微型宽频交流电场传感器设计及其电场无失真测量评价

电场信息是新型电力系统状态智能感知、信息深度融合的基础。电场测量需兼顾无失真、微型宽频、强稳定性、易集成等众多性能需求。针对新型电力系统数字化发展需求,对地线侵入造成的电场测量误差来源进行分析,提出了微型宽频交流电场传感器设计方案和电场无失真测量方法,开展了无失真电场传感器设计,并与微机电系统(microelectro mechanical systems,MEMS)和光学电场传感器进行了无失真测量效果对比。结果表明MEMS电场传感器向上偏移间隙中心2 cm时电场测量误差为13.2%,光学电场传感器的电场测量误差在3%左右。无失真电场传感器的测量误差均在2%左右,且不随传感器的偏移距离而增大或减小,实现了地线干扰的隔离效果,且电场无失真程度优于光学电场传感器。

内置谐振器的轻薄宽频吸声器结构设计与分析

微穿孔板吸声器的吸声频带相较于亥姆霍兹谐振器更宽,但其低频吸声的实现需要较大的空气背腔,难以应用在空间有限的场合。该文设计了一种轻薄吸声降噪结构(内置亥姆霍兹谐振器的微穿孔板吸声器,简称MPPHR),将微穿孔板吸声器与亥姆霍兹谐振器进行了结合,提升吸声器的低频吸声性能的同时兼具了微穿孔板宽带吸声的优点。首先基于微穿孔板和亥姆霍兹谐振理论建立了等效电路模型并计算了结构的声阻抗。然后通过有限元对MPPHR的吸声特性进行了参数研究。最后验证了MPPHR的声阻抗模型和有限元仿真的准确性。研究结果表明:MPPHR结构拥有更宽吸声频带,厚度仅为30 mm的MPPHR的半吸收频带可达1294 Hz,相较于同等厚度下的微穿孔板吸声器宽约500 Hz。此外,MPPHR拥有更好的低频吸声效率。

高阶微穿孔型超材料低频宽带吸声机理

针对现有低频噪声控制的迫切需要,提出了一种高阶微穿孔型超材料结构,解释了其低频宽带吸声机理,并设计了新型的高阶微穿孔型低频宽带吸声超材料,在300~3 000 Hz的频率范围内表现出连续优异的吸声特性。设计了单个单元的吸声结构,通过在传统的微穿孔超材料内部增加穿孔板的方式,激发高阶特性,对比发现,高阶微穿孔型超材料实现了对高阶峰值的灵活调整。使用理论公式和有限元仿真,建立单元结构的计算模型计算单元的吸声系数,对结构进行吸声机理分析,同时分析了典型结构参数对于吸声特性的影响规律;在此基础上,通过单元间的严格耦合,设计了一种9单元宽带吸声结构,并进行实验验证。实验结果表明,该材料总体厚度为106.1 mm,在300~3 000 Hz的频率范围内获得了连续优异的带宽,平均吸声系数达到90%以上。该结构具有亚波长厚度的低频宽带吸声特性,在汽车、飞机、轮船等噪声环境中,具有广阔的减震降噪的工程应用前景。

基于微缝折叠空间结构的宽带吸声超材料设计

如何实现低频宽带吸声,设计具有亚波长厚度的吸声超材料一直是一项具有挑战性的任务。提出了一种微缝折叠空间超材料结构,建立结构的理论解析模型与数值仿真模型,深入研究其声学特性和吸声机理,分析了典型结构参数对吸声特性的影响规律,基于此探究实现低频宽带吸声的可能性。研究表明,通过调整折叠空间厚度及折叠通道数目,可以在较大的频带范围内调节结构的峰值频率,同时不改变其近完美的吸声性能。最后,提出了一种宽带吸声超材料,在500~2 000 Hz频率内获得平均吸声系数达0.931的连续高效吸声带宽。结构厚度为5.68 cm,仅为最低共振频率对应波长的1/12,试验结果良好。研究成果可为实现宽带吸声提供借鉴。

基于智能电网的频谱感知算法研究

宽带微功率(Broadband Micro-Power, BMP)无线通信系统是为满足智能配用电系统的通信需求,在非授权频谱资源上研究开发的电力无线专网系统。认知无线电(Cognitive Radio, CR)的频谱感知技术的引入,虽缓解了目前智能电网频谱资源紧张的问题,但系统在低信噪比下单用户的感知准确性仍需提高。针对上述问题,提出一种基于变步长的最小均方(Variable Step Size Least Mean Square, VSS-LMS)频谱感知算法。该算法在对原始发送信号幅度进行迭代估计时,增加两个参数作为调节器,可以灵活地调整步长,并对误差信号进行平滑处理,从而解决收敛速度与稳态误差的矛盾,实现高效的频谱感知。仿真实验表明,该算法不仅具有较好的收敛性,且在低信噪比下仍有较好的检测性能。与能量检测算法和LMS频谱感知算法相比,该算法使系统的频谱检测性能得到提升。

