基于矩形波导阻抗变换器的设计与仿真

阻抗不匹配是微波射频电路设计中的一个重要问题,影响功率传输的大小,严重时可引起微波电路无法正常工作.为了消除反射,提高功率的传输效率,需要在微波组件间插入匹配网络,实现阻抗匹配.本文主要研究的是一种匹配纯电阻负载的阻抗匹配网络,称之为阻抗变换器.本文拟对耦合度C在30 dB左右,方向性D≥20 dB,S 11<-20 dB,频带宽±0.2 GHz和中心频率为5.8 GHz的矩形波导定向耦合器,设计一个阶梯式阻抗变换器,使之与BJ70接口匹配.分别设计与研究了四分之一波长阻抗变换器、二项式阻抗变换器和切比雪夫阻抗变换器三种阻抗变换器,总结了三种类型的阻抗变换器的适用场合,通过对比可知四分之一波长阻抗变换器的综合指标最好,最适合于本文所设计的定向耦合器的匹配网络.

多节λ/4阻抗变换器的频率特性与变换比

多节λ/4阻抗变换器是微波工程中一种常用的匹配元件,能很好地改善频率特性,且变换比不同,改善的程度也不同,但一般教材却没有详细分析这一结论,容易引起读者的困惑。基于此,对两节λ/4阻抗变换器的频率特性与变换比进行了理论推导与仿真分析,在验证其频率特性的同时,找到仅与负载有关的最佳变换比使得多节λ/4阻抗变换器具有最佳频率特性,为宽带阻抗变换器的快速设计提供依据。

基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法

电容耦合式非接触电压测量在实际测量中,探头-导线之间的耦合电容受导线线径、绝缘材质、相对位置偏差的影响,造成分压关系难以确定从而无法准确重构电压。本文提出一种基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法,以实现在实际测量中传感器增益的自标定。首先介绍电容耦合电压测量的基本原理,从中凝练存在的问题并提出基于阻抗变换的自校准方法,随后通过仿真对系统参数进行校准精度影响分析并给出参数选取原则。在此基础上,开发传感器探头及电路拓扑。最后进行传感器样机精度测试、抗干扰能力测试、场景适应性测试,精度测试显示电压幅值最大相对误差为0.59%,相位相对误差为0.76%,抗干扰能力测试表明同轴探头对周围耦合电场具有良好的屏蔽作用。场景适应性测试显示在进行不同类型线路的测试中,最大相对误差为1.24%。

一种基于半集总π型阻抗变换器的改进型宽带Doherty

为了解决传统宽带Doherty放大器主辅功放管子的非理想连接及其在高频性能恶化的问题,提出了基于半集总π型阻抗变换器的改进型Doherty合成方案。分析并给出设计参数的计算公式,仿真结果表明:1.4 GHz~2.6 GHz的宽带Doherty放大器,相对带宽达60%,峰值输出功率44.8 dBm,输出功率回退6 dB漏极效率44%-49%,增益大于11 dB,带内起伏0.6 dB,三阶互调优于-18.5 dBc。结果证明可明显提高宽带Doherty的带宽及其工作频率,在未来有重要工程应用价值。

基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统

为提高非接触电能传输系统在变负载工作模式下的频率稳定性和效率,提出了基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统设计方法.根据开关变换器可实现阻抗变换,在非接触电能传输系统副边结构中加入开关变换器,通过控制开关变换器中开关管占空比进行负载电阻的等效变换,并优化设计系统谐振补偿参数;通过对系统谐振网络以及阻抗变换电路的分析,推导出了系统关键参数设计的计算公式及阻抗变换电路占空比与负载电阻之间的函数关系.研究结果表明:当负载电阻在1～10Ω范围内变化时,通过实时调节开关管占空比,能够始终保证系统效率达到67.0%.

