电气化铁路“车-网”系统串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计与测量方法

精确测量动车组与电力机车(简称机车)四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)和牵引网的宽频带阻抗特性是识别电气化铁路“车-网”系统振荡和不稳定问题的重要途径。然而,已有研究采用单一电压/电流扰动注入方式对牵引网或机车4QC阻抗进行测量,可能造成部分谐波扰动流向非目标测量对象,导致被测对象的谐波扰动信噪比低,影响阻抗测量精度。因此,该文提出一种适用于电气化铁路“车-网”联合系统的串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置与阻抗测量方法,装置具有电压和电流两种工作模式,可以发出频带为1~3000Hz的宽频谐波扰动。扰动产生装置拓扑主要由多绕组降压变压器、谐波功率放大单元、并联LC谐振电路和反串联绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块等部分构成,结合双闭环dq解耦控制和载波移相开环脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)控制策略,实现频带双边可控、幅值可控且分布均匀的大功率谐波扰动输出。最后,利用MATLAB/Simulink仿真和RT-Lab硬件在环实验验证该文串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计方案及阻抗测量方法的正确性与有效性。

速率积分半球谐振陀螺双通道同步测控系统

半球谐振子驻波精准矢量检测与激励是实现速率积分半球谐振陀螺的关键。文中提出了一种基于正交方位振动信号同步检测激励的速率积分半球谐振陀螺双通道同步测控方案,并通过实物实验对该方案的有效性进行了验证。首先,优化了谐振子驻波解调方案;其次,设计了适用于双通道同步测控模式的速率积分半球谐振陀螺多回路控制方法,实现了驻波的频率跟踪和幅度、正交控制,并加入角位置预测方案,保证了检测、驱动的同步性;然后,针对FPGA浮点数运算能力弱及参数调试和算法优化困难等问题,设计并实现了基于“FPGA+DSP”的双数字核心架构半球谐振陀螺控制电路。该电路在保证测控系统时序特性的同时,提高了系统的运算精度和编译效率;最后,利用实物实验对所设计的半球谐振陀螺多回路控制方法进行了验证。实验结果表明,文中设计的双通道同步测控系统有效实现了半球谐振陀螺速率积分控制模式,陀螺角速率输出噪声标准差达到0.001°/s以下,标度因数非线性度达到1.298×10-5量级。

双频圆极化器

本文提出了一种新型的双频圆极化器,可以在22.1~24.2和30.1~33.2 GHz将入射电磁波分别转化为左旋圆极化波和右旋圆极化波。这两个通道正好覆盖了大气遥感中(23.8±0.2)和(31.4±0.1)GHz的两个观测通道,且此圆极化器在遥感观测通道内的插入损耗小于1 dB,轴比优于1.26,完全满足现有大气遥感在(23.8±0.2)和(31.4±0.1)GHz两个通带中的探测要求。该圆极化器使用了电路谐振的理论构建通带,以等效电路的方式进行初步分析,使用电磁仿真软件进行优化,最终完成了设计。

应用于高频辅助变流器的DBSRC变换器IGBT开路故障分析及容错运行研究

随着电力电子技术的进步,以双向全桥串联谐振变换器(dual bridge series resonant DC-DC converter,DBSRC)为核心的新一代高频车载辅助变流器发展迅速,并逐步走向实用化。为了提高基于DBSRC变换器的高频辅助变流器的可靠性,首先利用模态分析法(operation mode analysis,OMA)对移相闭环控制下DBSRC发生IGBT开路故障展开研究,分析并阐明了DBSRC输入、输出侧故障后的运行机理及特性。其次,提出一种基于输出功率调整的高频车载辅助变流器容错运行策略,在不改变DBSRC拓扑及移相控制方法的条件下通过实时监测辅助变流器输入电压并动态调节辅助变流器的输出功率,将谐振电流应力及谐振电容电压应力限制在安全阈值内,实现容错运行。最后通过仿真与实验对故障特性分析的准确性与该容错运行策略的有效性进行验证。

