM 涡旋电磁波束。由于每个电磁表面单元的相位都具有独立调整的能力,因此设计自由度大,能产生模态纯净的 OAM 涡旋电磁波束,同时超表面天线的剖面通常很低,占用空间小,平面印刷结构也大幅降低结构设计的复杂性,同时由于不需要馈电网络,也不存在馈电损耗,容易实现较高的口径利用效率。
西安电子科技大学
2023-07-20
多
通道GHz近红外单光子探测器
基于InGaAs-APD的超灵敏高速光电探测模块,探测波段覆盖900 -1700 nm,探测效率最高可达25%。采用先进的正弦频谱滤波技术,支持GHz以上的单光子探测。此外,得益于先进的噪声抑制和弱信号处理技术,GHz 单光子探测器在如此高的工作频率下依然可以保持5×10-6/pulse的暗计数水平,以及小于5%的后脉冲概率。而多通道GHz单光子探测器的集成,可实现高速的光子数可分辨探测,拓展量子探测器的动态范围。 相关技术指标: 通道数: ≥4 工作频率:1-2.5GHz 探测效率:1-25% 连续可调 暗计数: 工作频率1-1.5GHz:≤ 5×10-6/pulse 工作频率2-2.5GHz:≤ 1×10-5/pulse 后脉冲: ≤ 5% 死时间: 3 ~ 10 ns (暗计数后脉冲指标均在10%探测效率下测得) 技术创新点: 国际上首次提出“一种低时间抖动低噪的吉赫兹单光子探测方法”,通过频谱分析的方法将低通滤波和平衡相结合,实现了高速高性能InGaAs APD单光子探测,被国内外单光子探测领域的专家同行广泛引用。基于该技术所研制的GHz单光子探测器通过华东电子测量仪器研究所光电计量校准中心(国防科技工业光电子一级计量站)鉴定检测,性能指标达到国际同类仪器先进水平。“单光子探测关键技术与仪器开发”获2012年上海市科技发明二等奖(第十完成人)此外,在此基础上,将室温单光子探测的速率提升到GHz以上,与国际水平相对比,工作频率提升到了1.5GHz,后脉冲误计数概率亦有所下降,探测效率为21%时,后脉冲概率仅为1.4%。
上海理工大学
2023-08-08
车体
结构
高效模态轻量设计程序
本成果解决了车体结构板件参数多、数量大,现有商业软件难以开展车体优化设计等难题,实现了车体结构的快速建模、高效模态分析和轻量协同优化设计,计算效率较商业仿真软件大幅度提高。同时,本成果还具有以下创新点: 1.研究车体结构材料的形状和构成特性,提出了基于图像识别的车体智能建模方法,关键节点的精准度可保持在95%以上,提高了车体结构在横截面维度建模的效率和便捷性。 2.研究车体截面的几何特性,采用向量化的计算方式对车体截面实现了特性表征,提高计算效率的同时也为后续轻量协同优化提供了支持。 3.探究车体结构的变形特点,提出CUF高阶梁理论的截面降阶和动刚度法轴向降阶方法,在保证精度前提下最大限度减小自由度,进一步提高了建模和计算效率。 4.研究车体结构的力学特性,结合机器学习等高效优化算法,构建结构尺寸、形状、拓扑优化设计模型,实现大规模多设计变量的轻量化及动力特性优化研究,计算效率与传统优化方法相比提高3个数量级,优化效果可提升10%左右。 5.本成果所用框架和算法均采用PYTHON语言编写完成,具有完全自主知识产权,可突破国外限制。
中南大学
2024-03-15
川西木
结构
民居文化外宣网站建设研究
一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 陈泓利 外国语学院/英语 2019.9/2023.6 201931131315 谢诗寒 外国语学院/英语 2019.9/2023.6 201931131337 陈珊 外国语学院/英语 2019.9/2023.6 201931131310 沈俞佑 计算机学院/计算机 2020.9/2024.6 202031061479 陈宁 计算机学院/计算机 2020.9/2024.6 202031061009 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 高黎 外国语学院/英语 副教授 跨文化交际传播 四、项目简介 川西民居诞生于川西平原,多以木结构为主,用材因地制宜、因材设计,讲究“天人合一”自然观与环境观,建筑色彩朴素淡雅,风格朴实飘逸。历史上不断地移民,也造就了这处文化交流融合之地,与其极具兼容性的居住文化。建筑是一种凝固的艺术,也是一种反映人类智慧结晶的成果,川西民居的建筑形态融合了川西地区独具特色的历史文化,蕴含丰富的人文思想,乃蜀人的精神原乡。经历了漫长的发展历程,川西传统木结构民居自成一家,成为相对独特的民居建筑样式,是中国民居中的瑰宝。
西南石油大学
2023-07-18
陆上或海上风电支撑
结构
轻量化设计
