同步辐射装置主信号源的扩展方法研究

主信号源是同步辐射装置的关键组成部分之一,它不仅用于产生同步辐射光源各子系统所需的稳定度极高的参考信号,还用于生成整个装置的控制系统所需的高精度工作时钟。一般使用射频信号源作为主信号源,而商业射频信号源一般只配备单输出通道,远远不能满足同步辐射装置的需要,使用传统功分器对主信号通道进行扩展又存在幅度衰减、精度下降且相位不一致的问题。为解决上述问题,利用射频芯片AD9361,研究了对主信号源的单路输出进行扩展的方法。该方法可根据用户需求完成相应数量的信号通道扩展,设计了AD9361芯片和FPGA主控模块相结合的硬件架构。搭建实验平台,开展了射频信号源在C波段扩展的实验研究,对所提出的扩展方法进行实验验证。实验结果表明,该方法能保证扩展信号的幅度、频率与相位与主信号保持高度一致。

速调管放大器输入腔的匹配理论和模拟研究

基于输入微波与腔体耦合的等效电路模型,对于任意的腔体和电子束参数,建立了任意的输入微波与腔体耦合的速调管放大器输入腔的两种匹配状态的理论。建立了带有互感和电子束等效电阻和电容等参数的输入腔等效电路模型,推导了入射功率与反射功率的表达式,以及输入微波与带有电子束的输入腔耦合的完全匹配状态和任意的耦合这两种情形时输入功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配状态时输入微波工作频率与输入腔有载品质因数的表达式。推导了复耦合系数等于1时输入腔外观品质因数与热腔品质因数的表达式,得出了当工作频率等于输入腔谐振频率,输入腔外观品质因数与热腔品质因数相等,且满足电子束等效电容远小于1时接近达到匹配状态,与传统理论基本一致。通过对比两种状态时的入射功率,得出了匹配状态时的入射功率小于复耦合系数等于1时入射功率的结论。通过对比复耦合系数等于1时新理论和传统理论的入射功率,得出不考虑电子束等效电容情况下两者相等的结论。采用二维粒子模拟的模型与匹配理论进行了对比,粒子模拟与理论基本一致。根据匹配理论找到了接近匹配状态的工作频率与有载品质因数以及较小的输入功率。

基于慢波基片集成波导的小型化移相功分器

针对移相器和功分器的功能融合设计,提出了一种基于慢波基片集成波导(Slow-Wave Substrate Integrated Waveguide,SW-SIW)的小型化移相功分器,两个输出分支等长带宽,可实现30°相移量.其中一个输出分支通过基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)实现,而另一个输出分支将互补开口谐振环(Complementary SplitRing Resonator,CSRR)加载在上层金属表面,代替传统SIW连续的金属表面,该CSRR由经典CSRR结构演变而来,同时为了降低由CSRR加载所造成的相位上的不稳定,在CSRR内部添加金属化通孔,实现SW-SIW,使得截止频率和相速度降低.测试结果表明,移相功分器在9.0~11.8 GHz频带范围内反射系数|S11|小于-10 d B,相对工作带宽为26.9%,插入损耗小于1.3 d B.两个输出端口的相位差稳定在30°±3°,幅度差小于1.4 d B,实现了等功率分配.所设计的移相功分器具有较小的尺寸和低制造成本,适合应用在相控阵天线中.

汇流环人机协同产线设计与实践

文中对汇流环的结构特点进行了梳理,通过分析汇流环的装配工艺流程,结合工艺特点建立了部件装配、整件装配和跑合测试的装配作业单元。根据各装配单元的工作内容和控制要点分别设计了焊接平台、一体化装配平台和智能跑合台。通过工艺装备的使用,将传统的手工装配作业模式升级为人机协同的工作模式,对导电环焊接参数、跑合参数等装配过程关键要素进行控制和记录。在降低装配作业强度、提高工作效率的同时,显著提升了质量可追溯性。