电力电子电抗器拓扑结构与阻抗变换分析

可变电抗器是电力系统中调压调功控制、谐波治理和无功补偿的关键设备。电力电子电抗器是一种新型的可变电抗器,它采用电磁技术、电力电子技术、控制技术、计算机技术等实现阻抗值的连续可调。这里介绍了电力电子电抗器的拓扑结构,分析了其阻抗变换原理,对其阻抗变换进行了仿真,并将其应用在电机软起动中,给出了实验结果。仿真及实验结果表明,基于电力电子电抗器阻抗可连续变化的特性,可将其应用在电机软起动、无功补偿、谐波抑制等方面,具有良好的应用前景。

变压器的阻抗变换特性在交流输电线路杆塔侧电场能采集中的应用

为了给输电线路在线监测装置提供安全可靠的电源供给,提出了一种利用变压器阻抗变换特性和平板电容边缘效应在交流输电线路杆塔侧采集空间电场能的方法。理论分析了杆塔侧电场能采集的电路模型,根据平板电容边缘效应设计了栅状采集器,并实验验证了所述模型以及栅状采集器的采集效果。结果表明:电场发生器外施电压AC50 k V,采集器与电极之间寄生电容为43 p F时,在300?的负载电阻上测得功率为257 m W。实际的架空输电线路工作电压更高,通过进一步优化电容采集器结构,完全可以实现更高的功率输出并最终为安装于杆塔上的在线监测装置供电。

海下超声耦合无线电能传输系统电学阻抗变换技术

压电换能器是常用的电声和声电能量转换器件。根据压电换能器在机电谐振状态下显容性的电学阻抗特征,分别研究发射端和接收端压电换能器的阻抗变换问题。在发射端,着眼于消除换能器的容性无功功率,以减轻发射电源的负担,同时能够根据需要提供发射超声波所需要的有功功率;在接收端,着眼于消除等效输出阻抗的容性虚部,并减小实部,以便当负载电阻变动时,能够获得相对稳定的输出电压。给出实现上述阻抗变换的LC网络结构和参数计算方法,并以天然海水为介质、以压电超声换能器为电声和声电转换器件,搭建水下无线电能传输实验装置,以检验阻抗变换效果。实验结果证明了所提阻抗变换技术的有效性。

电磁波的阻抗变换作用对地质雷达探测效果的影响

本文从理论推导电磁波在三层导电介质分界面的反射系数,说明电磁波的阻抗变换作用对地质雷达的探测效果有影响,并且详细分析了电磁波的阻抗变换对地质雷达的影响因素,最后得出结论:在使用地质雷达时,应根据实际情况选取工作中心频率来避开电磁波的带阻影响.

复合弯曲振动换能器的相位阻抗变换穿孔板

本文介绍了一种用于多波节复合弯曲振动换能器的穿孔板，并对穿孔板的阻抗变换机理进行了理论分析。本文还对这种换能器的性能进行了测试，并将其用于超声料位仪中，获得了较满意的应用效果。

电容耦合式无线电能传输系统阻抗变换网络的设计

本文基于阻抗变换原理,提出了电容耦合式无线电能传输系统中阻抗变换网络的逐级设计方法。按照这种方法,首先根据发射电源参数、负载电阻与功率、耦合电容的容许电压等条件,计算出各级阻抗变换网络应该存在的等效电阻;然后根据这些等效电阻用解析方法设计出阻抗变换网络的电抗元件参数。通过对负载的阻抗变换,得到较大的等效电阻,实现了以小电流大电压的方式向该阻抗变换网络传输功率。该方法不仅降低了耦合电容电压,而且减小了电感及电容串联电阻的功率损耗。以小功率应用为例,设计了相应的阻抗变换网络,通过仿真和实验,验证了设计原理的正确性。

可变电抗器的阻抗变换机理研究

介绍了可变电抗器的构建和拓扑结构,从理论上着重分析研究了采用IGBT管的可变电抗器的阻抗变换机理,并运用Matlab/Simulink分别从阻性负载和感性负载两方面对可变电抗器的阻抗变换进行了仿真,绘出了仿真曲线。仿真结果表明可变电抗器的阻抗变换理论是正确的。

指数型径向阻抗变换器功率传输效率的优化设计

利用解析方法和电路模拟方法研究了阻抗变换器功率传输效率的优化设计。电路计算中,采用了脉冲上升沿等效的正半周正弦波作为输入波形的假设,并忽略了水介质能量损失的影响。首先对比了线性、饱和型变化和陡变型变化3种典型阻抗的功率和能量传输效率,分析讨论了影响指数型阻抗变换器功率传输效率的关键影响因素,并得到了功率传输效率最大化的中间参数和符合系数的参数范围。讨论了实际设计中应注意的绝缘安全系数的结构设计、杂散参数对阻抗计算的影响、水介质能量损失等问题。

