宽波段大视角液晶偏振转换器研究进展

偏振转换器能够通过对入射光偏振态的动态调控间接实现几何相位型多功能光学器件光学响应特性的动态可调。基于液晶的偏振转换器具有调控效率高、调控面积大、紧凑化程度高等诸多优势,是目前应用较为广泛的偏振转换器。本文围绕偏振转换效率、工作波段、视场角3个核心参量,系统介绍了液晶偏振转换器最新的研究进展,分别给出了典型液晶偏振转换器和大视角宽波段液晶偏振转换器的详细结构和性能表现,同时介绍了液晶偏振转换器工作波段和视角的拓展方法。该项工作能够为液晶偏振转换器结构设计与应用提供必要的参考,同时为基于几何相位或新型相位调控模式的研究提供一些思路。

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的4GS/s、14 bit数模转换器

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了超高速高精度数模转换器(DAC),其时钟采样率为4 GS/s、精度为14 bit。为满足4 GHz处理速度,该DAC中所有电路均采用异质结晶体管(HBTs)搭建。为了降低功耗和节约面积,本设计采用10+4分段译码的方式,其中低10位电流舵使用R-2R梯形电阻网络,而高4位使用温度计码结构。仿真结果表明,所设计DAC的DNL、INL分别为0.54 LSB和0.39 LSB,全奈奎斯特频域内的无杂散动态范围均大于82 dBc。在3.3 V和5 V混合电源供电下,整个DAC的平均功耗为2.39 W。芯片总面积为11.22 mm^(2)。

基于改进蜜獾算法的波能转换器阵列优化

针对波浪能转换器(WEC)阵列发电效率提升问题,提出一种基于改进蜜獾算法的三系WEC阵列优化方法.首先,为克服原始蜜獾算法(HBA)收敛速度慢、收敛精度低等缺陷,引入佳点集初始化、混沌机制和蜜獾种群变异3种策略对原始HBA进行改进.此外,为了验证改进蜜獾算法(IHBA)的先进性和有效性,开展2个浮标、10个浮标和20个浮标3个不同规模的WEC阵列优化实验.2浮标阵列仿真结果表明,WEC阵列优化存在多组最优解,且IHBA、HBA、遗传算法和粒子群优化算法都能以不同速度找到最优解.然而,随着WEC阵列规模的增大,3种对比算法都会陷入局部最优解.相反地,IHBA依然表现出较强寻优能力并能搜寻到全局最优解.最后,IHBA所获10浮标和20浮标的阵列q因子分别高达1.059和0.968,远优于其他3种算法.

一种高速A/D转换器时域重构技术研究

A/D转换器在航空航天系统中的重要元器件,随着器件转换时钟频率不断提高而其工作环境不断恶化,如何准确测试其时间参数对于全面评价A/D转换器性能特别重要。目前对于高速A/D转换器时间参数测试,主流方法是通过示波器直接测试其输出,该方法对于示波器采样速度要求比较高。文章提出一种高速A/D转换器时域重构技术,可以通过计算机数字信号处理方法来实现高速A/D转换器时间参数测试,同时避免对示波器采样速度的依赖。同时,在研究高速A/D转换器时域重构技术方法及其应用的基础上,通过了相关试验验证。

一种低转换比且效率超90%的混合式转换器

针对低转换比降压转换器的需求,提出了一种三电流通路(3CP)混合式电压转换器,并且为了提高轻载下转换器的转换效率,提出了一种轻重负载下的工作模式切换方法。由此实现了在低电压转换比的应用场景下,在全负载范围内均实现高转换效率:采用提出的方法,实现了一款基于CSMC180工艺的混合式DC/DC降压型转换器,其中输入电压为5 V,输出电压为0.6V,带负载能力为1 A。实验结果显示,应用此方法的转换器的峰值转换效率可超过90%。