一种基于双全桥的电压补偿系统

核磁共振测井技术主要利用发射天线激发的射频磁场,使地层物质产生核磁共振现象来获取地层信息。此处根据核磁共振测井仪发射模块研制项目的需求,实现射频高压正弦波的发射,并针对发射电压在谐振过程中出现幅值衰减的问题,设计了一种新型的基于双全桥的反馈型电压补偿系统。该系统主要包括双全桥发射电路和电压反馈补偿两部分,其中主控芯片将实时采集的发射电压值与系统设定电压的差值作为系统误差,通过比例积分(PI)算法计算下一周期相应场效应管的导通时间;双全桥电路根据芯片计算的控制量,实时调整场效应管的导通时长,以达到将发射电压补偿至系统设定电压的目的。该系统能够将核磁共振测井仪发射电压快速可靠地补偿至系统设定电压,实现发射电压稳定输出。

双谐振耦合能量信息同步传输技术研究

无线电能传输技术实现了对设备的非接触供电,适应了特殊场合(如移动设备和旋转设备)供电需求,避免了传统传导式供电带来的诸多问题。然而在实际应用中(如医学电子胶囊、无线供电时的信息反馈等),在能量无线传输的同时还要求信息的同步传输。针对这类应用,提出一种新型双谐振结构,利用其固有的双谐振特性,在一对线圈中实现能量和信号的同步传输。在分析双谐振电路特性的基础上,通过提出传输因子的概念,分析其信道带宽与响应时间,并研究传输因子与能量/信息传输性能的关系。实验表明,当负载小于10Ω,传输距离小于120 mm时,能量传输效率高于70%。通过开关键控调制方式,在负载值1.31Ω、距离122 mm时,实现了50 k Hz的有效传输。

新型双功率MOSFET管谐振驱动电路

提出一种新型双功率MOSFET管互补谐振驱动电路,对电路的工作原理、性能特性和关键电路参数设计进行分析,并建立仿真和样机实验。该驱动电路由1个变压器和6个半导体器件组成,类似反激变换器的电路结构,并且以谐振方式工作。理论分析表明,该电路具有拓扑结构和控制简单、驱动损耗低、驱动速度快、驱动电路中的开关管实现了部分软开关等优点。仿真和实验结果验证了理论分析。

采用双磁路的电流互感器在线取电方法

针对目前应用较为广泛的电流互感器在线取电装置存在磁路易饱和、取电功率较小等问题,提出双磁路拓扑结构与谐振功率控制相结合的在线取电方法。在双磁路结构中,一个两半圆磁芯安装于输电线路上,通过二次侧接入电容使磁路中的励磁电感与电容发生并联谐振,增大该磁路阻抗值,从而控制线路上的电流更多流入双磁路另一磁路线圈,并通过该磁路实现内部阻抗与外部负载值匹配,获取最大功率。基于该取电方法,提出调整谐振电容的磁芯防饱和方法,使取电装置维持高取电功率的同时正常工作。采用Maxwell与Simplorer的联合仿真验证了该取电方法的正确性和线路谐波情况下的适用性。初步搭建的取电装置实验表明,双磁路取电功率满足高压输电线路监测设备需求。

基于双共振的微弱信号检测方法与试验研究

将两个单一双稳系统经非线性耦合而成耦合双稳系统,其中一双稳系统为被控系统,受到弱输入周期信号作用;另一双稳系统为控制系统,受到控制信号的作用。分析控制信号作用下的耦合双稳系统的双共振特性,当控制信号频率两倍于弱输入周期信号频率时,耦合双稳系统中发生控制系统中的共振与被控系统的随机共振。提出基于双共振的随机共振增强方法,并设计耦合双稳系统双共振硬件电路,电路系统试验结果证实了耦合双稳系统中存在着双共振,且能有效增强被控系统中的随机共振。将该双共振电路系统应用于实际轴承故障信号检测中,系统输出功率谱在特征频率处的谱值大幅增强,可准确检测出强噪声背景中的微弱轴承故障信号,为基于随机共振原理的信号检测电路设计提供一种新方案,具有良好的应用前景。

