磁致伸缩振动能量收集器的全耦合非线性等效电路模型

磁致伸缩材料具有应变大、响应速度快、稳定性好、频带宽的特点,是制作振动能量收集器的理想材料。当前磁致伸缩振动能量收集器建模主要利用线性压磁方程,此模型未能从材料自身耦合和磁路结构进行输出分析,导致输出预测误差较大。该文首先搭建了磁致伸缩材料磁特性测试装置,测试分析了磁致伸缩材料Galfenol合金在不同压应力尤其是大幅值应力下的磁特性;然后基于Gibbs自由能推导了Galfenol材料的全耦合非线性本构方程,进而构建了考虑漏磁、非线性、机磁耦合及饱和效应的振动能量收集器的等效电路模型,并对等效电路模型进行了非线性数学表征和参数识别;最后基于Galfenol材料设计了一个可以承受大幅值振动力的双棒型振动能量收集器样机,通过实验研究了收集器输出电压在不同力幅值、力频率、负载阻值等工况下的变化规律。实验结果与模型的计算结果对比分析表明,所建立的全耦合非线性等效电路模型可以准确预测振动能量收集器的输出电压特性。

X波段三间隙耦合腔型输出回路间隙阻抗的模拟计算

本文基于理论分析和数值模拟,对一个X波段重叠模工作的三间隙耦合输出回路进行了分析计算。讨论了总间隙阻抗与群时延之间的关系以及回路的群时延对总间隙阻抗的影响。通过合理优化群时延曲线,该X波段三间隙耦合输出腔在三模重叠的情况下获得了1dB输出带宽大于14.5%(约1.3GHz)的结果。

一种高性能采样／保持电路的设计

设计了一种基于标准0.35μm CMOS工艺的高性能采样/保持电路。预充电技术和输出电容耦合技术的运用,降低了电路对运算放大器的要求,同时实现了低功耗。在Cadence Spec-tre环境下进行仿真,当输入信号为48.4375MHz、2Vpp的正弦波,采样速率为100MSPS时,该采样/保持电路的SFDR达72.3dB,THD为-65.2dB,分辨率为11位;在3.3V电源电压下,电路的功耗为27mW。

基于T-Π复合谐振网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(ECPT)技术是一种以高频电场作为能量介质的无线电能传输方式。在实际应用中,相当一部分用电设备要求工作电压不随其负载的变化而发生大的改变。针对这种需求,分析对比现有的恒压型ECPT系统的特性,提出一种T-Π复合谐振网络。该拓扑利用自身的传输特性来实现输出电压不随负载的变化而改变,无需额外设置检测与调节电路。同时,还能保证系统始终工作于零相角(ZPA)状态。另外,为了确保系统具有较低的总谐波畸变率、参数敏感性以及足够大的负载可变范围,研究采用不同参数配置方法的T-LCL谐振网络的恒流特性与Π-CLC谐振网络的恒压特性,并在此基础上给出谐振网络的配置方法以及系统主要参数的设计方法。最后通过仿真与实验验证了所提出系统的传输特性以及参数设计方法的正确性。

基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型电场耦合电能传输系统

电场耦合电能传输(ECPT)技术是一种以高频电场作为能量介质的无线传能方式。在实际应用中,有些用电设备在不同的运行阶段需要不同类型的输入电源。当ECPT系统为此类设备供电时,不仅要求系统的输出不能随着负载的改变而发生较大的浮动,还需要系统的输出特性能够在电压源与电流源之间转换。针对这种需求,提出一种基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型ECPT系统,分析T-CLC网络、F-LCLC和F-CLCL网络的传输特性,分别建立T网络与两种F网络的恒流输出和恒压输出条件,给出恒流T网络和恒压F-CLCL网络的拓扑转换方法,并在网络传输特性的基础上给出系统的主要参数设计方法。最后通过仿真与实验验证了所提系统的恒压和恒流输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。

谐振式无线电能传输系统的研究

阐述了磁耦合谐振式无线电能传输的工作原理,在对发射与接收电路几种拓扑结构分析的基础上设计了一个收发电路均采用串联补偿结构、谐振频率为1 MHz、负载为10Ω的模型。基于线圈的互感耦合等效模型,从电路角度分析得出系统的输出功率和效率与线圈、负载、互感等参数之间的关系。针对磁耦合谐振系统满足最大输出功率时效率比较低的状况,提出了功效积指标。在满足系统输出功率的基础上,该指标实现了较高的传输效率。最后,通过Matlab仿真验证了所提功效积指标的可行性。