基于改进秃鹰优化算法的海上混合光伏波浪能转换器阵列优化

近年来,海上能源发电技术备受瞩目,一种新兴趋势是将波浪能转换器(wave energy converter,WEC)与海上光伏(offshore floating photovoltaic,OFPV)相结合,形成混合光伏-波浪能转换器系统(hybrid PV-wave energy converter,HPV-WEC)。HPV-WEC具有提高海上空间利用率,降低成本以及实现功率稳定输出等优势。为了充分利用HPV-WEC系统之间的协同效应,在不增加新设备的情况下提高能源产量,提出了一种基于改进秃鹰优化算法(improved bald eagle search algorithm,IBES)的HPV-WEC阵列布局优化策略。IBES结合了莱维飞行策略和模拟退火(simulated annealing,SA)机制,以平衡局部开发和全局探索之间的关系。为了评估IBES在优化HPV-WEC阵列方面的有效性,进行了5个浮标和8个浮标规模的阵列优化,并将IBES与其他5种算法进行了比较。实验结果表明,IBES表现出实现最大总功率输出并具有显著的收敛特性。

聊天生成预训练转换器在慢性病护理中的应用及方法

ChatGPT中文名为聊天生成预训练转换器(chat generative pre-trained transformer,ChatGPT),是由OpenAI公司开发的人工智能产品,是一种基于深度学习技术的自然语言处理(nature language processing,NLP)智能工具。自2022年12月上线以来,2个月活跃用户数已达1个亿,成为历史上增长最快的消费者应用程序。

基于液晶包层平板光波导的偏振转换器设计

基于液晶的动态可调偏振转换器具有大调制幅度、低功耗的优势,在片上集成系统具有重要的研究意义。然而现有的液晶偏振转换器存在传输损耗大、液晶分子难取向的问题。为此,本文提出了一种基于液晶包层平板光波导的偏振转换器。首先基于液晶各向异性与4层波导理论,构建了满足液晶包层平板光波导物理特性的偏振转换分析模型,厘清偏振转换发生的内在机理为液晶分子场致转动引起的波导内模式耦合。而后通过精确求解耦合状态下波导模式的传播常数和光场分布,提出一种适合于液晶包层平板光波导的偏振转换分析方法,总结出偏振转换效率及最小转换长度的理论公式,并掌握了模式耦合对偏振转换效率的影响规律。最后综合优化各层波导参数得到了一组可实现高偏振转换效率的器件参数,分析了芯层厚度、取向层厚度和电极长度偏差对转换效率的影响。结果表明,本文设计的液晶包层平板光波导偏振转换器可在0.2 V的驱动电压变化下实现转换效率在0%~99.98%的连续可调。

基于方形开口环的太赫兹偏振转换器设计

基于方形开口环与金属棒组合的超材料结构,提出一种新型透射式太赫兹偏振转换器件。研究了基本结构单元的不同组合方式对偏振转换特性的影响,并通过优化结构单元的相关参数,提高了偏振转换功能的工作带宽。最终在0.45~1.30 THz范围内实现了高效的X-Y方向交叉极化偏振转换,有望用于集成化太赫兹偏振转换器件的研究和应用中。

圆波导TM_(01)模式转换器中TE_(11)和TE_(21)模式对圆波导耦合器耦合度的影响

为了准确地测量出圆波导耦合器的耦合度,文章研究了圆波导TM_(01)模式转换器中TE_(11)和TE_(21)模式对耦合度的影响。依据圆波导中TM_(01)、TE_(11)和TE_(21)模式场分布的特点,用CST仿真研究了TE_(11)或TE_(21)模式的含量对耦合度分散性的影响。采用仿真和实验测量,对测量过程中两个模式转换器之间的相对角度对耦合器中出现的模式以及耦合度分散性的影响进行了研究。结果表明,随着耦合器中TE_(11)或TE_(21)模式含量的增加,耦合度的分散性也随之增加;用矩形TE10转圆波导TM_(01)模式转换器测量耦合度时分散性较大,并且当两个模式转换器之间的相对角度为0°或180°时,耦合器中会出现少量的TE_(21)模式,而相对角度为90°或270°时耦合器中会出现少量的TE_(11)模式;用同轴TEM转圆波导TM_(01)模式转换器测量耦合度时,耦合器中几乎不含有TE_(11)模式和TE_(21)模式,且耦合度的分散性较小;对比两种不同类型的圆波导TM_(01)模式转换器在耦合度测量中的仿真与实验结果,文章认为采用平均耦合度可以较好地消除耦合度分散性,更能反映耦合器的真实耦合度。该研究工作为准确标定耦合器耦合度提供了新的测试方法与依据。