宽阻带小型化双频带通滤波器

文中提出了一种具有宽阻带的紧凑型双频带通滤波器,它采用了折叠短路枝节负载谐振器、紧凑型微带单元谐振器(CMRC)和阶跃阻抗谐振器结构。由于多个谐振器产生了五个可控传输零点(TZ),该滤波器实现了两个通带之间的良好隔离度以及宽阻带特性。制作并测试了尺寸紧凑的双频带通滤波器实验样品,测试结果显示,第一通带和第二通带的中心频率/插入损耗分别为0.66 GHz/0.8 dB和1.73 GHz/0.7 dB,阻带频率高达10.5 GHz,抑制水平超过15 dB。

不对称半桥并联谐振倍压变换器研究

提出适合于高压小电流开关电源的一种功率变换器—不对称半桥并联谐振倍压变换器(AHBPRDVCs),该变换器与传统半桥并联谐振拓扑相比,电路结构简单,利用谐振和倍压整流技术共同提升输出电压,使得高压开关电源高频变压器设计难度大为降低。对AHBPRDVCs的线性模态和谐振模态的电路拓扑等效分析,结合AHBPRDVCs工作时序图,研究了其三种工作模式下的开关换流过程及模式转换条件,最后对三种模式进行了仿真验证。研究结果表明,AHBPRDVCs是一种理想的高压开关电源方案,可推广应用。

一款S波段双通道FBAR滤波器

研制了一款S波段双通道薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器,其两个通带频率分别为(2000±45)MHz和(2800±45)MHz,在两个通道的输入、输出端分别加入匹配电路。FBAR滤波器芯片采用阶梯型电路结构设计,采用声电磁协同仿真方法对各个通道的FBAR滤波器分别进行了仿真设计。匹配电路采用由低通滤波器和高通滤波器构成的双工器方案实现。对印制电路板、FBAR滤波器芯片和匹配电路进行了一体化仿真。FBAR滤波器芯片采用自主的FBAR标准工艺实现,双通道FBAR滤波器采用微波混合集成电路工艺实现,其体积为12.2 mm×12.2 mm×4.8 mm。滤波器采用陶瓷外壳进行了气密封装,具有免调试、参数一致性好的特点,拓宽了FBAR滤波器的应用范围。

单相电力电子变压器中串联谐振型双有源桥电流特性分析

三级式电力电子变压器(PET)因其良好的控制特性,受到了广泛关注和应用。三级式PET由输入级、隔离级和输出级构成,各级之间通过储能电容相连。由于功率半导体器件的耐压水平有限,一般此类PET由多个功率模块级联构成。各功率模块的中间环节通常采用串联谐振型双有源桥(DAB)变换器来实现不同直流电压等级之间的电能变换与电气隔离。本文在考虑PET交流输入侧、直流输出侧瞬时功率分布规律的基础上,建立了单相PET功率模块的动态等效电路模型,推导了其中串联谐振型DAB的电流时域解析表达式及其简化模型。通过所搭建的Matlab/Simulink仿真模型和电力电子变压器功率模块测试平台验证了该模型的正确性。

一种紧凑型超宽带双陷波天线设计与研究

超宽带（UWB）系统的工作频段与现有的许多窄带系统频段相互重叠,因此各个系统信号之间存在潜在的干扰。针对上述问题提出了一种紧凑型超宽带双陷波天线。天线由一个圆形辐射贴片构成并通过50Ω的微带线进行馈电。接地板和传统的接地板相比被截短了,以提高天线的阻抗带宽。通过在辐射贴片上刻蚀H型槽来实现天线的双陷波功能,并在微带馈线中引入了嵌入式谐振回路（ERC）结构,加大了天线的陷波深度和阻带宽度,陷波性能好于同频段的双陷波天线。仿真和测试结果表明,天线在3.1-4.2 GHz以及5.0-6.6 GHz具有陷波特性,有效地避免了Wi MAX和WLAN频段信号的干扰。同时在2.8-10.7 GHz的其它频段上具有良好的阻抗匹配和较好辐射方向特性。天线的尺寸为34 mm×26 mm×1.6 mm,结构较为紧凑。