三间隙耦合输出回路间隙阻抗频率特性的测量

从多端口微波网络等效的角度,讨论多间隙耦合输出回路间隙阻抗频率特性的测试问题,并以X波段三间隙耦合输出回路为例,分别从模拟测量和实际测量两个方面确定了其间隙耦合阻抗的频率特性,简化了测量过程,为三间隙耦合输出电路工程应用提供了有效的实验手段。

S波段连续波速调管宽带输出电路的设计与测试

本文开展了一种用于通信系统的4.6%带宽的S波段连续波宽带速调管KS4158的研制工作,重点研究了该速调管的宽带输出电路,详细介绍了宽带输出电路的两种设计方案:滤波器加载重叠模双间隙耦合腔宽带输出电路和三节滤波器加载宽带输出电路。文中还介绍了基于矢量网络分析仪的宽带输出电路的扫频测量法,给出了这两种宽带输出电路的测试结果。最后,给出了分别采用上述两种宽带输出电路方案的两只速调管的测试结果,并对这两种方案进行了分析和比较,其中采用三节滤波器加载宽带输出电路方案的样管的连续波输出功率大于17kW,瞬时带宽大于4.6%。

速调管耦合双间隙腔输出回路的绝对稳定性判据

通过解析推导和适当的简化处理得到了速调管耦合双间隙腔输出回路的绝对稳定性判据,并对不同类型的耦合双间隙腔输出回路的稳定性进行比较和讨论。

一种超宽带双信道速调管输出回路的设计和实验

该文介绍了一种超宽带双信道速调管输出回路的设计思路和实现过程。以Ansoft HFSS软件为设计平台,在S波段设计出一个带宽超过550 MHz的超宽带双信道双间隙耦合腔输出回路。设计了信道转换机构,并分别确定了两个信道的谐振腔参数。得出了不改变两个谐振腔参数,只需调节耦合槽的尺寸就能够实现信道转换的结论。通过对HFSS软件建立的模型进行计算,得到了双间隙耦合腔输出回路中各模式的频率,与冷测结果基本一致。利用集中元件等效电路法计算了双间隙耦合腔输出回路的间隙阻抗,计算结果与冷测结果基本一致。

超导电感储能脉冲输出电路的模块化设计及其关键问题

超导电感储能以其低损耗在高功率脉冲电源中有独特的优势。然而电感储能其能量不易释放,而且脉冲成形回路中使用的高功率断路开关也不易实现。文中研究的模块化超导电感脉冲输出电路不仅可以降低断路开关所需的关断电流,还可以增强输出脉冲电流波形的可调制性。然而,多模块集成时,各储能电感之间容易产生电磁耦合,影响放电效率。该文还详细分析了两模块集成时,储能电感之间的耦合对脉冲放电的影响,并研究了一种消除互感的办法。研究表明,将储能电感按照一定的位置规律摆放,即可消除互感,同时也能满足装置结构紧凑的要求,为超导电感储能的实际应用提供了一定的工程指引。

时滞输出反馈非恒同主从耦合混沌系统一致同步的判据

当主从耦合混沌系统的参数之间非恒同时,一般意义上的混沌同步难以实现,因此,讨论了其具有一定误差界的一致同步问题.本文对一类包含Lur’e系统和Lipschitz系统在内的混沌系统,应用Lyapunov函数方法导出通过时滞输出反馈控制实现一致同步的充分条件,该判据用矩阵不等式的形式给出.进而讨论了同步的鲁棒性问题.最后结合Chua电路对结论进行了数值模拟,验证了结论的正确性与有效性.

