RTD太赫兹探测器与片上天线的匹配技术

高信息传输速率和大带宽容量的太赫兹通信被认为是实现6G的关键技术,这需要高效、稳定和紧凑的太赫兹源和探测器。为提升探测性能,研究了一种共振隧穿二极管(RTD)与缝隙天线片上集成的准光式太赫兹探测器。针对电路的高频损耗和寄生效应问题,采用协同考虑阻抗匹配因子和天线辐射效率的设计准则,设计了0.67 THz的小偏压RTD偏馈式探测器。采用高频结构仿真器(HFSS)和先进设计系统(ADS)软件联合仿真表征其探测性能,当输入功率为-30 dBm时,该探测器在0.67 THz的电流灵敏度达2.349 A/W,相比微波段采用阻抗匹配因子最大的设计准则,灵敏度提升了28.01%。

一种背腔式去耦宽角扫描阵列的设计与研究

为了满足无线通信应用中大角度波束覆盖的需求,设计了一种全金属背腔式去耦宽角扫描相控阵。该天线工作于X波段,辐射主体为带有缝隙巴伦的对称振子,巴伦与馈电SMP转接头一体化设计,并在巴伦与SMP连接处加载背腔。背腔的加载一方面可为天线提供垂直方向的电流,展宽阵中方向图的波束宽度;另一方面,相邻天线单元上会产生反相耦合电流,从而降低互耦。天线具有从8.6~11.2 GHz(26.3%)的阻抗带宽,在工作频带内相邻单元间的互耦低于−25 dB;在8.6~9.3 GHz可实现±70°范围内波束扫描,在扫描到最大角度时主瓣增益仅下降2.4 dB,副瓣低于−9.4 dB;在9.3~11.2 GHz具有±45°波束扫描,主瓣增益波动小于2.5 dB,副瓣低于−10 dB的辐射性能。天线具有波束扫描宽、结构稳定、鲁棒性好等特点,在无线通信系统中具有应用价值。

基于非福斯特电路的缝隙电小天线研究

无源电小天线遵循Bode-Fano约束准则,体积、带宽与效率互相构成约束关系,难以在小型化的同时实现宽频带。而通过非福斯特电路等效的负阻抗元件可以有效抵消电小天线的大电抗,从而突破上述准则的限制,提高天线的辐射性能。文中选用蝶形缝隙天线作为非福斯特电路匹配的对象,将电路焊接在天线的背面进行一体化设计,使有源天线的集成度更高。并通过仿真分析有源蝶形天线一体化后的馈电网络,比较了不同馈电位置与馈电方式对天线性能的影响。最终优化后的有源缝隙天线在250 MHz~850 MHz的工作频段内S 11参数均小于-10 dB,在谐振频率达到-24 dB时,相对带宽对比匹配前提升了109%,增益提升了5.8 dB。对该有源天线进行了加工测试,实测结果与仿真结果基本一致。

直驱型多相永磁同步电机转矩脉动及损耗特性

与普通三相电机相比,直驱型多相永磁同步电机具有相数多、极槽匹配与绕组排布多样、中性点连接与PWM控制方式多样等特点,这使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能也具有一定的特殊性。因此,有必要对其主要性能进行细致的研究:本文分析了电机转矩脉动及损耗与谐波磁场的关系;采用有限元软件Ansoft对目标电机进行建模,研究了直驱型多相永磁同步电机特有因素(相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组排布)对电机转矩脉动及损耗的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数、合理的选择中性点连接方式,可以有效地减少电机磁场谐波含量,降低电机的转矩脉动及损耗。

基于三维时步有限元的永磁体涡流损耗分析

钕铁硼永磁材料具有较大的电导率,即使电机额定转速较低时,依然能在电机永磁体中产生较大的涡流损耗,影响电机性能,因此有必要对低速大转矩永磁同步电机永磁体涡流损耗进行研究。设计5台不同极槽配合的低速大转矩表贴式永磁同步电机,采用三维时步有限元法计算5台电机的永磁体涡流损耗。针对不同极槽配合电机气隙磁密分数次谐波含量对永磁体涡流损耗的影响进行分析。结果显示,分数次谐波含量越大永磁体涡流损耗越大。

工业机器人用永磁同步电机的设计

机器人用永磁同步电机要求具有高转矩倍数、高效率和低转矩脉动等特性。通过分析电机的技术要求,确定了该电机的基本尺寸参数。用有限元分析软件对电机进行分析和仿真。对常用的永磁电机的槽极配合进行分析,选择最佳的槽极配合。采用不等厚永磁体结构,对电机的齿槽转矩进行优化。设计了大小圈绕组结构,有效地提高了电机的效率。为工业机器人用永磁同步电机的设计和改进提供了一种设计的方法。

