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。

一种小型化软件无线电通信平台设计

该文针对小型化软件无线电平台轻量化、低功耗设计要求,提出了一种基于SOC芯片的开放性、标准化、小型化的软件无线电通信平台,可实现通信装备架构统一、波形按需加载。

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。

基于小型化Cas蛋白的CRISPR/Gal4BD-Cas供体适配基因编辑系统研究

在哺乳动物细胞中,利用同源引导修复(homology-directed repair,HDR)机制的基因编辑策略能够实现精准的点编辑和敲入,但是HDR的低效性严重制约了该策略在精准医疗和分子设计育种中的应用。鉴于HDR机制所需的供体DNA模板不能自主募集到基因组双链断裂(double-stranded break,DSB)处,本课题组提出了供体适配系统(donor adapting system,DAS)的概念并开发出CRISPR/SpCas9-Gal4BD供体适配基因编辑系统。由于SpCas9蛋白分子较大,与Gal4BD适配器结合不利于表达、病毒载体包装及活体递送等过程,因此本研究进一步采用两种小型化Cas蛋白——路邓葡萄球菌(Staphylococcus lugdunensis)源SlugCas9变体SlugCas9-HF与氨基酸球菌(Acidaminococcus sp.)源AsCas12a,开发了新型的CRISPR/Gal4BD-SlugCas9和CRISPR/Gal4BD-AsCas12a供体适配基因编辑系统。通过SSA活性报告实验初步证明了Gal4BD与SlugCas9、AsCas12a N-端融合对其打靶活性影响较小。通过HDR效率报告实验进行功能验证并优化供体设计方案,结果表明:对于CRISPR/Gal4BD-AsCas12a DAS,适配器结合序列(binding sequence,BS)与供体5′-端融合(BS-dsDNA)效果较好;对于CRISPR/Gal4BD-SlugCas9 DAS,则BS与供体3′-端融合(dsDNA-BS)较佳。最终,利用CRISPR/Gal4BD-SlugCas9 DAS对HEK293T细胞中的EMX1、NUDT5、AAVS1三个基因位点分别实现了24%、37%、31%的精准编辑,相比对照组得到了显著提高。本研究为供体适配基因编辑系统的进一步优化提供了参考和借鉴,为后续动物分子设计育种应用研究提供了新的基因编辑工具。

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。

小型化宽阻带5G半集总混合滤波器设计

面向5G无线通信应用设计了一款微带半集总混合宽阻带带通滤波器。该滤波器阻带可扩展至5G毫米波频段,具有优良的带外抑制、结构紧凑及尺寸小巧的特点。搭建了集总元件的高频电路模型并完成了集总元件的路-场联合仿真,最终实现了由十字加载谐振器混合集总LC并联谐振电路而成的宽阻带滤波器。滤波器的中心频率位于4.08 GHz,通频带覆盖3.96~4.2 GHz,位于目前用于5G室内覆盖的N77频段。滤波器具有极广的阻带抑制特性,且优于20 dB抑制水平的上阻带范围可达22 GHz。滤波器有效电路尺寸仅为5.125mm×7.625 mm,插入损耗水平较低(0.54 dB),具有良好的选择性,适用于高性能5G通信系统应用。

低成本小型化遥感光学系统设计

随着航空航天成像技术的发展,遥感成像观测系统需求不断增加,为了简化光学系统的加工装配复杂度,缩小光学系统体积,该文提出了一种低成本、小型化遥感成像光学系统设计方法。在全球面镜的基础上,配合氟化钙等低色散材料,设计了一种焦距2000 mm,适用于5.08 cm(2 inch)探测器的光学成像系统,该系统在50 lp/mm处MTF(调制传递函数)优于0.41,体积与R-C系统接近,系统的球面主、次镜避免了在加工装调时使用非球面补偿器,降低了加工装调成本。同时设计了新型百叶窗遮光罩结构,有效避免了传统外遮光罩结构形式体积过大的问题,规避角大于12°后PST(点源透射比)值均小于10^(-6),且光学体积仅为ф227×421 mm^(3),远小于传统外遮光罩形式。该系统具有低成本、结构小型化、轻量化、像质优良、杂散光抑制良好等优点,在工程应用中可以满足航空航天成像系统的使用要求。

小型化微片阵列式被动调Q全固态激光器

本文针对无人机空中目标探测系统的空间限制,提出了一种多光束可分路扫描式被动调Q微片阵列全固态激光器的方案,采用六管芯半导体激光器阵列端面紧凑泵浦长条状的Nd:YAG/Cr^(4+):YAG键合晶体,在每一路1.6 W的泵浦功率下,产生了6路波长为1064.4 nm、脉冲宽度为2.4 ns、光束质量为1.39、峰值功率为3.75 kW、重复频率可达22 kHz的输出激光,整个系统的体积仅为2 cm×2 cm×1.5 cm,实现了6路激光同时输出。研究了调Q晶体的初始透过率和输出镜反射率对激光脉冲重复频率和峰值功率的影响机制,重点对泵浦源激光器管芯的出光一致性问题做了深入探讨,通过实验验证了使用一个激光键合晶体产生多路纳秒级窄脉冲激光束的可行性。研究结果以小型化结构实现了被动调Q全固态激光器的多光束出射,对实现激光探测系统光源的小型化和集成化有借鉴意义。

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。

一种基于FPGA的小型化VCSEL激光器温控电路设计

原子磁强计具有高灵敏度的优点,常被用于测量磁场,磁强计系统中激光器波长的稳定性易受温度影响,导致灵敏度下降。为了提高温度的稳定性,设计一种基于FPGA的激光器温度控制电路,采用ZYNQ7020作为主控芯片,实现可编程逻辑端与处理系统端的信息交互,通过PID算法对数据处理,改变加热信号幅值。为防止直流加热信号引入磁场干扰,影响磁强计性能,采用1 MHz交流正弦波进行加热,完成对温度的闭环控制,最终实现了VCSEL温度控制电路的小型化。实验结果表明,该电路能够将温度控制在80℃,控制精度可以达到±0.003 5℃,满足磁强计系统中激光器对温度稳定性的需求。

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。