宽带阻抗匹配变换器的设计

为解决宽带阻抗匹配变换器设计的复杂问题,克服频率展宽对阻抗变换器的影响,设计了一种两节λ/4宽带阻抗变换器,并分析了宽带阻抗变换器的频率特性。利用微波网络级联理论分析了两节宽带阻抗变换器的设计过程,推导了频率特性的数学模型,最后对模型进行仿真实验。结果表明可以找到最佳转换比(负载与特性阻抗之比)使得频率特性得到改善程度,适用于宽带阻抗匹配变换器的快速设计。

阻抗变换器及其在快速暂态测量中的应用

研制了一种对GIS快速暂态测量有重要意义的设备——阻抗变换器,本文叙述了其线路原理及性能测试。该阻抗变换器1dB带宽为0～128MHz。用该阻抗变换器建立了一套能用于GIS快速暂态测量的测量系统,该系统具有短上升时间、低下限频率、高分压比。

基于混合遗传算法的宽带阶梯阻抗变换器的优化设计

提出了一种将标准遗传算法和确定性方法相结合的混合遗传算法，并应用该方法对相对带宽为１００％的宽带阶梯阻抗变换器进行优化设计，克服了标准遗传算法效率太低及确定性方法易收敛于局部极小点的缺点．分别对负载阻抗为纯实数和复数的两种情况进行优化设计表明：当负载为纯电阻时，混合遗传算法的计算结果与Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ综合所得结果基本一致；当负载为复阻抗时，混合遗传算法所得结果优于传统的综合方法．

超短波宽带阻抗变换器的设计与实现

基于传输线变压器原理的超短波超宽带阻抗变换器,在短波和超短波电路中具有十分重要的地位。这类器件具有相对带宽宽、尺寸小、传输效率高的优异性能。本文采用铁氧体磁环设计了一款基于传输线变压器原理的宽带Ruthroff型1:4阻抗变换器和一款宽带四路功率分配器。从测量结果可以看出,两款器件在2 MHz到500 MHz的大部分频带范围内,回波损耗均小于-14 dB,传输损耗均小于1 dB。研究成果对于正确理解传输线变压器器件工作原理、合理确定参数诸元、实现预期频带特性等方面具有一定参考价值。

非常规变比阻抗变换器的设计与实现

在常规1∶4变比平衡-不平衡传输线阻抗变换器的基础上,分别分析了1∶n(2≤n<4)和1∶n(4<n≤12)非常规变比宽频带阻抗变换器的设计思想,并给出了附加绕组长度的确定公式。同时明确了绕制非常规变比阻抗变换器的注意事项和对于补偿电路的确定方法。最后通过两个实例验证了文中设计思想的有效性。

基于改进的思维进化算法的宽带阻抗变换器设计

针对传统阻抗变换器设计中可能出现的理论设计与实际实现的矛盾,给出了宽带阻抗变换器参数优化设计的数学模型,提出了一种改进的思维进化算法,设计了改进的自适应趋同算子,讨论了符合微带线电路优化的适应度函数,给出了基于思维进化算法的宽带阻抗变换器的优化步骤,并利用Matlab仿真平台对不均匀宽带阻抗变换器进行了优化设计,得到了满意的设计参数.改进的思维进化算法的优化结果同基本遗传算法和传统的Chebyshev计算结果相比较,电压驻波比在通频带内保持较低值,尺寸相对较小,取得了较好的优化效果.同时也验证了本文方法在多变量类型优化问题的可行性和优越性.

基于负阻抗变换有源接收天线的稳定性研究

对于基于负阻抗变换为基础而设计的有源接收天线,具有较高的接收灵敏度和理想的天线高度;但是由于负阻抗变换是一种正反馈,致使天线的稳定性变差,因此采用宽带低噪声可变增益放大器和深度负反馈电路的结合来改善天线稳定性,并通过仿真和实验来给予验证.实验结果证明,通过加入可变增益放大器,基于负阻抗变换的有源接收天线具有高稳定性、高灵敏度和低噪声等特性,从而最终实现一个性能优良的有源接收天线.