大型半直驱式永磁风力发电机的电磁设计

以3.2 MW半直驱式永磁风力发电机为例,分析了发电机极数、极槽配合选取、转子磁极结构、气隙值选取等对发电机性能的影响。建立了发电机的电磁场有限元计算模型,对发电机的输出性能进行了仿真分析计算。计算结果表明发电机达到了较高的技术指标要求。这为大型半直驱式永磁风力发电机的优化设计提供了一些有意义的参考。

矿用潜水泵高功率密度永磁同步电机极槽配合选择分析

永磁同步电机的极槽配合是影响电机齿槽特性和电磁特性的重要因素之一,而齿槽转矩和反电势谐波会产生振动和噪声,严重时会提高电机温升。为了保障矿用潜水泵进行煤矿水害应急救援时设备运行的安全性和稳定性,以132kW永磁同步电机为对象,重点研究了削弱齿槽转矩和含有较少反电势谐波的极槽配合选择原则,首先分析了齿槽转矩的产生机理,并推导了齿槽转矩的解析表达式,分析极槽配合对齿槽转矩的影响,提出削弱齿槽转矩的极槽配合选择原则;然后提出了三种常用极槽配合方案,分别建立永磁同步电机的有限元仿真模型,分析得出反电势中的谐波分量和幅值,得出谐波含量最少、反电势波形更趋近于正弦波的极槽配合方案;最后仿真三种方案的齿槽转矩,验证之前提出削弱齿槽转矩选择原则的正确性。综合以上两种结果,分析对比得出矿用潜水泵高功率永磁同步电机极槽配合的方案。

多极永磁同步电动机的研究

提出一种多极永磁同步电动机,在结构上采用新颖的极槽匹配方法,可以减少定子槽数,减小电机体积,提高电机的单位体积出力。从分析电机电磁场的角度出发,采用有限元法,推导、建立电机的数学模型,计算其磁场分布,探讨其运行机理,并通过实验对计算结果进行验证。

基于多槽哈夫曼Trie树的规则引擎快速匹配算法

为了提高机场类企业数据在海量规则集合中的匹配能力,提出了基于多槽哈夫曼Trie树(MSTHTrie)的规则引擎快速匹配算法。该算法充分利用了规则点属性名数与规则条数之间的不对称特性,将对规则的线性比对转换为对多槽的并行比对,从而在稳定的空间复杂度下提高了规则引擎的匹配效率。首先对通用规则进行了严格的形式化描述,并在合理假设条件下证明了槽内规则分布命题和动作数定理;然后基于动作数定理提出了简化操作符的MSH tree算法;随之扩展操作类型提出了MSHTrie算法,使规则引擎有了普适性;最后在国内枢纽机场的业务数据上完成对比实验,表明新算法在空间复杂度上较传统线性匹配算法节约了52.6%,匹配性能上与Policytree算法相比提高了21.3%。

PSO-RBF神经网络优化一种标签缝隙天线

为天线匹配阻抗与结构参数之间的优化设计,提出RBF神经网络用于建立对称弯折缝隙天线匹配阻抗与几何结构参数之间的多变量、非线性模型;解决了使用全波分析工具计算所耗时间长的问题。进而采用粒子群算法对不同类型的阻抗,快速的找出小型化的尺寸结构,实现匹配阻抗与几何尺寸的智能优化。优化的结果基于HFSS软件测试,实际效果满足设计要求。为天线开发者提供了一种简洁易懂、操作简单方便的优化方法,以提高天线的设计效率;从而实现了计算机辅助一类标签天线的智能优化设计。

基于缝隙天线的标签芯片匹配方法研究

为探讨一类RFID标签芯片与缝隙天线的快速匹配规律,矩量法研究了弯折缝隙天线的阻抗随其几何结构参数变化的规律,得到了阻抗实部与虚部随几何参数变化的曲线.对于一类RFID标签芯片,实际匹配过程与仿真结果显示,通过调节相应几何参数,缝隙天线与此类标签芯片的匹配方法具有直观、快速和高效性.最后,对制作的UHF标签缝隙天线进行实际测试,结果说明所设计的天线基本满足RFID标签应用要求,从而也说明所研究的匹配方法的可靠性和可操作性.

湿度传感器圆柱谐振腔辐射量的研究

作为汽轮机里湿度传感器的圆柱谐振腔,以TE011模式工作.为了实时取样所测气体,在圆柱腔两个端面不同位置开多个圆环缝隙,产生了电磁场向外辐射,影响谐振腔的谐振特性及电磁环境.为了减少电磁辐射,研究电磁场从圆柱形谐振腔两端的圆环缝隙辐射的情况,谐振腔圆环缝隙的电磁场采用电磁场等价定理、边值条件及汉克尔变换,通过模式匹配推导缝隙结构的电磁场分布,给出了随不同开缝数量、位置、宽度及圆环厚度等结构参数的辐射情况.采用MATLAB数值计算圆环缝隙的辐射量;采用HFSS仿真圆环缝隙圆柱谐振腔,得到了圆环缝隙辐射量,仿真结果验证了理论方法的正确性.同时,给出了带有圆环缝隙的圆柱谐振腔作为湿度传感器的最佳结构参数.

