介质粗糙面与组合目标宽带电磁散射特性研究

文中对介质粗糙面和组合目标的宽带复合电磁散射特性进行研究,通过数值计算得到了复合散射系数频率响应曲线。分析结果显示,后向复合散射系数在宽频带范围内随着频率的变化而产生振荡,粗糙面的高度均方根、介电常数、组合目标尺度、目标介电常数等因素对复合散射系数有显著的影响,且影响规律较为复杂。相比之下,粗糙面的相关长度对复合散射系数的影响较为微弱。当目标是理想导体时,频率响应曲线近似呈现出准周期性的振荡形态。

基于表面等离子激元的多通道滤波器设计

设计了一种由一个槽型腔和两个波导耦合构建的金属-介质-金属(MDM)滤波器,并利用时域有限差分法对该结构进行了仿真研究,分析了主要结构参数对滤波器传输特性的影响。研究发现:纵向位移L_(d)对传输特性有重要影响,会导致新的谐振峰出现;在一定范围内,槽腔宽度W_(c)的增加使得透射峰增加并且更均匀地分布在600~1500 nm范围内。通过参数优化最终设计了分布于550、730、920、1330 nm波段窗口附近的多通道滤波器,该设计透射峰窄、品质因子良好,且结构简单、易于集成、制作方便,能够很好地运用在波分复用系统及光通信中。

现场变压器油纸绝缘时频域介电特征量提取及状态评估

油浸式变压器的绝缘状态决定了变压器的运行寿命。为将时频域介电响应技术应用于变压器油纸绝缘状态的无损评估,对一台停运的500kV变压器进行了极化/去极化电流(PDC)与频域介电谱(FDS)测量。通过时域介电谱融合理论及FDS技术提取了反映变压器油纸绝缘状态变化的时域介电特征量与频域介电特征量,并分析了其变化规律。研究结果表明,时频域介电特征量对变压器油纸绝缘的老化情况较为敏感,可定性评估变压器的绝缘状况。

热老化时间及测试温度对油纸绝缘时域介电特性的影响

为研究热老化时间及测试温度对油纸绝缘时域介电特性的影响,以及更好地应用时域介电响应技术评估变压器油纸绝缘老化状态,首先进行了不同热老化时间及不同测试温度下油纸绝缘绕组模型的极化/去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)测试,然后通过扩展Debye模型实现时域介电测试技术间转换,深入研究了热老化时间及测试温度对时域介电特性及其特征参量的影响,最后提出运用时间及幅值平移因子构造电流标准主曲线以消除测试温度对时域介电特性影响的方法。结果表明:油纸绝缘时域介电特性及特征参量受热老化时间及测试温度影响较大;在应用时域介电响应技术评估变压器油纸绝缘状态时,必须考虑测试温度的影响,否则将导致评估结果失实;通过本文方法绘制的电流标准主曲线不仅能消除测试温度对时域介电特性的影响,还能实现在不额外延长实际测试时间的前提下,获得更多反映油纸绝缘状态的时域介电响应信息,并通过实验验证该方法的有效性。

基于时域介电谱和去极化电量的变压器油纸绝缘老化特征量研究

为研究变压器油纸绝缘极化/去极化电流法特征量,在130℃下进行了油纸试样的加速热老化试验,测得了试样在不同老化阶段的去极化电流,提出以稳态油老化电量Q_o和稳态油纸界面极化电量Q_(o-p)作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝缘纸时域介电谱峰值和峰值时间tpeak作为绝缘纸老化特征量,最后通过现场试验验证了以上述特征量分别表征油纸绝缘老化状态的可行性。结果表明:Q_o随老化时间的增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_o可以表征油中偶极子转向极化强度;绝缘纸时域介电谱峰值及对应时间分别代表了其内部因纤维素裂解引起的界面极化强度和响应速度,其中时域介电谱峰值和聚合度之间具有指数负相关关系;Q_(o-p)随老化时间增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_(o-p)可以表征油纸界面极化强度。

油老化对油纸绝缘时域介电特性影响的实验研究

为了研究绝缘油老化对变压器油纸绝缘时域介电特性测量结果的影响,以更准确地分析和评估油纸绝缘老化状态,对油浸纸试品进行加速热老化,获取3组不同老化程度的变压器油试样并分析其理化参数。对新绝缘纸试品进行真空干燥,然后使用3组油样分别对干燥的纸样进行充分浸渍获得3组油老化状态不同的油浸纸试品。对每组油浸纸试品进行极化去极化电流(polarization and depolarization currents,PDC)测量,分析油老化引起的油纸绝缘时域介电特性变化。结果表明,变压器油老化后,油中微水含量、酸值、介质损耗因数显著增大,pH值、电阻率减小;油浸纸试品的极化、去极化电流增大,电导电流增大且需要较长时间达到稳定值;试品绝缘电阻R60和吸收比Ka减小。

