宽频小型化U形槽微带天线

针对微带贴片天线宽带化和小型化的设计需求,提出并设计了一种工作在S/C波段的改进的U形槽微带贴片天线。通过在辐射贴片中心开曲折U形槽,使缝隙和馈电探针偏离贴片中心,形成非对称曲折U形槽的层叠介质微带贴片天线。通过共面容性耦合馈电进一步提高天线的阻抗带宽。实测结果表明:该天线在3.11~5.40 GHz频率范围内回波损耗小于-10 dB,相对带宽可达53.8%,与仿真结果吻合,可为微带天线的小型化、宽带化设计提供参考。

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.

小型化低剖面全向滤波天线设计

设计了一个小型化全向微带滤波天线。天线由带通滤波器和微带天线组成,二者共用一个地平面以减小尺寸且采用缝隙耦合方式连接,带通滤波器蚀刻在微带贴片天线的馈线位置处,引入选频滤波功能,在输入馈线前端添加一个横向矩形贴片使整个系统达到良好的阻抗匹配。与传统的微带天线相比,所设计的滤波天线在不改变尺寸大小的基础上引入了选频滤波功能,在通带边缘体现出较高的选择性。仿真与测试结果表明,该滤波天线的阻抗带宽为2.31 GHz~2.56 GHz,且通带内增益平缓,平均增益约为2.1 dBi,在工作频段内呈全向辐射特性。

L波段小型化150W GaN功率载片的研制

介绍了一种采用氮化镓(GaN)材料的L波段高增益小型化功率载片设计方法。该GaN功率载片基于高电子迁移率晶体管芯片,采用负载牵引测试技术提取大信号阻抗参数,并依据该大信号阻抗参数设计阻抗匹配电路网络。在L波段990 MHz~1130 MHz频段内,36 V直流工作电压、150μs脉冲宽度、15%占空比工作条件下,实现输出功率大于150 W、功率增益优于35 dB、功率附加效率大于52.5%的性能指标,并在20 mm×14 mm×2.8 mm的尺寸内,实现高增益、高效率的百瓦量级小型化功率载片研制目标。

VHF频段小型化千瓦级GaN功率放大器

为了满足VHF频段对高功率放大器小型化的需求,设计并制备了一款基于05μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的VHF频段小型化千瓦级功率放大器。通过采用多节微带电容网络和高介电常数的印制电路板(PCB)实现了末级功率放大器匹配电路的小型化;以高通滤波器作为级间匹配电路,在减小电路尺寸的同时,提高了链路增益;采用混合集成工艺,实现了电源调制器、前级驱动功率放大器和末级功率放大器等各单元的小型化高密度集成。测试结果表明,在024~030 GHz频带内,该功率放大器的工作电压为50 V,工作脉宽为100μs,在占空比10%、输入功率10 dBm的工作条件下,带内输出功率大于1000 W,功率附加效率约为60%~69%,功率增益大于50 dB,功放体积为46 mm×30 mm×6 mm。

低频小型化兰姆波谐振器的研究

针对低频声学器件的小型化、大带宽问题,该文基于Y切-铌酸锂压电薄膜激发了反对称A0兰姆波模式,并采用有限元法对A0模式进行了结构设计与理论分析。研究了铌酸锂切型、电极材料、金属化比及膜层厚度变化对声速和机电耦合系数等性能的影响。结果表明,特定结构下,与常规声表面波相比,A0模式兰姆波声速较小,机电耦合系数较大,有利于低频声学滤波器小型化设计。通过研究不同结构对谐振器A0模式兰姆波的横向模态的影响,实现了杂波抑制。

小型化中红外直接吸收CO_(2)光谱仪

二氧化碳(Carbon Dioxide,CO_(2))是一种关键的温室气体,对地球气候和生态系统调节有重要作用,准确检测痕量CO_(2)浓度对评价温室效应意义重大。一般情况下,气体分子在中红外光谱范围存在强吸收,可以实现高灵敏探测,因此,以4.219μm中红外波段的带间级联激光器为光源结合可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)设计了小型化CO_(2)监测仪器。在不同标气浓度下对仪器进行了标定,并通过分析Allan方差,得出积分时间在8.7 s时对应的最低检测限为16.6×10^(-9),满足温室效应研究对CO_(2)气体的高灵敏测量需求。采用仪器对大气CO_(2)连续监测8天,并与商用仪器LGR进行对比,充分验证了小型化CO_(2)监测仪器的可靠性,以及中红外光源与TDLAS技术相结合的气体浓度检测方法在大气CO_(2)准确测量方面的可行性。该系统具有结构简单、体积小、功耗低和质量轻的特点,为建设空基无人机平台的CO_(2)监测能力提供了技术支持。