射频识别标签用非对称缝隙天线设计

为寻找射频识别标签用缝隙天线新结构,提高标签芯片与缝隙天线的匹配性能,提出了射频识别标签用非对称缝隙天线.研究了非对称直缝隙天线和非对称弯折缝隙天线的阻抗随缝隙的长度和弯折角度的变化规律.在天线尺寸相同的情况下,将标签用非对称直缝隙天线与对称直缝隙天线进行比较,发现非对称直缝隙天线更易于与标签芯片匹配.尝试将非对称缝隙天线与Ph ilips公司提供的标签测试芯片进行匹配,制作了相应的实物天线,仿真与测试结果说明所设计的天线满足RFID标签应用要求。

平板裂缝天线阻抗匹配的广义匹配方程

阻抗匹配设计是平板裂缝天线设计中需要重点考虑的问题,主要包含辐射缝和耦合缝两部分的阻抗匹配。文中采用阻抗变换器的理论,将辐射缝匹配和耦合缝匹配设计统一考虑,给出了阻抗匹配的广义匹配方程。运用广义匹配方程可以适当调整辐射缝使之收敛而不需要修改耦合缝的设计参数。

基于非对称缝隙的射频标签天线设计

为缩减射频标签用缝隙天线的尺寸,提高标签芯片与缝隙天线的匹配性能,提出了射频标签用非对称缝隙天线.给出了非对称缝隙天线的阻抗随缝隙的长度和弯折角度的变化曲线.尝试将非对称缝隙天线与Philips公司提供的标签测试芯片进行阻抗匹配,制作了相应的实物天线,仿真与测试结果说明所设计的天线基本能满足RFID标签应用要求.

波端口理论在波导缝隙天线计算中的应用

采用矩量法面积分方程(SIE)分析波导缝隙天线阵问题时,由于矩量法中缺少理想吸收边界的概念,所以难以模拟匹配负载,行波天线的计算比较困难。同时大型天线的仿真计算非常耗时。针对这些问题,本文通过基于孔径耦合的等效原理和波导的模式匹配法构造出矩量法中的波端口模型。通过波端口模拟的匹配负载实现了行波天线的准确计算。另一方面通过引入并行计算技术,以超级计算机为平台实现了大型波导缝隙天线阵的快速仿真计算。与商业软件计算结果的对比验证了该方法的正确性和高效性。

基于视觉的车位线识别算法

提出了一种自动泊车系统中采用视觉方法通过识别车位线来确定泊车位的算法。采用金字塔分层搜索策略,首先,在灰度直方图上应用K均值聚类法对图像进行二值化,提取车位线骨架,采用Hough变换检测骨架,并利用基于密度的无参数聚类方法对骨架线聚类,在金字塔高层图像上确定车位角点候选点;然后,在金字塔最底层图像上选择感兴趣区域,采用改进的基于距离变换的骨架提取算法提取骨架,使用遗传算法对车位角点骨架进行精确匹配,根据实际车位角点的分布特征确定目标车位;最后,在室外不同环境下采集多张车位图片进行算法的有效性和快速性验证实验。实验结果表明,采用基于视觉的车位线识别算法进行车位检测能较大地提高检测的效率和识别正确率。

周期性Y形缝隙阵列和多层介质复合结构的分析

应用模匹配法分析了周期性Ｙ形缝隙阵列和多层介质复合ＦＳＳ结构的频率响应。重点研究了不同介质加载方式和介质参数对ＦＳＳ结构传输特性的影响。研究发现，在周期阵列的两侧同时加载相同的介质层，可以极大地改善其传输特性。

MPSTD算法子域分界面上改进的特征变量匹配条件

多区域时域伪谱(MPSTD)算法用于复杂问题分析时,整个计算域的相邻子域间将存在多种类型的分界面,子域间信息的交换通过这些分界面上的匹配条件来实现.由于特征变量(CV)匹配条件的局限性,它只适用于一些特定类型的分界面.为此,本文针对任意类型分界面,推导了改进的特征变量(ICV)匹配条件,并给出了ICV匹配条件在分界面上的场值更新关系.在此基础上,将MPSTD算法与ICV匹配条件相结合分析了两根正交矩形波导构成的波导宽壁中心斜缝耦合器,数值结果与FDTD结果的一致性充分说明了ICV匹配条件的准确性和有效性.同时,对矩形波导宽壁中心斜缝耦合器的分析也拓展了MPSTD算法的应用领域.