摘要：得益于空间复用能力,超大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术成为未来第六代通信提供高速数据服务和全球海量网络接入的关键技术之一.传统的大规模MIMO技术主要依托装配有高分辨率移相器的大规模相控阵来实现.然而,移相电路的高功耗与高硬件成本阻碍了超大规模相控阵在实际工程中的应用,从而阻碍了超大规模MIMO的实际部署与发展.本文考虑了一种超大规模MIMO的新范式——全息无线电.在全息无线电中,大量微小而廉价的天线单元紧密集成,在低硬件成本的情况下达到高方向性增益,从而能够对电磁波进行灵活的调控并有效提升无线通信性能.本文提出利用一种名为可重构全息超表面(Reconfigurable Holographic Surface,RHS)的新型超材料天线来实现全息无线电.具体而言,RHS由大量低成本低功耗可调谐超材料单元组成,其馈源与超表面集成为一体并产生电磁波,电磁波沿着超表面传播并逐一激励RHS辐射单元,每个RHS辐射单元会根据全息干涉原理在超表面上构建全息图案控制电磁波的辐射幅值从而实现全息波束成形.根据RHS的工作原理,本文介绍了一种低复杂度的新型多址接入技术——全息多址接入(Holographic-pattern Division Multiple Access,HDMA)技术,其主要思想是将所有发射信号映射叠加至超表面构建的单一全息图样上从而为多用户提供数据传输服务.本文对HDMA方案进行了优化设计以最大化RHS辅助下的多用户广播通信系统能量效率.为了进一步验证HDMA技术的有效性,本文实现了二维RHS阵列的原型机并搭建了RHS辅助下的全息无线电通信平台.基于HDMA技术,该通信平台能够以低功耗支持多用户高清视频的实时传输.实验结果表明RHS具有以简单的布线方式和低功耗实现定向增益的巨大潜力,从而进一步验证了利用RHS实现全息无线电的可行性.此外,本文还讨论了基于RHS的全息无线电的未来研究方向和关键挑战.

摘要：通信感知一体化是解决频谱拥塞问题的重要手段。现有的通感一体化系统依赖高功耗的相控阵,限制了其在功率受限场景中的应用。作为一种低功耗天线,可重构全息超表面可以用于替代相控阵,从而形成全息通感一体化这一新范式。在该范式中,利用可重构全息超表面作为发射天线,可以同时实现高空间自由度与低功耗,进而提升通感一体化系统的整体性能。研究了全息通感一体化系统的能效,通过联合设计基站和全息超表面的波束赋形提升系统能效。然而,由于基站的数字波束赋形和可重构全息超表面的模拟波束赋形相互耦合,使得波束赋形的联合设计具有挑战性。为了应对这一挑战,首先构建了最大化能量效率的优化问题,并提出了全息波束赋形优化算法来解决这一问题。仿真结果显示,与传统基于相控阵的通感一体化系统相比,全息通感一体化系统可以在相同发射功率和天线尺寸的条件下实现更高的能效。

摘要：超密集低地球轨道卫星通信网络能弥补传统地面网络频谱资源稀缺、覆盖范围有限的不足,有潜力提供全球大规模接入的高速率服务。由于卫星的高速移动性,卫星通信对天线性能,如波束控制能力和天线增益等,也提出了更为严苛的要求。因此,对一种新型的超材料天线——可重构全息超表面(reconfigurable holographic surface,RHS)辅助卫星通信展开了研究。RHS采用全息原理对超材料单元进行电控,从而实现波束成形。基于RHS的硬件结构和全息工作原理,提出了一种RHS辅助多卫星通信方案,该方案同时考虑卫星跟踪和数据传输。同时,设计了全息波束成形优化算法以最大化和速率。仿真结果验证了所提方案的有效性并表明了相较于传统相控阵天线,RHS提供了一种成本效益更高的卫星通信支持方式。

摘要：超疏水表面的防水性与表面的微观结构直接相关,不同微观形貌将呈现不同的疏水性能,从而亦产生不同的防覆冰性。代表性的选择动植物叶片、翼片、金属与非金属等工程材料固体表面做结冰和覆冰粘附强度测试,结果表明表面材料、微观结构不同,疏水、覆冰粘附性能不一样。设计了几种不同表面微形貌模型仿真自然和人工疏水表面微结构,用高粗糙度维持复合润湿状态,以具有矩形微形貌的表面为例建立覆冰粘附功与表面固体份数的解析关系,并推及其它模型。据粘附功、固体份数和粗糙度计算,发现不同微形貌表面覆冰粘附功的差异,固体份数对粘附功的决定作用以及粗糙度对复合润湿态的维持。理论上提出了选择适合的微观形貌用于防冰的定性标准:高粗糙度,低固体份数,低粘附功。按粘附功从小到大顺序确定适合于防冰、除冰微形貌;从固体份数和粗糙度的大小关系予以证实。

摘要：面向迅速发展的车载镜头行业对光学零件高效加工技术人才的需求,针对古典加工技术及传统实验教学的不足,以车载镜头中的小口径新月形透镜的高效加工任务为驱动牵引,运用虚实结合、实验教学与产业融合的方法,重构光学零件高效加工实验教学内容,引导学生参与设备操作、工艺设计、作业指导书编制等光学零件加工的全过程.通过闭环式的学习与探究,发现各环节中存在的问题,并提出解决方案,实现对小口径光学零件高效加工工艺的持续改进,激发学生的学习兴趣,不断提升学生的实践及工艺设计能力.

摘要：为了提高鱼眼镜头中透镜的加工效率,设计了三片不胶盘夹具代替传统的刚性盘和弹性盘进行精磨和抛光,提高了生产效率;采用熔化后的聚氨酯代替上盘胶,可避免抛光时胶层对面型的影响;运用皮筋代替设备上的压力表,提高了下摆机精磨和抛光时光圈的稳定性;规范精磨及抛光工序中模具的使用,有利于生产效率的提高;通过对抛光和定心磨边先后顺序的调整,可有效避免磨边过程中在零件表面产生压痕和划痕;通过对涂墨夹具结构的改进,提高生产效率,降低劳动强度。在生产中,三片不胶盘夹具的生产效率相对较低,如何成功研制出多片不胶盘夹具是下一步工作的重点。

摘要：该项目设计简易综合性物体系(液体+浮体),根据系统内部浮体上下运动状态的改变,利用浮力的变化实现超重和失重现象,创造性地提出用浮力取代弹簧拉力或支撑物支持力来描述超重和失重状态的方法,并由此设计了一种测定超重和失重状态的简易装置。

摘要：大气压实验教学中,鉴于常规托里拆利实验操作的不便,本文设计了一种简易气压计,避免了水银跟空气直接接触,操作简单,携带方便,可作为专用气压计使用.同时基于此设计提出了现代新型气压计设计思路.

摘要：本文针对密度测量实验教学提出的问题——水溶物密度及可溶物的测试设想了一种简单方法,发展了排液体体积方法,提出了溶解—恒压气体法测体积的思想.

摘要：牛顿第一定律描述的状态是一个理想化物理状态,通常需借助近似实验帮助理解.为寻求理想实验方法,本文利用物体系内部不同物体间的相对运动并借助液体对相互作用的传递设计简单、直观方法模拟惯性状态,并创造性地用弹簧秤示数的变化定量表征这种状态.