应用去极化能量谱评估变压器绝缘老化受潮状态

近年来,极化/去极化电流法(PDC)作为一种研究电力变压器绝缘老化状态的非破坏性检测方法得到了广泛的应用,但其中对于特征量的提取的研究还处在初步阶段。本文基于时域介电谱理论提取出去极化能量谱,从中提取峰值能量和主时间常数两个重要特征量。然后,利用扩展德拜模型等效电路建立仿真模型,研究两个特征量与老化受潮的关系,并分析能够反映绝缘内部结构的等效电路参数与谱线的内在联系。仿真结果表明,不同极化电压对特征量的提取不产生影响;随着绝缘老化受潮程度的增加,谱线往左上方移动,峰值能量和主时间常数能有效、直观和准确地评估变压器绝缘状态;等效电路参数变化与主时间常数、峰值能量具有鲜明的内在联系,可辅助评估变压器绝缘老化受潮状态。

基于时域介电法的变压器油纸绝缘老化特征参量分析

为提取表征油纸绝缘老化状态特征参量,将时域介电法更好地应用于油纸绝缘老化状态无损检测,在实验室条件下对不同老化程度的油纸绝缘试样进行极化去极化电流法(PDC)试验,并求得其等效模型参数;然后提出系统极点Pi作为油纸绝缘老化特征参量,并建立其与油纸绝缘老化状态关系;最后验证了系统极点用于评估油纸绝缘老化程度评估的可行性。研究结果表明:扩展Debye模型参数对油纸绝缘老化程度比较敏感,特别是时间参数大于1000 s的极化支路,其时间常数随着老化时间的增加而呈现递增规律;对于时间常数大于1000 s的极化支路,极点与绝缘纸聚合度之间存在指数函数关系,且极点值越小的极化支路,拟合优度越高;优化得到的系统相对极点P与聚合度之间存在更好的指数函数关系,且此参数不受变压器几何尺寸的影响。极点验证试验验证了系统极点应用于变压器老化状态评估的可行性。

二维三角柱光子晶体的传输特性(英文)

利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。结果表明:光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,三角晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角在一定范围内对光子禁带有重要影响;对不同入射方向时光子晶体的传输特性的研究结果表明,在低频范围内,入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响,在高频段,透射率随入射角变大而降低。研究结果为实验上制作三角柱光子晶体器件提供了重要的理论依据。

航空复合材料及其基体树脂的太赫兹光谱特性研究

现如今各类航空复合材料大量应用在航空飞机制造领域,而不同基体树脂的复合材料具有不同的性能优势,其物理性能关系到复合材料的设计、使用与检测。为研究不同种类的航空玻璃纤维复合材料及其基体树脂在太赫兹频段的光谱特性与介电性能,利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)在0.2~1.0THz频段内研究了3类不同航空玻璃纤维复合材料及其基体树脂:环氧树脂3238A/玻璃纤维EW180A,氰酸酯树脂9915/玻璃纤维QW120A,双马来酰亚胺树脂QY8911/玻璃纤维ZW100A的光谱吸收和介电色散特性,计算得到了不同航空复合材料及其基体树脂的折射率n、吸收系数α、介电常数实部ε′和介电常数虚部ε″,并结合改性添加剂进行了基体树脂的对比分析,以及结合增强体玻璃纤维进行了复合材料的对比分析,在此基础上,使用Debye模型对树脂体系中偶极子的弛豫过程进行了理论计算,并对实验结果进行了拟合分析。研究表明,对于ε″和α,均以QW120A/9915<ZW100A/QY8911<EW180A/3238A和9915<QY8911<3238A的顺序增大,这是由于在树脂体系中含有的极性官能团和分子越多,偶极子取向极化引起的弛豫运动则会越剧烈,介电耗损就越大;随着交变电场频率的增加,偶极子因弛豫运动落后于电场的变化,需要更多的能量克服材料内粘滞阻力,引起介电耗损增大,导致ε″和α随之增大,并且均未有明显的吸收峰;由于树脂体系中分子链结构和极性基团的含量不同,对于各类复合材料和浇注料,氰酸酯树脂的ε′和n均最小,介电性能最好也最稳定,双马来酰亚胺树脂和环氧树脂介电性能次之,稳定性稍差,顺序为QW120A/9915>ZW100A/QY8911>EW180A/3238A和9915>QY8911>3238A;在聚合物树脂内部,偶极子的极化行为由于弛豫运动而受阻尼影响,滞后于交变电场的周期性变化,导致取向极化的程度相对减弱,ε′和n呈现反常的色散现象,即ε′和n随频率的增大而降低,而对于复合材料,玻璃纤维作为无机非金属材料弱化了聚合物树脂中极化行为的影响,均未出现反常色散现象;由于混合型树脂体系中不同极性的基团发生极化响应的机制不同,导致实际介电耗损高于拟合结果,而ε′和n并不受影响,因而在使用Debye方程进行拟合时,ε″和α的拟合结果稍有误差。首次报道了不同航空复合材料及其基体树脂在太赫兹频段的介电性能差异、光谱特性及其规律,给出了环氧、氰酸酯和双马来酰亚胺三种不同航空树脂及其玻璃纤维复合材料在太赫兹频段的基础参数,为太赫兹频段下固体电介质材料透波性能的研究补充了新的内容,为航空复合材料的太赫兹无损检测提供了重要参考,并且对航空复合材料性能改进、吸波复合材料、光电半导体材料、太赫兹超材料和高性能雷达罩等研究具有重要意义。