基于微带线支节加载宽带高选择性反相功分滤波器

提出了一种具有宽带高选择性的反相功分滤波器。通过端口支节加载的方式,在Marchand巴伦原型的各个端口处加载二分之一波长开路微带线,从而引入额外的零点,实现较好的带外选择性。为了验证设计,设计仿真了一款中心频率为2.5GHz,相对带宽FBW为32%的反相功分滤波器,其可以实现-15dB的回波损耗以及-15dB的带外抑制。仿真及计算结果验证了该方法的可行性与高效性。

A Miniaturized Broadband Wilkinson Power Divider Using Micro-Strip Branch Lines

A miniaturized broadband Wilkinson power divider is proposed. Micro-strip branch lines are introduced to replace multiple resistors used in multi-stage Wilkinson power dividers to increase the bandwidth of single-stage Wilkinson power dividers. To demonstrate its performance, an improved single-stage Wilkinson power divider with four micro-strip branch lines was designed. Simulated results show that the insert loss is better than 3.2 dB, the input return loss, output return loss, and isolation are better than 15 dB respectively, across a 76% bandwidth from 18 to 40 GHz. .

变截面背腔结构的微穿孔板吸声器的设计与研究

如何实现微穿孔板吸声结构的宽频吸声是近年来的研究热点之一。针对微穿孔板吸声结构的宽频吸声问题,本文设计了一种不规则背腔结构,并将其应用到单层和双层微穿孔板的吸声器上,对其吸声性能进行了研究。利用声电类比模型获得吸声器各部分的阻抗关系,然后通过理论计算得到吸声结构的阻抗和吸声系数。理论、仿真和实验结果表明:在不增加结构厚度的情况下,通过内层变截面隔板对背腔进行不等体积分割,可拓宽微穿孔板吸声带宽,且结构相对简单。该研究为微穿孔板吸声器的宽带低频吸声及其应用提供了新的设计思路。

宽频化与小型化微带天线的研究与设计

以微带天线技术为基础,以工作于ISM频段微带贴片天线为例,采用Ansoft公司的电磁仿真软件HFSS,对不同介电常数、不同介质板厚度、矩形贴片开槽开缝、加载寄生贴片等微带贴片天线进行了仿真。通过数值分析,阐述了介电常数、基板厚度、贴片开槽、寄生贴片等因素对微带贴片天线尺寸和频带宽度的影响。仿真结果表明,设计能够实现两种性能的天线结果,天线的宽度达到36%。天线的尺寸缩小了34.2%。

环境振动宽频采集微电源技术研究现状

环境振动能量收集装置替代传统化学电池为低功耗系统供能具有诸多优点,分析表明其输出功率仅在谐振状态输出高电能,受环境频变影响较大。拓宽采集设备谐振频带、匹配环境随机振动频率对提高输出功率更具实际意义。研究结果表明,系统拾振敏感结构的悬臂梁刚度和有效振动质量是影响微电源系统固有频率的关键因素,当前调频方式主要分为机械和电气两种,并具体阐述了实现方式,包括改变振动体结构、附加外力作用、多频组合型结构和拓宽工作频带等。探讨了频带拓宽方法的优缺点及其环境适用性,提出了实用高效宽频振动发电新技术。

基于带通匹配网络理论的宽带高效率功放设计

针对超宽带(2 GHz～4 GHz)高效率功放的设计要求,提出了一种可行的实现方法:采用Load-Pull技术确定最佳输入输出阻抗,并利用基于传输线的带通网络完成了宽带匹配。基于此方法,采用CREE公司GaN HEMT CGH40010进行实际仿真,在输入为27.5 dBm,偏置为28 V时,2 GHz～4 GHz频率范围内功率附加效率优于50%,输出功率高于38.9 dBm,带内增益波动小于2 dB,验证了此方法的有效性。

中国移动城市家庭宽带发展评估策略

把目标城市按照一定的规则划分为若干个微区域,并且建立有效的数据分析模型,再通过每个微区域的现有基础资源及人口分布情况进行量化分析,得出家庭宽带发展的优先区域,使家庭宽带的发展有的放矢,使有限的投资尽量达到效益最大化。

应用于微多普勒效应雷达的紧凑型宽带端射阵列天线的研究

为解决微多普勒效应雷达的端射、小型化及宽频带问题,提出了一款紧凑型宽带端射阵列天线. 4个T型环缝天线单元中心对称放置于基板的背面,馈电网络位于基板的正面,从而形成耦合馈电,且馈电的幅度相同,馈电的相位在顺时针方向的分布为90°、270°、0°、180°.经加工测试,其测试结果与仿真结果基本一致,且工作频带为5.72～6.71 GHz,绝对带宽为0.99 GHz,满足宽带特性的要求.该天线采用易于集成的小型化平面设计,具有宽频带特性以及良好的端射性能,且加工成本较低,可以满足微多普勒效应雷达的实际应用要求.