高功率小型化波导E面异频功率合成器的设计

为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求,提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理,通过采用过模矩形波导E面合成的形式,使两个波导滤波器相互平行,两个输入端口相互平齐,以满足特定应用场景的需求。同时,通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制,并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距,在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2λ,宽度为1.5λ,高度为2.8λ(λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长)。仿真结果表明,该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB,合成效率大于98%,输入端口之间的隔离度大于20 dB,在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下,功率容量为310 MW。

基于特征模理论分析的超宽带小型化准八木天线设计

文中设计了一款超宽带准八木天线。根据特征模理论对传统的准八木天线进行分析,并结合天线理论,在不改变天线原有尺寸的情况下,通过采用弯折、切槽等技术,增大了电流路径,拓宽了低频的工作带宽。天线尺寸为0.256λ_(0)×0.256λ_(0)×0.002λ_(0)(λ_(0)为最小工作频率所对应的波长),工作带宽为0.78 GHz~1.58 GHz。与初始天线相比,相对带宽从32.0%提高至67.8%。通过前后比可以看出,天线具有良好的定向性能,可以满足人脑探测活动的需求。

小型化气体声学温度计的研究

为促进气体声学原级测温技术的实用化发展,基于圆柱气体声学共鸣法测量热力学温度的原理,研制了内径10 mm、外径12 mm、内长40 mm的小型化气体声学温度计,采用优化的声学传感器提高了待测声压强度,开展了常压下常温至782 K的实验测试。对采用声波导管的小型化圆柱腔内常压空气进行测量,结果显示,在782 K时的声学共鸣频率相对标准偏差小于0.2%;修正了边界层及导管扰动后,基于空气声速的热力学关系,以常温为相对法的参考,获得了407~782 K的热力学温度,测量不确定度为0.76~2.93 K(k=1)。该研究为原级气体声学温度计在恶劣或特殊环境下的应用提供了可能。

小型化超宽带蝶形印刷对数周期天线

设计了一款用于微波医学成像系统的小型化超宽带蝶形印刷对数周期天线。在馈电线开端加载电感短柱改善了天线的阻抗匹配,在传统印刷对数周期天线上加载蝶形结构和U型贴片结构拓展了天线带宽并实现了小型化。天线尺寸为0.300λ×0.280λ×0.007λ(f=1.12 GHz),天线S_(11)<-10 dB的实测工作频带为1.12 GHz~4 GHz,最大实测增益达到6 dBi。天线的实测方向图在工作频带内实现了定向辐射,辐射效果好,该天线可以应用于微波脑检测系统等医学领域。

一种低成本小型化弹载伺服控制器设计及验证

面对弹载产品对低成本、小型化的客观需求,提出一种利用开关型霍尔传感器进行机电系统位置半闭环控制的伺服控制器设计方案。创新性地利用直流无刷电机本体上的霍尔传感器结合软件控制策略,替代了伺服机构上外置的绝对位置传感器,不仅降低了产品体积和成本,还简化了硬件电路设计,提高了系统可靠性。

混合小型化波导热疗天线设计

热疗天线由于体积较大,辐射的微波能量范围也较大,天线设计使用较为复杂,不适用于治疗体积较小的肿瘤。针对这一问题设计了一种小型化波导热疗天线来治疗小体积肿瘤,考虑到透热深度与天线体积的兼顾,选用了915 MHz的中心频率,使用混合小型化技术将天线小型化,即通过对天线加脊的同时加入短路探针将天线半径缩小到了19 mm,其高为36 mm。比吸收率仿真时馈入1 W的能量最高点能够达到45 W/kg,温度场仿真时馈入20 W能量加热30分钟后最热的区域温度可达45℃,体模实验结果与仿真实验相吻合,这些实验结果均表明其能够达到治疗乳房内部肿瘤的效果。

一体集成小型化YIG调谐带阻滤波器组件热仿真分析

通过Ansys Workbench对一体集成小型化YIG调谐带阻滤波器组件进行热仿真分析,得出在自然散热条件下,组件中部分发热元件的温度为170℃以上,超过了元件允许工作温度125℃,组件可靠性无法得到保证。为此,在组件底部增加散热板以增大散热面积,改善散热条件。仿真结果表明,各发热部件的温度大幅下降,组件中发热元件的最高温度是PTC热敏电阻,为118℃,线圈、控制驱动、大功率三极管温度分别为99℃、104℃、116℃,均低于元件允许工作温度,满足设计要求,保证组件全温度环境下可靠工作。在一体集成小型化组件的设计中,合适的元器件布局和散热方式是组件的可靠性的重要设计因素,且利用热仿真分析,可以降低组件的实物试制成本和验证成本,缩短研发周期,提高研发效率。