基于机-电-磁-流整体耦合的油阻尼断路器保护特性的容差设计

油阻尼断路器的主要特点是在电路发生短路、过载等情况时能够自动脱扣,断开电路,从而保护人员和设备的安全,常用于变电站等场所。文章在以往对油阻尼断路器油阻尼力、电磁铁静态特性、操作机构性能等研究的基础上,构建一个基于机-电-磁-流多体多自由度多场耦合的一体化虚拟样机整体耦合模型;接着对该整体耦合模型的保护特性进行了仿真与分析,通过仿真得到了不同电流倍数下动触头的分断特性,并通过实验验证了整体耦合模型和仿真结果的正确性;最后,为减小产品保护特性的分散程度,提高油阻尼断路器的稳定性,文中结合稳健容差设计技术,选取不同电流倍数下触头的断开时间作为目标函数,以极靴半径、细铁芯半径、粗铁芯半径、粗铁芯高度作为关键设计参数,通过正交试验和贡献率分析法对目标函数进行容差分配,使得触头断开时间的分散度比原来减少39.165%。研究成果将会对电器产品的研发提供理论指导。

Ka波段星载高功率波导隔离器功率耐受失效分析

Ka波段星载高功率波导隔离器在进行真空下功率耐受试验时发生故障,经过排查定位为所使用的粘接胶层过量释气,形成局部低气压环境而引起击穿放电失效。根据此隔离器的结构特点,进行了失效分析,确定隔离器的失效原因并进行故障复现,为后续工艺改进提供了指导,提高了星载高功率波导隔离器质量的可靠性。

基于幅度和相位融合的微波两相流测量系统设计

针对油井开采过程中需要对各相含量进行精确预测以调整开采策略的实际问题,设计了一种基于微波法的油水两相流检测系统。该系统利用微波在不同介质中透射能力的差异,构建了一套包含微波信号源、功率放大器、功率分配器、检波器和STM32F103ZET6核心板的硬件电路系统,通过编写AD采集和串口通信的软件代码,来接收检波器端幅度和相位数据。在数据处理方面,分别对幅度数据、相位数据和幅度-相位融合数据采用BP神经网络的方法预测含水率。实验表明:在使用融合数据时,预测准确度可以提高至96.33%,取得了较理想的效果。

基于阶梯阻抗谐振器的双频宽带滤波功分器

为了更好地满足无线通信系统对多功能、多频段射频前端器件的要求,提出了一种基于阶梯阻抗谐振器的双频宽带滤波功率分配器。首先,使用单个T形谐振器实现双频滤波单元,同时采用阶梯阻抗技术引入了单独可调的高次模用于展宽双频功分器的高频通带带宽;其次,利用枝节加载技术实现额外谐振模式的引入,展宽了双频滤波功分器低频通带带宽;为了实现小型化设计,对部分微带线进行弯折,使得整个电路结构更加紧凑。此外,利用T形谐振器自身的滤波特性和在微带馈线上加载的开路枝节,在带外产生四个可控的传输零点,提高了通带外选择性;通过在微带馈线上加载扇形枝节和在输出端口引入隔离电阻,有效改善了滤波功分器的带内阻抗匹配效果和隔离度。为了进一步验证,对所提出的滤波功分器进行了加工和测试。该滤波功分器的中心频率为2.83 GHz和4.87 GHz,相对带宽分别为10.6%和11.7%,通带隔离度均大于14.5 dB。测试和仿真结果基本一致。

太赫兹传输波导器件研究进展

随着太赫兹技术的发展,太赫兹传输波导器件的研究成为待解决的重要问题之一。太赫兹波位于微波与红外光之间,寻找高效的传输、耦合器件一直是研究人员的目标。主要介绍了太赫兹传输波导研究现状,并总结了各类型太赫兹波导的优势与不足。根据材料与结构分别对金属波导、介质波导的研究进展进行了分析。其中金属波导包括裸金属线波导、微结构波导、空芯波导以及平板波导,介质波导包括介质空芯波导、多孔芯波导以及微结构波导。最后分别对太赫兹传输波导未来需要解决的研究方向进行了展望。