一种宽带微带贴片天线的新设计

设计和制作了一种宽带微带贴片天线,采用不同介电常数,不同厚度的基板叠加,利用半环形开路微带天线通过接地板上的缝隙耦合馈电。经过仿真计算和实验测试,这种结构的微带贴片天线完全满足平面天线阵的应用。由于采用边沿馈电,所以相对其他宽带微带天线而言,在宽带平面微带天线阵方面应用前景广阔。

基于波导的功率分配合成网络研究

目前单个微波固态器件输出功率无法满足散射卫星通信系统大功率的输出需求，需要通过分配合成网络并采用功率合成技术来实现。介绍了一种基于波导的功率分配合成网络，给出了波导分、合路与波导一微带探针过渡相结合的波导内空间4路功率分配合成方案，并对该方案进行了HFSS建模和仿真，经整体模拟验证，在13．75～15．35GHz频段，回波损耗≤-20dB，传输损耗不大于0．5dB。

复合微穿孔板吸声结构吸声特性分析及优化

针对传统微穿孔板吸声结构(Micro-Perforated Panel Absorber,MPPA)吸声带宽较窄的问题,基于微穿孔板串并联耦合机制,提出了三种不同结构形式的复合MPPA结构。首先,依据声电类比法推导出了复合MPPA法向入射吸声系数的解析计算模型;然后,通过初步设计结构尺寸参数,探究了该类吸声结构的宽带吸声特性;针对500~3600 Hz的目标吸声频段,采用多种群遗传算法对复合MPPA以及传统简单MPPA、串联MPPA、并联MPPA分别进行优化,对比分析了其最优吸声带宽;最后,利用有限元法对优化后吸声性能最佳的复合MPPA进行了吸声系数仿真测试以及对应的阻抗管实验测试。测试结果表明,所提出的复合MPPA的宽带吸声性能优于传统简单MPPA、串联MPPA和并联MPPA的吸声性能;在500~3600 Hz频段内,优化后吸声性能最佳的复合MPPA能够实现优异的宽带吸声,平均吸声系数高达0.92。该类吸声结构为宽带噪声控制提供了一定的参考。

VP宽频带倾斜仪现场自动校准装置设计

为了对VP宽频带倾斜仪进行现场校准,设计了一款基于单片机AT89C51的新型现场自动校准装置。经验证该装置在+8V激励电压情况下与高精度激光干涉仪结合使用,其校准相对误差为0.36%,满足小于1%的校准相对误差要求。

磁力调频压电电磁复合发电设计与实验

开展了基于环境振动发电作为微电源弥补传统化学电池供能缺陷的研究。基于非线性磁力调频开发了低宽频振动能采集压电电磁复合发电系统。介绍了发电装置工作原理;利用ANSYS和Ansoft Maxwell有限元分析软件仿真分析了压电和电磁发电的输出特性;最后,搭建了压电电磁复合宽频发电装置实验测试系统,测试了发电系统在磁力自调过程中的输出特性。实验结果显示：复合发电系统在谐振频率60Hz时输出开路电压峰值为5.8V,高于压电系统（5.5V）和电磁系统（410mV）独立发电的开路电压峰值。施加磁力拓宽装置后,当压电悬臂梁沿竖直方向上下移动0~15mm时,系统适应谐振频带拓宽为45~76Hz;悬臂梁沿水平方向平移0~30mm时,谐振频带拓宽为51~70 Hz。结果表明仿真分析与实验测试结果吻合很好。该宽频带能量采集技术可用于低频振动环境的能量采集,可在频变环境中为微型低功耗系统提供低电能。

微光学元件宽带光源照明下无色散边界条件探讨

基于宽带光源微光学元件(如集成导光板)在衍射色散方面的设计需求,本文构建了宽带光源微光学元件衍射理论分析模型,探讨分析了衍射光谱的色度规律特性,提出并定义了能准确定量衡量衍射光束色散程度的色散量C,同时明确给出了零色散的边界判据点.通过对研制的矩形位相光栅进行测试分析,所得的光谱色度特性规律与理论分析结果相一致,实验结果验证了本文提出的色散度判据参量C和零色散边界点的正确性.本文提出的宽带光源色散度判据参量C、零色散边界判据点,不仅为集成导光板结构参数的设计提供指导,而且也能为其他宽带微光学元件的设计过程中探讨色散特性时提供指导.

环境适应型压电振动发电微电源研究新进展

针对环境振动源的多样性,对环境适应型压电振动发电微电源的发展进行了回顾,对各种类型压电振动发电微电源的性能进行了分析和总结。在现有环境适应型压电振动发电微电源的基础上,提出了一种新颖的环境适应型压电振动发电微电源结构,该结构能够敏感多个方向振源的振动且能够在较宽的频率范围内收集到较多的能量。指出了环境适应型压电振动发电微电源在进一步发展中需要解决的问题,压电振动发电微电源作为一种绿色新能源装置,随着研究的不断深入,必将带来良好的应用前景。