耦合度可切换的太赫兹分支波导定向耦合器

提出了一种耦合度可切换的太赫兹分支波导定向耦合器,该耦合器的耦合度可在3和10 dB之间进行切换。通过控制前四条分支表面二氧化钒薄膜的电导率,实现耦合度的切换。仿真结果表明,在180~250 GHz的频率范围内,当二氧化钒电导率为2×10^(5)S/m时,耦合度为(3±0.6)dB,隔离度与回波损耗大于17 dB;当二氧化钒电导率为10 S/m时,耦合度为(10±0.7)dB,隔离度大于18 dB,回波损耗大于20 dB。耦合器在两种耦合状态下均表现出优异的性能,符合设计预期。

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。

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。

一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路

本文提出一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路.通过在三条整流支路中采用不同阈值电压的二极管,使每条支路对不同输入功率进行高效整流,三条整流支路协同作用,使所提出的整流电路能够在超宽输入功率范围内保持高效率工作;设计并实现了一个工作在2.4 GHz的三支路整流电路,三条整流支路分别实现在-10~11、11~24和24~35 dBm的功率范围内,效率保持在30%以上.测试结果表明:在-6~25 dBm的输入功率范围内,电路的转换效率均可保持在40%以上,最高效率可以达到71.2%.所提出的整流电路对输入功率的灵敏度较低,能够在超宽输入功率范围内实现高效率能量转换,可用于能量收集或动态无线能量传输系统中.

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。

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%。

基于增强型微带耦合器组的全双工自干扰消除方法

自干扰消除技术是实现同时同频全双工通信的基础。在现有全双工天线系统的基础上,文中提出了一种新型的基于增强耦合器组的自干扰消除结构,该增强型耦合器组采用多支微带耦合器作为结构单元,具有良好的阻抗匹配和相位平衡性能,可以在大带宽范围内(500 MHz)实现超过40 dB的收发隔离度(中心频点为2.4 GHz)。进一步结合抽头式自干扰消除电路和宽带式贴片天线,文中提出的天线域模拟域联合自干扰消除方案最终可在120 MHz带宽上实现超过50 dB的自干扰消除。

一种毫米波全频段正交模耦合器研究

为满足超宽带收发信机应用需求,提出了一种基于十字转门结构的改进型Ka全频段正交模耦合器。首先,为了提升宽带性能同时减小结构复杂度,设计了一种三阶E面弯波导以及一种阶梯型E面波导功分器,以实现对称的全E面结构设计。其次,提出了一种连接波导长度设计准则,保证了两种正交模式的相位一致性。该设计避免了切割十字转门结构,且剖分装配块的总数不超过四,大幅降低了加工容差、装配精度要求。实测结果表明,在26 GHz~40 GHz(42%)范围内,该正交模耦合器回波损耗优于20 dB,正交隔离度优于50 dB,插入损耗低于0.4 dB,两种模式传输路径相位差低于5°。实测性能与全波仿真结果具有良好的一致性。

大功率超宽带高平坦度定向耦合器设计

宽带大功率射频发射系统中的保护电路需要实时采集准确的射频信号。宽带大功率耦合器作为保护电路的关键器件,其耦合度的平坦度、方向度指标对保护电路采集射频信号的准确性起到关键影响。采用同轴结构的定向耦合器具备极小的插入损耗,在接入射频通路后对通过功率影响极小。通过在拟合网络中采用传输线变压器谐振回路实现宽带高平坦度定向耦合。实测结果表明在80 MHz~1000 MHz频段的5000 W以上量级的大功率定向耦合器中,其耦合度为50 dB时,平坦度≤±0.3 dB,方向度>20 dB,耦合端口电压驻波比(VSWR)≤1.25,主通路插入损耗≤0.1 dB,主通路VSWR≤1.10。

径向啮合磁力耦合器结构与磁场特性分析

径向啮合磁力耦合器是由若干瓦形永磁体拼接而成的理想磁柱,通过磁场耦合作用,传递扭矩,相较于传统机械传动具有摩擦损耗小、噪音小等优点。文章基于径向啮合磁力耦合器,采用圆柱坐标系,利用电磁场理论提出了一种基于等效电流法的磁场特性分析数学模型,该数学模型可用Matlab软件编程,利用Maxwell电磁仿真软件模拟真空状态对该数学模型进行验证。仿真结果表明了磁场特性分析数学模型的准确性。

MPM功率监测方案研究及应用

微波功率模块(Microwave Power Module,MPM)是电真空发射机的发展方向之一,目前MPM饱和功率量级在百瓦量级。为保障系统工作稳定性和判断MPM的输出能效,需要MPM具有实时监测输出功率的能力。文章提出了一种在行波管输出端增加耦合口的方案来监测输出功率。相比传统通过定向耦合器测试功率的方案,该方案具有高效率、小型化、低成本、高可靠性等特点。