基于环形多模谐振器的双频滤波功分器设计

本文设计了一种基于环形多模谐振器的零点可控双频滤波功分器。通过微扰加载,实现双频滤波器功能;利用枝节加载,提高了带宽和带外选择性;采用融合设计方法,将该滤波器与功分器进行集成,完成双频滤波功分器设计;通过在输出端口间引入电阻,提高端口间隔离度。为了验证设计的正确性,设计、加工和测试了该功分器,实测结果和仿真结果基本吻合,当功分器S_(11)<-10 dB时,工作频段分别为2.14~2.52 GHz和4.54~4.84 GHz,端口间隔离度最大达到45 dB。

高频双频Buck变换器平面集成磁件优化设计

针对目前开关器件和磁性元件性能不足导致双频Buck变换器的效率和功率密度低的问题,研究了一种高效高功率密度的双频Buck变换器。变换器将工作在连续导通(CCM)模式,采用解耦合的平面集成电感器完成系统磁元件的集成,结合磁件的集成方法、有限的PCB层数和变换器的特性给出双频Buck变换器的参数,然后,提出了一种双频Buck变换器平面磁件的设计方法,并完成系统磁元件的优化设计。最后,基于第3代半导体SiC器件以及平面集成磁件,设计了额定功率200 W、开关频率400 kHz的双频Buck变换器。结果表明:该变换器峰值效率将达到96.1%,功率密度为46.1 W/in^(3)(1 in=25.4 mm),验证了双频Buck变换器设计方法的正确性和有效性。

L波段硅基多层堆叠MEMS耦合器

基于射频传输理论设计并制备了一款Si基多层堆叠微电子机械系统(MEMS)耦合器。该耦合器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。利用电磁仿真软件进行了建模仿真,并经过金属图形化、硅基通孔(TSV)、晶圆减薄、晶圆键合等MEMS工艺完成器件制备。采用三层硅片进行堆叠,信号传输时,通过上下两层金属的层间距离对耦合度进行调整,相比常规的平面耦合具有更小的横向尺寸。同时,为了减小信号传输过程中的辐射效应,在信号线周围设计了接地通孔,实现对耦合器的全屏蔽,使其免受外部电磁场的影响。所制备的硅基多层堆叠MEMS耦合器的频带范围为0.75~1.25 GHz,性能指标良好,尺寸仅为5.5 mm×6.0 mm×1 mm,相比常规的平面耦合结构缩小了50%,相比多层印制电路板(PCB)结构缩小了20%。

X波段Si基片集成脊波导MEMS环行器

基于波导传输理论设计并制备了一款Si基片集成脊波导(RSIW)微电子机械系统(MEMS)环行器,该环形器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。通过在基片集成波导(SIW)结构中添加脊梁结构,形成RSIW传输结构,使传输主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的低,从而实现相同频率下更小的器件尺寸。同时,通过电磁仿真软件对射频匹配和磁场分布进行了精确的建模仿真,完成了Si基片集成脊波导MEMS环行器的仿真设计。制备了尺寸为6 mm×6 mm的环行器样品并进行了测试,结果验证了仿真设计的准确性,其工作频率为8~12 GHz,回波损耗大于20 dB,隔离度大于18 dB,插入损耗小于0.5 dB。实现优良微波特性的同时,相比于常规的SIW结构环行器尺寸缩小了20%左右。

GaAs基高性能MEMS微波功率检测芯片

为了提高电容式MEMS微波功率检测芯片的性能,设计了一种GaAs基高性能MEMS微波功率传感芯片。通过建立双导固支梁电容模型,分析了传感芯片的传输特性、过载功率与灵敏度特性。在双导固支梁电容模型中提出了平行极板的两个等效条件;同时提出了一种新的梁宽等效方式,解决了双梁结构等效梁宽的失配问题,减小了模型的相对误差。双导固支梁电容模型很好地解释了导向梁的厚长比与初始高度对传感器过载功率和灵敏度的影响。测试结果表明,双导固支梁MEMS微波功率传感芯片在200 mW输入功率内的灵敏度为14.3 fF/W,而灵敏度的理论值为13.5 fF/W,两者的相对误差仅5.6%。因此,该理论模型对固支梁MEMS微波功率传感芯片的设计具有一定的借鉴意义。