C波段小型化高功率微波输出窗的设计

为了满足高功率微波系统对微波输出窗高功率容量和紧凑化的应用需求,以传统盒型窗的设计理论为基础,通过优化窗体结构和添加过渡段等手段,设计了一种C波段小型化高功率微波输出窗。通过增大窗体表面积、改变矩形波导-圆波导过渡段的连接方式可提高功率容量并缩小微波输出窗的纵向尺寸;采用“I”型的窗体结构可有效抑制三相点(真空-介质-金属)附近的次级电子倍增效应对输出窗性能的影响。在电磁仿真的基础上采用粒子模拟(Particle-in-Cell)的方法研究了微波输出窗三相点附近的次级电子倍增效应,从微观角度进一步证实了“I”型窗体结构可使三相点位置发生移动,减小三相点发射的电子在窗片表面产生次级电子倍增效应的概率,降低微波输出窗的击穿风险。设计结果表明,微波输出窗在中心频点处的主模反射系数低于0.01,传输效率高于99.9%,功率容量可达47.9 MW。

一种小型化脉冲行波管高压电源设计与实现

为满足雷达整机对发射机小型化的需求,针对8~18 GHz宽带脉冲行波管设计了一种小型化高压电源。采用脉冲峰值功率设计方法,结合高压电容储能,实现了行波管在脉冲工作期间高压稳定输出。同时主功率逆变电路采用了移相全桥拓扑结构,高压整流电路采用了碳化硅二极管,这可减轻电源的散热压力,提高高压电源的功率密度。研制的小型化脉冲高压电源,阴极电压-6.5 kV,最大工作脉宽2 ms,峰值功率最大1600 W。与某型号脉冲行波管联调,在脉冲工作期间行波管输出射频信号功率稳定,测试结果验证了该设计方法的可行性。

基于超导的小型化磁粒子成像系统仿真构建

针对磁粒子成像技术尚停留在实验室鼠用设备阶段,传统线材线圈过大,无法在可接受的设备体量内达到临床人体检测所需磁场强度的问题,提出了一种基于超导技术构建高场强、小型化磁粒子成像设备的方法。采用高温超导MgB_(2)线圈替代传统铜线圈,构建磁粒子成像选择场与驱动场。结果表明,在达到相同磁通量的情况下,超导磁粒子成像系统可将两组功能区总质量降低为0.01 kg,设备体积缩小至7 L。在此基础上,采用超导线圈构建梯度磁场还能够获得更高的变化斜率,使零磁扫描区边缘更为清晰规则,移动过程中形态更为稳定,平均直径缩小近二分之一。

卫星导航终端小型化开口缝隙螺旋天线

研究了一种小型化卫星导航终端开口缝隙螺旋天线。天线主体为四条宽度渐变的开口缝隙螺旋臂,蚀刻在外表面覆铜的介质基板围成的方型结构上,由印制于介质基板内表面的微带线结构馈电网络进行耦合馈电;馈电网络由底面回形结构和侧面逐渐向上变宽的折形结构组成,使用同轴线接头在天线底部对其馈电。天线总体尺寸为26 mm×26 mm×29 mm,实测结果表明:|S_(11)|≤-10 dB的阻抗带宽为7.88%(1.523 GHz~1.648 GHz),轴比≤3 dB的圆极化带宽为20.26%(1.490 GHz~1.826 GHz),在北斗B1频段中心频率(1.561 GHz)、GPS L1频段中心频率(1.575 GHz)和GLONASS L1频段中心频率(1.602 GHz)处增益分别达到3.33 dBi、3.18 dBi和2.79 dBi。该天线采用开口缝隙螺旋结构,通过简单的馈电网络串行耦合馈电实现天线的圆极化,在较小尺寸情况下实现了较宽的带宽和较好的增益。

基于HMSIW的小型化三模带通滤波器设计

传统的多模谐振器引入多个谐振器,并利用其中两个甚至多个谐振模式来组合构建滤波器通带,但由于其谐振器个数较多而在射频系统中占用了较大的空间。为此,本文提出了基于半圆形半模基片集成波导(HMSIW)的三模带通滤波器,通过引入金属化过孔来扰动半圆形HMSIW谐振腔的谐振模式的电场分布,使得对应的谐振模式的频率也会随之发生偏移,进而使原本谐振频率相差较大的三个谐振模式的频率逐渐靠近,最终组合形成滤波器的通带。该设计无需引入额外的谐振器,能够实现滤波器尺寸减半甚至成倍减少,从而达成小型化的目的。

一种近似芯片级尺寸的小型化微带点频滤波器

射频滤波器作为具备信号筛选功能的射频器件,对现代通信系统而言具有举足轻重的地位。随着通信技术的不断更新迭代,要求射频滤波器具有小型化以及低成本的特点。目前,利用半导体工艺可制作尺寸极小且性能佳的芯片级滤波器,但研发成本普遍过高。文中使用薄膜工艺,通过对滤波器的结构、材料、性能指标进行综合考量,设计了一款适用于点频源、跳频源模块中使用的微带点频滤波器。通过仿真软件HFSS进行建模仿真并对加工工艺进行误差分析,成功得到了一款通带在12 GHz±15 MHz的微带点频滤波器,其尺寸为2.5 mm×3.5 mm×0.127 mm。测试结果表明,性能曲线达到设计指标,成功验证了设计的可行性。