旋转导向钻井系统三肋流道转换器设计研究

旋转导向钻井系统是目前广泛应用的定向钻井工艺技术系统,流道转换器是该系统的关键机械零件,具有仪器内流道转换、电气连接等功能。针对流道转换器的功能需求,设计了一种三肋形式的流道转换器结构,并采用CFD方法对其进行全三维数值模拟,分析了流道转换器内流场情况,依据分析结果对流道设计进行了改进。研究发现:流道转换器出口总压分布均匀,但流体流线较乱,且流经流道转换器的液体压力损失仍较大,在优化倒角后压力损失有所降低。通过结构设计与仿真分析,完成三肋流道转换器的选材及结构定型,最终完成三肋流道转换器的研制。

基于非线性摆杆刚度机构的点吸式波能转换器

为了稳定捕获海洋低频波能,设计了一种基于非线性摆杆刚度机构的点吸式波能转换器.通过在摆杆间添加简单的拉伸弹性元件,制作了紧凑的摆杆刚度装置.对非线性刚度结构进行了受力分析,结合Cummins方程,建立了非线性波能转换器的时域动力学模型,并分析了规则波作用下点吸式波能转换器的波能转换特性.数值仿真结果表明,引入合适的非线性摆杆刚度机构可以提升系统在波浪激励下的运动响应,降低系统在波浪激励下运动响应峰值对应的频率,从而提高系统对于低频能量的捕获效率.

基于量子电压的模数转换器性能评估

相比于用传统半导体器件研制的信号源,约瑟夫森任意波形发生器合成信号的幅值可溯源至自然常数,其输出波形具有超低噪声、超低失真的优点。使用约瑟夫森任意波形发生器评估了National Instruments公司24位数字采集卡PXI 5922的性能。其中,采用零补偿波形合成方法简化系统硬件结构,并且使用高精度、多比例的感应分压器提升评估效率。首先,在10 kHz的带宽内标定了PXI 5922单通道的增益及其稳定性、信噪比、无杂散动态范围、总谐波失真、信纳比和有效位数;其次,标定了PXI 5922两通道不同相位下的相位差;最后,结合电网的谐波情况,以60 Hz的基波频率为例,标定了PXI 5922在12阶谐波以内各谐波的幅度与相位响应。约瑟夫森任意波形发生器的超高精度和宽带输出能力在评估高精度模数转换器的性能方面具有广阔的应用前景。

基于暗特性曲线提取辐伏转换器件特性参数的算法

开展辐伏电池理论研究需要计算辐伏转换器件的特性参数,通过特性参数即可预测辐照条件下辐伏转换器件的输出特性,为辐伏电池设计提供重要理论参考。本研究算法基于辐伏转换器件暗特性曲线,计算辐伏转换器件的特性参数,并通过统计学方法分析计算特性参数的优劣。并利用提取出的特性参数预测转换器件在源辐照条件下的特性曲线并与实际测量的辐照特性曲线对比,以证明算法的有效性。结果表明,计算结果在曲线拟合和输出特性预测上均取得了良好的效果。此算法能够在不辐照器件的基础上,通过暗特性曲线预测电池输出特性,可为辐伏电池的设计提供指导。

基于VHDL-AMS的模数转换器辐射效应建模与仿真方法

模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)是连接模拟信号域与数字信号域的关键器件,而现有研究缺乏ADC辐照效应建模的相关内容.为满足大型模数混合信号系统辐照效应建模仿真的需要,本文提出了建立具有辐照效应的ADC行为级模型的方法.首先根据ADC的工作原理将其拆解为不同的通用模块,使用模拟和混合信号硬件描述语言(Very High speed integrated circuit hardware Description Language for Analog and Mixed Signals,VHDL-AMS)建立了各模块的行为级模型.接着根据基本原理将各模块动态组合为未辐照情况下基本的ADC模型.对于ADC的辐照效应,通过开展辐照试验,测量了ADC芯片HWD7710和SAD9434受总剂量(Total Ionizing Dose,TID)效应和中子辐射(Neutron Radiation,NR)效应影响的工作参数,并利用最小二乘法拟合获得ADC的工作参数与辐照剂量的关系式.最后根据辐照关系式,在基本模型上添加辐照参数模块,并建立两种不同结构ADC的TID与NR模型.通过仿真结果与试验数据对比,验证了所建ADC辐射效应模型的普适性和精度.模型的静态参数仿真结果与试验结果的相对偏差在5%以内,证明该方法支持对不同ADC及不同辐射效应进行辐照效应模型建模.

