研究目的
提出一种全电子时间反转镜(TRM)系统,能够执行信号时间反转变换,以解决现有TRM实现方案依赖复杂AD/DA模块或数字信号处理仪器所带来的局限性——这些方案成本高昂且实时性差,尤其不适用于高频大带宽信号。
研究成果
所提出的全电子TRM系统利用非对称高阶反射型APE,成功实现了时延为10纳秒、带宽为1吉赫兹的时间反转变换。这些APE具有线性群延迟特性,且群延迟斜率较高(4.4纳秒/吉赫兹)、带宽较宽(2吉赫兹),实测群延迟与设计值高度吻合。该TRM系统为数字实现方案提供了一种经济高效且实时的替代方案,通过改进APE设计有望进一步提升带宽。
研究不足
非对称APE基于从低通原型进行的频率变换,该方法依赖于窄带近似,将其相对带宽限制在50%以下。提高中心频率并非实现更宽带宽的最佳方案。研究表明,开发具有高群延迟斜率的宽带APE是未来的研究方向。
1:实验设计与方法选择:
TRM系统基于时域成像(TI)原理,利用时空对偶性。该系统由时间透镜(通过混频器和线性啁啾脉冲实现)和两个具有线性群延迟(LGD)的色散延迟结构(DDS)组成。DDS采用由谐振器和K变换器构成的非对称高阶反射式全通均衡器(APE)实现。设计过程包括群延迟的理论建模、从低通原型到实际APE的频率变换,以及利用遗传算法对原型参数进行优化。
2:样本选择与数据来源:
设计并制作了两种特定APE:一种中心频率为20 GHz、带宽为2 GHz,另一种中心频率为17 GHz、带宽为2 GHz。TRM仿真中使用了这些APE的实测群延迟数据。
3:实验设备与材料清单:
高阶波导APE(具体尺寸见表2)、混频器、低通滤波器、包络检波器、用于尺寸优化的全波仿真软件,以及用于TRM验证的数值仿真工具。
4:2)、混频器、低通滤波器、包络检波器、用于尺寸优化的全波仿真软件,以及用于TRM验证的数值仿真工具。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:TRM工作流程包括用20 GHz正弦信号调制输入脉冲,通过第一个DDS,与线性调频(LFM)信号混频,滤除上边带,通过第二个DDS,解调后获得时反输出。该过程通过使用实测DDS群延迟的数值仿真进行验证。
5:数据分析方法:
通过实测群延迟与设定群延迟之间的均方根误差和相关系数评估群延迟线性度。TRM性能通过计算输入信号时反与输出信号的相关系数进行评估。
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All-Pass Equalizer
Asymmetric 10th-order waveguide APE
Provides a prescribed linear group delay for dispersion delay structures in the time reversal mirror system, enabling temporal imaging and signal time reversal transformation.
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Mixer
Implements the time-lens by mixing the input signal with a linear chirp pulse to perform quadratic phase modulation, essential for temporal imaging in the TRM system.
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Low-Pass Filter
Filters the upper sideband after mixing to isolate the desired signal component for further processing in the TRM workflow.
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Envelope Detector
Demodulates the signal after processing through the dispersion delay structures to recover the time-reversed output in the TRM system.
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Full-Wave Simulation Software
Used to compute and optimize the dimensions of the waveguide all-pass equalizers, ensuring accurate group delay characteristics.
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