场分析法——计算速调管输出回路特性参数的一种新方法

该文结合三维电磁场模拟计算软件ISFEL3D,以电磁场分量为研究对象,通过适当的假设和简单等效,提出了计算速调管输出回路特性参数的场分析法。经理论分析和举例计算表明,场分析法在速调管输出回路计算和设计中可提供间隙阻抗、耦合度、输出腔效率、谐振点及特性阻抗等特性参数。冷测结果与计算结果在趋势上吻合较好,初步验证了场分析法的可靠性。

LCC型感应耦合电能传输系统能效特性研究

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统的一、二次侧补偿问题,文章对一种具有恒流输出特性的LCC-S型谐振网络在ICPT系统中的应用进行研究。基于系统的互感耦合模型对谐振网络参数进行设计,实现系统的恒流输出;对系统的传输特性进行理论分析,研究品质因数Q对系统传输特性和元件应力的影响,得出Q值越大、系统的电流增益和输出功率越大的结论。通过Matlab仿真实验,验证了本文理论分析和谐振参数设计的正确性。

CMOS射频集成电路中多级放大器级间耦合方法

传统的放大器电路级间耦合方法存在噪声系数达不到电路指标要求的情况,导致耦合效果较差。文中提出一种新的CMOS射频集成电路中多级放大器级间耦合方法。通过CMOS射频集成电路模型提取多级放大器的级间参数,利用输入输出参数完成放大器级间噪声系数的优化;在此基础上,构建级间耦合模型,实现多级放大器内部各级之间的能量传递。实验结果表明,传统方法的噪声系数达到1.71 dB,而文中方法的噪声系数最大仅为1.45 dB,且文中方法的能量传输过程损耗较小,整体耦合效果较好。

基于复合谐振网络的恒定输出型ECPT系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled power transfer,ECPT)技术是一种以高频电场作为能量介质的无线传能方式。在实际中用电负载要求ECPT系统的输出电压或电流不能随着负载等效阻值的变化而大幅度变化。针对此,该文分析现有谐振网络在4种工作模式下输出恒定的一般性条件,给出具有恒定输出特性的三阶和四阶谐振电路形式,推导分析谐振电路在恒压及恒流两种模式下的输入输出增益、全谐波畸变率及参数敏感性,进而提出适用于恒压型和恒流型ECPT系统的复合谐振电路结构,并给出系统的参数设计方法。最后通过仿真模型及实验样机验证所提出系统的传输特性及参数设计方法的准确性。结果表明:所提出的系统不仅具有恒定输出特性,同时还兼具较好的谐波抑制能力和参数鲁棒性。

三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的仿真设计

为扩展速调管输出回路的带宽,进一步分析了双间隙耦合腔的模式重叠理论,说明了实现三模重叠的可能性,采用等效电路法计算了三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的阻抗频率特性。以中心频率3GHz的输出回路为例,建立了3维计算模型,给出了设计这种输出回路的步骤和结构参数。用场分析法计算了间隙阻抗频率特性,结果表明:此输出回路2 dB相对带宽接近15%,加载滤波器后1.5 dB相对带宽可达19.3%。

基于LCL-S型ICPT系统的恒流输出分析与控制

针对电动汽车无线充电的需求,提出了一种兼顾调控效果与传输效率的恒流控制方法。针对LCL-S型的磁耦合谐振无线电能传输系统建立模型,对其进行工作特性分析,进而根据副边电流输出特性及传输效率特性曲线确定了系统高效运行的频率区间,将此区间作为系统恒流工作的调频区。并对比各种功率控制方式的优缺点,进而提出了变频控制与移相调压相结合的恒流控制策略。实验设计了PI闭环控制程序,验证了负载变化时的恒流控制效果。实验表明该控制策略基本实现了无静差、无超调的快速响应控制。

基于病区按需呼叫系统的载波耦合输出、接收电路设计

目的:为解决医院现有呼叫系统的弊端,研制一种用于病区按需呼叫系统的载波耦合输出和接收电路。方法:利用最经济、简便的电力线载波数据传输方式,采用复合耦合技术设计。该电路由滤波器、耦合变压器、保护电路等部分组成。结果:该电路可满足系统检验技术规范,在现场环境中通信成功率超过99%,最大通信距离为200 m,能够满足一般医院的要求。结论:该电路的性能完全能满足病区按需呼叫系统,省略了复杂布线,且简单有效,能以较低成本实现。

高增益、10％带宽、兆瓦级、L波段速调管放大器

本文叙述了一种高增益、10％带宽、兆瓦级,L波段速调管放大器D4038管在电压78.5kV,电流44.5A工作条件下,1.5dB瞬时带宽峰值功率输出1.4MW,平均功率7.6kW,整个带宽内增益大于47dB,效率大于30％;文中还描述了该管的设计考虑和要解决的主要技术关键;着重介绍了谐振性耦合腔输出通路的设计(简称RCCO),并给出实际热测结果。