双碳目标下,我国正逐步构建起以新能源为主体的新型电力系统。风电是其中关键一环,发挥着愈加重要的作用。随着风电机组的高度变高,以节省成本为目的进行结构轻量化设计是当前风电发展的必然方向。其中海工基础与风电机组由于设计分工不同,国内一直沿用传统的分离式设计,在塔架底部进行数据交互与迭代设计,导致投资占比增高,设计方法冗余度大,建设阶段成本浪费。如何解决分离式设计的弊端,开发更高效的一体化轻量化设计方法是破局痛点的关键所在。 针对钢制塔筒结构,开展失效型式分析,考察不同参数对钢筒性能的影响;针对海上风电机组基础结构成本高、材料浪费严重的问题,以NREL 5MW海上风电机组的三脚架和导管架基础结构为例开展拓扑优化轻量化设计研究,最终实现结构轻量化设计,得到性能更优,质量更轻的海上风电机组基础结构。 创新点 针对钢制塔筒结构,开展了各类失效型式分析,并考察了设计参数对结果的影响,形成一套钢制塔筒轻量化设计方法。 以5MW海上风电机组模型作为参考模型,将拓扑优化方法引入海上风电机组三脚架和导管架支撑结构的轻量化设计,并进行模态分析、刚强度计算,得到一套在概念设计阶段、考虑结构-载荷耦合效应下海上风电机组三脚架和多导管架的拓扑优化设计及仿真流程。 市场前景 在目前陆上、海上风电机组大型化的趋势下,结构的安全设计、轻量化设计将会成为制约行业发展的一个重要难题,而将拓扑优化及有限元仿真引入风电机组结构设计中可有效解决此类问题。 应用案例 航天万源2MW直驱风电机组塔筒,减重10tons; 5MW海上风电机组三脚架支撑结构,减重276.54tons; NREL 5MW海上风电机组导管架支撑结构,最大位移减少14.89%、最大等效应力减小26.66%。 获奖情况 张承婉、杨晓宇、陈卓;指导教师:龙凯,一带一路暨金砖国家技能发展与创新技术大赛-工程仿真创新设计赛项(研究生组),团体优秀奖 张承婉;指导教师:龙凯,第三届中国工业互联网大赛二等奖 丁文杰,本科生,2020年毕业,论文题目“塔筒法兰螺栓疲劳失效机理和法兰轻量化设计”,校级优秀论文 丁文杰、李泽阳、季元、张承婉;指导老师:廖海涛、龙凯,兆瓦级海上风力发电机组三脚架基础结构设计与强度校核分析APP,第三届中国工业互联网大赛,工业互联网+数字仿真专业赛二等奖 张承婉、陆飞宇、张锦华;指导老师:龙凯,中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛北京赛区一等奖 张锦华,指导老师:龙凯,海上风电机组多导管架的拓扑优化方法研究.2020年北京市普通高校优秀本科毕业设计(论文)
华北电力大学
2023-08-03
《产业
结构
调整指导目录(2024年本)》 2023年第7号令
《目录(2024年本)》共有条目1005条,其中鼓励类352条、限制类231条、淘汰类422条
中华人民共和国国家发展和改革委员会
2024-01-02
研究揭示双加氧酶的低复杂度
结构
域调控DNA氧化去甲基化
该研究揭示了Tet双加氧酶催化活性中心的一个低复杂度结构域(Low complexity domain,LCD)介导该家族蛋白的酶活负调控,阐述了LCD保护卵母细胞甲基化组免受过度氧化的重要作用,显示DNA甲基化谱式的正常建立对于哺乳动物发育至关重要。
中国科学院分子细胞科学卓越创新中心
2024-01-08
关于“
多
模态网络与通信”等5个重点专项2023年度项目正式申报书填报的通知
按照科技部关于国家重点研发计划重点专项评审立项的总体要求和部署,科技部高技术研究发展中心已经完成了“多模态网络与通信”、“先进计算与新兴软件”、“高性能计算”、“信息光子技术”和“微纳电子技术”5个重点专项2023年度申报项目预申报书形式审查、预评审等相关工作,并已通过国家科技管理信息系统进行了反馈,请各项目牵头单位及项目负责人及时查看系统通知及邮件。现就填报项目正式申报书(含预算申报书)的有关事项通知如下。
科学技术部
2023-08-18
关于发布
多
物理场高效飞行科学基础与调控机理重大研究计划2023年度项目指南的通告
国家自然科学基金委员会现发布多物理场高效飞行科学基础与调控机理重大研究计划2023年度项目指南,请申请人及依托单位按项目指南所述要求和注意事项申请。
中国自然科学基金委员会
2023-07-31
教育部、人社部:
多
措并举促进2024届高校毕业生更加充分更高质量就业
12月5日,教育部、人力资源社会保障部召开2024届全国普通高校毕业生就业创业工作视频会议,深入贯彻落实习近平总书记重要指示批示精神,落实落细党中央、国务院决策部署,总结工作,分析形势,全面部署做好2024届高校毕业生就业创业工作。
微言教育
2023-12-06
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