研究方向

天线理论与设计

天线方向主要包括新型天线设计、阵列信号处理与多波束天线技术等，在天线领域完成了国家自然科学基金等二十余项纵横类项目，已成功地应用于数字电视、移动通讯等领域，有二十多年的各类天线的研究经验。其中包括：

  • 移动终端天线技术：手机天线、DTV终端天线；
  • MIMO天线：AP端多天线、终端多天线；
  • 卫星地面接收天线技术：RLSA天线、反射面天线；
  • UWB天线技术：共形UWB天线、UWB通信系统终端天线；
  • 无线通信基站天线设计；
  • 提出了RLSA天线的平面馈电结构，通过对CPW和谐振腔场分布的合理设计解决了RLSA天线激励所需的螺旋场；
  • 在射频识别(RFID)中的天线建模和设计方面有较为丰富的研究经验；
  • 可重构天线设计；
  • 宽带滤波器研究；
  • 新天线研究：片载天线，片上无线互联，超材料天线，纳米天线等。

图１ 车载DTV移动终端接收天线产品
图２ CA-RLSA天线
图３ CA-RLSA天线平面馈电结构

天线信号处理

(1) 自适应天线及阵列信号处理

自适应天线及阵列信号处理主要应用于移动通讯领域。专门针对自适应天线及阵列信号处理在国民经济某些领域中的应用,我们开展的研究主要包括:

  • DBF技术：SDMA算法、基于波束空间的OFDM算法、自适应阵列校正算法及其FPGA实现;
  • 自适应天线方向图综合技术：扩展阵列算法、优化算法、遗传算法、粒子群算法;
  • MIMO技术：时空频编码算法、MIMO信道预测;
  • UWB技术： 超宽带阵列自适应信号处理。

相关的自适应天线及阵列信号处理研究结果如下图所示:

图４ DBF Algorithm: MRC-WR, Patent in Japan
图５ Adaptive Algorithm: Pre-FFT-OFDM: Patent in China
图６ 仿真结果

参考文献：

[1] R. H. Jin, et al., Electronics Letters, vol. 38, No. 16, pp. 847-848, 2002.

[2] B. Liu, R. H. Jin, et al, Electronics Letters, vol. 40, Issue: 5, 4, pp. 287- 288, 2004.


(2) 平流层通信及其多波束天线技术

着重于平流层通信平台有效载荷和艇载多波束天线技术的研究。在国际上首先提出了IP-over HAPS的概念；首次对平流层平台电磁兼容问题做了系统的研究；提出了镶嵌多波束方案；对平流层通信链路电磁性能进行了分析；完成了多种载荷形式的可行性论证报告；参与了日本多个平流层飞艇模拟艇和艇载多波束天线的试验；与日本NICT等多个平流层通信研究组建立了合作关系。相关的平流层通信及其多波束天线技术方面的结果如下图所示：

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图7 HAPS嵌入式波束方案
图8 HAPS嵌入式波束方案与均匀波束方案系统容量比较
图9 2003年2月与童志鹏院士、吴佑寿院士等一起参观日本48米平流层飞艇（日本日立港）

电磁计算

在电磁计算领域，有二十多年的电磁场数值计算和各类天线的研究经验，主要研究有：

  • 提出了MEI-ES方法，针对某些结构其计算效率提高了一个数量级以上；
  • 电大尺寸电磁计算方法研究；
  • 改进了混合波导结构天线的谱域分析方法，解决了极点提取、振荡函数无穷积分等关键问题，从而提高了计算效率；
  • 复杂电磁结构的物理建模，高效数值分析方法，面向复杂系统的全域优化；
  • 成功地将遗传算法、粒子群算法及鲍威尔算法应用于复杂天线结构的分析和设计中，可以对多目标、多种类变量的复杂结构进行建模和优化设计。

在计算电磁学和天线方面的相关研究成果已发表在IEEE Trans. Antennas and Propagation,和IEE Proceeding. H 等国际国内著名期刊中，并已申请了二十余项发明专利，其中两项发明专利已授权，国内外各一项，五项专利已被商业化应用。


LPI雷达信号波形设计与检测

LPI雷达信号波形设计与检测，主要着重于LPI雷达信号特征、波形设计、信号检测和参数估计等方面。目前在运用FrFT及其改进形式对LPI雷达波形进行时频分析、HHT变换应用于LPI雷达信号检测与估计上取得了很好的进展。与已有的时频分析方法相比，克服了多信号检测时交叉项问题并通过高斯窗函数等手段改进FrFT将其检测低信噪比信号能力提高了10dB左右。采用HHT变换则大大提高了检测非平稳信号的能力并缩短了检测周期，从理论上为LPI雷达信号检测和参数估计能力的提高打下了基础。同时成功地将HHT变换应用于2FSK信号的解调，在非相干解调的情况下得到了接近相干解调的性能。相关的LPI雷达信号波形设计与检测研究结果如图下图所示。：

图10 单信号检测结果 (SNR = -14dB)
图11 双信号检测结果 (SNR = -14dB)
图12 HHT: 回波信号的瞬时频率分布 (SNR = 3dB)
图13 (非)相干解调、HHT解调二进制移频键控(2FSK)信号的误码率比较

占位----------