基于数字放大器的电容数字转换器

为了实现较高的电容检测范围,传统的采用SAR ADC的开关电容(Switched capacitor,SC)的电容数字转换器(Capacitance to digital converter,CDC)使用高压供电提高输出摆幅,而其为了保证噪声性能又采用大电流驱动,所以显著增加了系统功耗。为了解决以上问题,提出了一种基于数字放大器的电容数字转换器,将CDAC阵列作为模拟输出承担高压。仅对CDAC阵列与传感电容采用高压(5 V)驱动,而其余部分仍采用低压(1 V)供电,使得CDC在达到高动态范围与高灵敏度的同时保持低功耗、低噪声。此外,针对噪声的优化,本文一方面通过在数字放大器内加入积分环路实现SAR ADC的一阶噪声整形,降低了系统的量化噪声,提高了CDC的有效位数;另一方面通过引入有源噪声抵消(Active noise cancellation technology,ANC)技术,降低了系统的混叠噪声,提高了系统的信噪比。

基于超表面的交叉极化转换器设计

针对目前对极化转换器高性能的需求,提出了一种新型的反射型交叉极化转换器。基于超表面结构,极化转换器由顶层周期排列的金属图案、中间介质板和金属底板三部分组成。研究表明,在9.38~23.78 GHz频率范围内,该结构可实现极化转换率(Polarization Conversion Ratio,PCR)高于95%的交叉极化转换,其中四个谐振峰处极化转换率接近100%。此外,转换带宽为14.4 GHz,相对带宽为86.9%。该结构简单、损耗小、成本低、易于加工与集成,在微波通信、测量和成像等领域有广泛的应用前景。

基于环形游标时间数字转换器的编码转换电路

基于应用在锁相环的环形游标时间数字转换器(Vernier ring time-to-digital converter,VRTDC),提出了一种温度计码编码转换电路,解决了VRTDC电路在小量程计数时输出电路无法输出准确的码值,导致时间间隔错误的输出量化问题。采用Cadence Spectre仿真工具在标准180 nm CMOS混合信号工艺下对编码转换电路进行验证,验证结论表明该VRTDC可输出正确的编码值,有效分辨率可达10 ps、动态范围可达560 ns,且在测量范围内具有很好的线性度。

可穿戴纤维基能源转换器件研究进展

随着智能可穿戴设备的普及,其能源供应问题愈加突出,一种绿色且高效的供能系统有待被研发。纤维基能源转换器件凭借着其优异的可集成性和宏观可调性,在柔性穿戴领域受到了越来越多的关注,有望成为解决新一代能源供给问题的有效方案。为进一步深化对纤维基能源转换方案的认识,本文主要回顾了压电、热电和磁电纤维基能源转换器件的最新研究与应用进展,重点讨论了压电纤维、热电纤维和磁电纤维的制备方法、性能分析和可穿戴应用,最后提出了纤维基能源转换器件在应用中所面临的问题与挑战,并对其未来的发展趋势进行了展望。

基于磁性隧道结和双组分多铁纳磁体的超低功耗磁弹模数转换器

本文提出了一种由8个磁性隧道结(magnetic tunnel junction,MTJ)构成的3位磁弹模数转换器(magnetoelastic analog-to-digital converter,MEADC),该转换器中MTJ自由层为双组分多铁纳磁体.通过对多铁纳磁体实施应变介导的电压调控,可以实现零场条件下的确定性磁化翻转.研究发现:对于给定尺寸,给定材料的双组分多铁纳磁体,压电层厚度与双组分多铁纳磁体的临界翻转电压线性相关.基于该原理,通过调整压电层的厚度使得MEADC具有8个不同的电压切换阈值,将模拟信号转换为8个多铁MTJ不同磁化状态组合.同时,设计了锁存比较器和独立的读取电路来检测MTJ的阻态,以此实现了数字信号的输出.Monte Carlo功能模拟表明:该MEADC在室温下写入成功率可达100%;此外,读写电路相互分离,使得压电层厚度与MTJ的输出参考电压无关,因此每个MTJ可设置相同的参考电压,从而具有更高的读取可靠性.微磁仿真和数值模拟分析发现:该MEADC的工作频率可达250 MHz,单次转换能耗仅为20 aJ;与基于Racetr ack技术的磁模数转换器相比,能耗降低了1000倍,采样速率提高了10倍.本文提出的MEADC可为基于自旋电子器件的存算一体电路架构提供重要的技术支撑.