正方介质柱二维光子晶体传输特性FDTD数值研究

把时域有限差分方法用于二维正方介质柱组成光子晶体传输函数理论研究,计算了若干情况下二维光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化。计算结果表明:对于一定的入射方向,某些频率的光不能在光子晶体中传播即出现所谓的禁带,禁带的宽度、频率范围与晶格结构、柱体截面大小及放置方位有关。

聚合度对油纸绝缘时域介电特性影响研究

为了研究绝缘纸聚合度(简称DP)对油纸绝缘时域介电特性的影响,搭建了油纸绝缘极化电流特性测试平台,应用该平台测试了不同初始酸值、初始水分分别和不同聚合度绝缘纸组成试样的极化去极化电流,并画出相应的时域介电谱,最后拟合得到不同初始水分、酸值情况下峰值时间常数与DP变化的公式。结果表明:绝缘纸DP作为单一变量变化时并不会对油纸绝缘时域介电特性产生影响,此时并不能用DP作为油纸绝缘的老化特征量;只有在水分和小分子酸等极性分子存在并扩散到绝缘纸内部形成界面极化时,不同DP对油纸绝缘时域介电特性影响差异才能体现出来;水分或酸值含量升高,时域介电谱整体向左上方平移,峰值变大,峰值时间常数减小,峰值时间常数与DP之间的拟合优度提高。通过基于绝缘纸DP的老化动力学模型来评估变压器剩余寿命时,要参考油纸绝缘中水分、酸等极性分子的含量。

不同受潮类型油纸绝缘套管的高压时/频域介电响应特性分析

水分是影响油纸绝缘套管绝缘性能的主要因素之一,对油纸绝缘套管的受潮状态开展诊断分析有重要工程价值。为研究油纸绝缘套管的不同类型受潮状态,本文针对正常套管、芯子受潮套管和绝缘油受潮套管开展了高压时/频域介电响应测试,分析了激励电压对套管的时/频域介电响应测试结果影响,针对不同激励电压对套管的不同受潮状态进行对比研究。研究结果表明,水分作为强极性物质,会引起套管的绝缘电阻下降以及介质损耗的提升,由于绝缘纸与绝缘油的亲水性差异,芯子受潮对套管绝缘性能的影响较绝缘油受潮情况更为显著。随着激励电压提高,套管的极化/去极化电流更大且不易受到噪声干扰,而介质损耗与电容因油纸界面处极化损耗的增大而表现出一定的电压依赖性。研究成果为分析不同受潮类型油纸绝缘套管在高电压下的绝缘特性提供了参考。

热老化对变压器油纸绝缘介电响应特征参量影响的研究

基于介电响应理论的回复电压法、极化去极化电流法和频域谱法,作为无损的诊断技术正逐渐被应用于变压器油纸绝缘的状态评估。但是研究结果表明其测量结果会受测量过程中诸多因素的影响。在一个复杂的油纸绝缘系统中,水分在油纸之间的分布,迁移和平衡过程取决实际运行温度和老化程度。只有充分理解绝缘系统在温度和老化影响下的物理变化过程,才能更加准确的分析测量结果。本文引入了一种描述变压器油纸绝缘系统介电特性的电路模型,研究了该模型中各参数值的确定方法,最后设计了130℃下加速热老化试验和变温试验,分别在不同老化程度和不同温度下对试品进行了介电响应测量,根据测量结果分别研究了热老化和温度对介电谱法测量的影响;并基于介电响应测量曲线提取了介电响应特征参量,深入研究了热老化和温度对介电响应特征参量的影响规律。

关于变压器油纸绝缘热老化的时频域介电和空间电荷特性研究

本文首先分析了变压器油纸绝缘老化形式,进而分别从时频域介电特性以及两个角度对文章的主旨进行了阐述。

阵列类型对金属/电介质光子晶体强透射影响

设计了正方形和正六边形圆孔阵列组成的金属/电介质光子晶体(MDPhC)来研究阵列类型对其强透射特性的影响。采用微机电(MEMS)技术制作了两种具有相同结构参数的正方形和正六边形圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。同时,也对这两种结构进行了时域有限差分法数值模拟。理论模拟和实验测量结果均表明,与正方形圆孔阵列相比,由正六边形圆孔阵列组成的MDPhC能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。