基于多MEMS梁的微波功率检测芯片

为了优化MEMS微波功率检测芯片的微波性能,提高其制备的可靠性,建立了悬臂梁结构在线式MEMS微波功率检测芯片的S参数模型,研究了悬臂梁的数目对微波功率检测芯片微波性能的影响。对多梁结构微波功率检测芯片微波性能进行理论推导和仿真,制备了单梁、双梁结构MEMS微波功率检测芯片样品,并进行了测试。结果表明,在8~12 GHz的频率范围内,单梁结构的微波功率检测芯片回波损耗小于-27 dB,双梁结构的微波功率检测芯片回波损耗小于-18.5 dB,单梁、双梁微波功率检测芯片传输特性变化趋势与理论值基本一致,验证了S参数模型的正确性。

磁性元件等离子清洗烧蚀现象分析及解决措施

在混合集成电路装配过程中,采用等离子清洗是提升工艺可靠性的一种有效方法。混合集成电路采用多种有源器件和无源器件,对于其中的磁性元件,等离子体遇到磁场被束缚,造成离子聚集,当射频能量偏大或未采取有效保护措施时,易出现发光放电现象,产生烧蚀。从一个等离子清洗失效案例入手,针对清洗过程中磁性元件烧蚀现象进行了详细分析,并提出了相应的改进措施。

高Q值单间隙同轴谐振腔的物理设计与实验研究

随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展,同轴相对论速调管放大器(RKA)成为近年来研究热点之一,然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在,为此,设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔,以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM_(01)模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟,发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大,当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时,同轴谐振腔的Q值为极大值(18764),意味着此时谐振腔中两种模式转化最小,多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA,粒子模拟和实验结果表明,器件的输出微波功率稳定,频谱纯净,无自激振荡等问题存在。

高隔离SAW双工器模组的研制

为进一步提高LTE B3双工器频段间隔离度,利用系统级封装(SIP)技术设计了一种高隔离声表面波(SAW)双工器模组。该模组由2个SAW双工器和3个耦合器组成,利用TX-RX路径的相位相消及耦合器的隔离度,实现单颗SAW双工器上下行链路间隔离度的提高。采用阻抗元滤波器架构,实现了单颗SAW双工器隔离度达51 dB。采用宽边带状线多层螺旋耦合线结构实现了工作宽带宽、集成小型化的3 dB耦合器。研制的模组测试结果表明,在B3频段内,尺寸为8.0 mm×8.0 mm×2.0 mm,插入损耗小于3.2 dB,回波损耗大于13 dB,隔离度优于65 dB,承受瞬间功率可达34 dBm。

融霜工况影响下空气源热泵机组频率控制系统

空气源热泵机组在融霜工况下,由于外部环境温度低,机组内部的水箱和管路可能会结霜,导致传热效率下降、能耗增加,使得频率控制不精准。为此,设计融霜工况影响下空气源热泵机组频率控制系统。设计PLC频率控制结构、频率控制中央处理器与PID控制阀门,联合控制热源侧水泵变频。计算机组结霜量,获取换热器的有效集热量。基于分段调节思想,利用计算机调整侧水泵出水量和调节参数,计算融霜启动调频速度。由实验结果可知,所设计系统在不同融霜工况下控制效果与实际最为接近,控制结果误差最大仅为0.1 Hz,能够实现精准控制频率。

基于多物理场耦合分析的超导耦合器失超过程研究

基于多物理场耦合分析方法,建立耦合器的一维失超过程模型,并解决材料物性和内热源中非线性因素对数值求解精度和稳定性的影响问题。结果表明,耦合器铌管靠近常温端的漏热是影响失超的关键因素,延长铌管与液氦接触部分的长度或采用更高RRR值的铌材,均可以有效降低铌管温度。为了保证施加电磁场后耦合器整体不发生失超,应控制铌管靠近常温端的漏热不高于5.18 W。当此部分漏热量随着时间的推移而失超时,失超传播速度和失超区域的占比受漏热增长率和漏热量的共同影响。发生失超后,控制漏热量的变化可以使耦合器重新恢复超导,延迟时间约为0.2 s。