一种RFID双频微带天线的设计

提出了一种小型双频微带天线设计,用于手持式RFID阅读器。采用矩形贴片和E形贴片结构,利用空腔模型理论中短路加载和耦合谐振技术,实现了微带天线的小型化和双频性能。尺寸大小为30 mm×30 mm。工作频带则覆盖RFID技术常用微波段2.45 GHz(2.4~2.484 GHz)和5.8 GHz(5.725~5.825 GHz)频段。使用HFSS软件进行了仿真优化,并对天线实物进行测试,与仿真结果吻合。最后得到的低频带宽在2.40~2.47 GHz,高频带宽在5.67~6.25 GHz,最大增益分别为2.6 dBi和4.4 dBi。

一种双谐振固态特斯拉变压器设计

文章简要介绍了双谐振固态特斯拉线圈DRSSTC（DualResonantSolidStateTeslaCoil）的基本原理及其组成，结合IGBT软开关技术和半桥电路，设计了一种简易特斯拉变压器，阐述了其设计原则及应注意的问题。结果表明，此变压器的电压为100kV，频率为115kHz，满足设计要求。

基于忆阻器的可切换带通滤波器

将忆阻器作为射频开关,采用传统双模谐振器与改进式短路阶跃阻抗谐振器的组合结构,设计了一款可切换的三频带通滤波器。通过合理设计忆阻器偏置电路的位置,利用忆阻器阻抗的非易失性来实现滤波器通带的可切换功能。当滤波器工作时忆阻器处于断电的记忆状态,从而改善了可切换滤波器的互调性能。文中设计的滤波器拥有四种可切换工作状态,包括三频、双频、单频和全阻工作模式。测试结果表明,所提出的滤波器在三频情况下各通带的插入损耗分别是-1.38 dB@1.75 GHz、-0.94 dB@3.10 GHz、-3.13 dB@3.70 GHz;双频工作模式下各通带的插入损耗为-1.67 dB@1.75 GHz、-3.10 dB@3.70 GHz;单频工作模式下通带的插入损耗为-1.35 dB@3.10 GHz;全阻模式下阻带衰减高于24.85 dB。文中采用替代测试法进行测试,测试结果与仿真结果取得了较好的一致性。

短波接收机跟踪预选滤波器的设计与实现

为提高短波接收机抗邻道干扰性能,设计了一种分波段短波跟踪预选滤波器方案。对构成滤波器的互感耦合双调谐回路进行特性分析,阐述了滤波回路与低噪声放大器组成的抗干扰滤波器的设计与实现。仿真分析和实测结果表明,所设计的抗干扰预选滤波器完全达到了短波接收机抗邻道干扰的指标要求。

基于多模介质谐振器的高集成单体双路滤波电路

针对传统设计中,基站系统存在多个高Q值、高功率容限的介质滤波器而导致体积大、重量大和成本高等问题,提出了单体双路滤波电路设计方法,将2个滤波器或滤波电路集成为单个具有2个输入端口和2个输出端口的电路。通过充分利用多模介质谐振器的电磁场特性,仅使用一个金属腔和介质谐振器就实现2个具有相同性能的滤波通道。尽管集成后的2个信号通道共用一个谐振器,通道间也能实现大于20 dB的高隔离效果。介绍了包括单体双路滤波器及其与双输入双输出Doherty功率放大器的协同融合、单体双路平衡式滤波器和单体双路巴伦滤波器等电路的设计方法。提出的单体双路滤波电路可以替代传统设计方法中的2个独立滤波电路,从而减少无线系统中滤波电路的数量,实现高集成和小型化。

一种新型宽带环形滤波器设计

本文设计了一种基于带有两个半波长短路调谐枝节的双模环形谐振器的新型宽带滤波器。该滤波器能够在通带两侧各产生一个传输零点,使得滤波器的插入损耗在通带外的衰减非常迅速,从而提高了滤波器的频率选择特性。利用"奇、偶模理论"对双模环形谐振器进行了分析,并给出了传输零点的计算公式。结合传输零点公式和仿真软件设计出了一个中心频率为4.25GHz、3dB相对带宽为45%的宽带环形滤波器。仿真结果表明,该滤波器具有低插入损耗和良好的频率选择性等优点。