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。

一种基于LTCC技术的3 dB电桥设计与制作

针对当前通信系统对3 dB电桥等多种无源器件多频带和小型化等要求,利用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺设计了一款具有新型结构的3 dB 90°电桥,采用蛇形和螺旋宽边耦合带状线的方式,实现了电桥的小型化和超宽带。通过软件ANSYS HFSS对电桥进行三维建模,并在LTCC工艺线加工制作,实际制作的电桥的测量结果与仿真结果几乎一致。研制的3 dB电桥的工作频率为1~2.7 GHz,尺寸为3.2 mm×1.6 mm×0.95 mm,相位不平衡度小于±5°,幅度不平衡度小于2 dB,带内插损小于2 dB,隔离度大于15 dB,输入电压驻波比小于1.5。

基于DGS的3dB耦合线耦合器设计

本文提出了一种基于缺陷地结构的3dB高方向性耦合线耦合器的设计方法,该耦合器由两组耦合线耦合器组成。在电磁仿真软件Ansoft HFSS中对所提出的耦合线耦合器进行仿真分析,结果表明在中心频率2.5GHz处,回波损耗和方向性约为29dB,耦合度达到3.02dB,在2.28~2.84GHz的频率范围内耦合度的波动小于0.5dB,在2~3GHz频带内回波损耗、隔离度和方向性均优于20dB,耦合端与直通端相位差约为90o,具有良好相位正交性和宽带性能。

耦合器热窗的极限真空方案模拟分析

深圳中能高重复频率X射线自由电子激光装置(简称S^(3)FEL)注入器1.3 GHz低温超导加速模组的高功率耦合器热窗的真空泵端口通过角阀连接到真空总管,从而便于安装、检漏和故障诊断。为了保证超导加速模组降温前耦合器热窗的极限压力达标,通过理论计算与软件模拟,对比验证了在不同方案下耦合器所能维持的极限真空度。结果表明:未经处理的耦合器A管采用单台离子泵方案,其极限真空度未能达到实际工程指标;而高温烘烤耦合器A管后,其极限真空度达到10^(-7) Pa量级,优于实际工程指标;耦合器A管设置两台离子泵后极限压力下降50%,可通过继续增加离子泵数量的方法使其满足工程指标。

一种耦合器设计的多层叠层结构研究

针对900MHz频段通信系统中,耦合器体积较大的情况,本文基于微波网络理论提出了一种叠加式耦合器实现方案。借助仿真软件进行了设计指导,包括原理图的仿真优化、叠层建模、版图的设计及优化。新型多层叠层结构有效地减小了耦合器体积,采用常规高频覆铜板材及印刷电路板(PCB)工艺完成加工,易于生产和调试。实测结果验证了仿真结论,测试结果表明耦合器设计指标比行业内同种加工工艺的产品指标提高10%。该设计方法可拓展至其它频段的无线通信系统。

A phenomenological model of the fundamental power coupler for a superconducting resonator

In this study,a phenomenological model of the radio frequency(RF)behavior of a superconducting cavity fundamental power coupler is proposed by analyzing the simulation results of a transient beam-loading process in an extremely overcoupled superconducting cavity.Using this phenomenological model,the calculation of the transient reflected power from a superconducting cavity under beam loading can be mathematically simplified to algebraic operations without solving the differential equation governing the transient beam-loading process,while maintaining the calculation accuracy.Moreover,this phenomenological model can facilitate an intuitive understanding of the significant surge in the time evolution of reflected power from a superconducting cavity in certain beam-loading processes.The validity of this phenomenological model was carefully examined in various beam-loading processes and cavity conditions,and the method based on this phenomenological model was utilized in the transient RF analysis of the superconducting cavity system of the CAFe Linac,achieving satisfactory results.

基于λ/4谐振器的高选择性90°带通滤波耦合器

本文提出了一种新型的高选择性的90°带通滤波耦合器。所提出的耦合器采用λ/4谐振器通过微带线构成的J转换器相互耦合,通过在输入端口加载一个半波长开路枝节引入了多个传输零点,提高了带外选择性。所提出的新型网络拓扑结构通过将输出端口处的谐振器设置为非谐振的功率分配器,使得两个输出端口实现同样的响应,实现了良好的效果。本文所提出的模型实现了两个输出端口等功率分配比的90°相位差,在带外实现了多个传输零点,隔离端口的隔离度超过37dB的高性能带通滤波耦合器。

金属陶瓷密封型光电耦合器结构分析研究

金属陶瓷密封型光电耦合器是航天产品广泛使用的元器件。针对其质量评价,现有的标准主要集中于电路和器件工艺。但是,只依据国军标通过鉴定和质量一致性等可靠性试验无法全面有效地保证其应用可靠性。结构分析通过分析元器件的结构、材料、设计工艺等,对其是否满足评价要求及相关应用要求能力做出早期判断,是元器件高可靠应用质量保证的重要手段之一。对航天用金属陶瓷密封型光电耦合器的结构分析方法进行了研究,并给出了其结构单元分解、结构要素识别和结构判别评价方法,为类似结构、工艺器件的结构分析提供了一定的参考。

圆波导定向耦合器在高功率微波测量中的应用

介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况.以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2～10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在（55±2）dB以内,隔离度大于80 dB.在此基础上,设计加工了X波段圆波导定向耦合器并进行了标定测试,测试与仿真结果吻合较好,高功率微波实验证实了其具有较高功率容量,能够满足实验需求.该类圆波导定向耦合器已广泛应用于实验室高功率微波源的在线测量装置中.