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[硕士论文] 朱金龙
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:双盘异步磁力耦合器是一种以电磁感应原理为基础的新型永磁传动装置,不仅具有柔性启动、无摩擦和对中性要求低等优点,更重要的是它可以根据实际工况条件调节永磁体盘与导体转子盘之间的气隙进而达到所需的输出转速与转矩,因此其调速装置在整个磁力耦合器传动过程中起到尤为重要的作用。
  本文介绍了磁力耦合器的研究现状及意义,分析了调速装置对磁力耦合器调速的重要性,通过与传统的磁力耦合器调速机构进行对比,提出了更具优势的双盘异步磁力耦合器连杆调速装置。
  以双盘异步磁力耦合器的基本结构为基础,详细阐述了其工作原理和调速机理;基于平面连杆机构,设计出一种新型双盘磁力耦合器调速装置,磁力耦合器调速装置的运动精度可以直接决定其输出转速与转矩的调节精度;利用复数矢量法对调速机构进行了运动分析,推导出了其运动方程,利用Matlab绘制出相应的特性曲线图,更加直观的反映出了调速机构的运行状况;利用Adams仿真软件,对该调速机构进一步辅助分析验证,保证了调速装置的准确性及稳定性。
  对双盘异步磁力耦合器调速装置中的丝杠进行理论分析,利用Matlab绘制出不同时刻丝杠的变形图;运用ANSYS Workbench有限元分析软件对双盘调速机构进行了静力分析和模态分析,对其结构的强度和刚度进行了验证。
  设计出双盘异步磁力耦合器调速装置的控制系统,基于PID控制理论,利用Simulink对其进行仿真,给出了控制系统中加入PID后的输出响应图,并对该调速系统进行了可控性分析。根据实际工程环境条件,设计出一种适用于矿用带式输送机的40KW双盘异步磁力耦合器,对其调速装置中的传动轴和转矩进行了校核,验证了双盘异步磁力耦合器调速装置设计的可行性。
[博士论文] 钱广
仪器科学与技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:光波导谐振腔是集成光学领域重要的光子器件之一,是目前光电子领域的研究热点。其中,基于聚合物材料的光波导谐振腔,凭其独特的易调控、低成本及制备工艺简单等优势,在高性能光信号处理及光传感领域呈现出巨大的应用前景。尤其,最新报道的基于聚合物表面等离激元波导的谐振腔,利用聚合物-金属界面的等离激元效应实现光信号的传输与谐振,具有单偏振及波导芯层光电复用等优越特性,为新型高性能、可调控光子器件的实现提供了崭新技术途径。
  本论文的研究目的是针对聚合物光波导谐振腔新的应用需求,探索大尺寸聚合物光波导谐振腔的优化设计方法和制备工艺,在此基础上研制出高性能谐振腔并研究其光传输特性及应用。同时,探索具有低传输损耗特性的聚合物长程表面等离激元波导在谐振腔中的应用,研究新型谐振腔的结构设计、传输机理、制备工艺和光学特性,并从实验角度揭示其传输规律,验证光模式与等离激元模式在谐振腔中传输的兼容性和等离激元波导为谐振腔引入的新特性。
  本论文首先从聚合物光波导谐振腔的基本类型、制备技术和应用等几个方面概述了该技术领域的发展情况及关键技术问题,随后介绍了在聚合物谐振腔的理论、结构设计、制备及实验测试方面的研究工作。论文主要工作如下:
  (1)针对聚合物谐振式集成光学陀螺芯片中的角度率传感单元,研制出了低损耗大尺寸聚合物光波导谐振腔。首先,研究了聚合物光波导的单模条件、最小弯曲半径和耦合器结构,得到了谐振腔的优化结构参数;探索了降低聚合物光波导损耗的工艺方法,首次实现了尺寸达厘米级的聚合物光波导谐振腔;实验测试了聚合物光波导谐振腔的谐振特性、偏振特性和温度特性,得到了聚合物光波导谐振腔在不同偏振及温度情况下的谐振规律,为该谐振腔在光传感及其它光子器件中的应用提供了实验依据;研究了聚合物光波导谐振腔在谐振式光学陀螺中的应用,得到了可实现的陀螺极限灵敏度及其进一步提升的方法。该大尺寸聚合物光波导谐振腔的研制为聚合物谐振式集成光学陀螺芯片中核心传感单元的设计与制备提供了思路与方法。
  (2)为了解决聚合物光波导谐振腔中的偏振噪声问题,同时避免表面等离激元波导因传输损耗大而无法实现大尺寸谐振腔的难题,基于表面等离激元波导的单偏振特性和聚合物光波导的低损耗特性,提出了一种聚合物光波导/长程表面等离激元波导垂直耦合谐振腔。研究了聚合物光波导与长程表面等离激元波导的耦合效应,展示了两种不同模式的垂直耦合规律。通过工艺优化,制备出了厚度为纳米尺度的银条,实现了传输损耗为0.173dB/mm的聚合物表面等离激元波导。在此基础上,首次实现了环形介质光波导与金属等离激元波导垂直耦合的谐振腔结构,测试出了谐振效应,发现该谐振腔具有单偏振传输特性。该工作不仅验证了光模式与表面等离激元模式在谐振腔中的垂直耦合转换,也为光波和表面等离激元波具有共同的电磁波属性提供了实验证据。这种垂直耦合谐振腔,具有单偏振、低损耗和集成化等优点,为新型低噪声、高性能集成光子器件和光传感器件提供了新的技术支撑。
  (3)提出并研制了一种聚合物表面等离激元波导耦合器/光纤混合谐振腔。首先,分析了聚合物表面等离激元波导弯曲半径对传输损耗的影响,得到了该波导的最小弯曲半径;并依此设计并制备了聚合物表面等离激元波导耦合器,实验验证了其单偏振传输特性;在此基础上,首次实现了基于聚合物表面等离激元波导耦合器的石英光纤谐振腔,测出了谐振效应,证明了光波与表面等离激元波在混合谐振腔内可以实现模式转换、循环传输和谐振,并发现了该谐振腔的单偏振特性;另外,建立了混合谐振腔的温度波动性分析模型,论证了该混合谐振腔的温度不敏感性。这种单偏振、温度不敏感的谐振腔,为解决光纤谐振腔器件(如:谐振式光纤陀螺)中的偏振噪声和温度噪声提供了崭新的技术途径。
  (4)首次探索了基于柔性聚合物表面等离激元波导的光纤谐振腔。设计了柔性聚合物表面等离激元波导结构,并分析了不同弯曲半径对传输模式的影响;研究了柔性聚合物表面等离激元波导的制备工艺,制备出了可实现侧向弯曲的柔性表面等离激元波导样品,并测试了其光传输特性和弯曲特性,发现其最小弯曲半径比传统平面型表面等离激元波导降低了超过50%;在此基础上,首次研制出了基于柔性聚合物长程表面等离激元波导的光纤谐振腔,实验测试了其在不同偏振态下的谐振特性,发现了其单偏振特性。该谐振腔同时具备单偏振特性和温度敏感特性,且将柔性聚合物表面等离激元波导引入混合谐振腔,可有效降低谐振腔内的弯曲损耗并提高混合谐振腔的性能,为新型高性能谐振腔拓展了又一崭新结构类型。
[硕士论文] 戴书槐
无线电物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:伴随着这些年微波技术的发展,波导功分器作为可以分配以及合成功率的微波组件,在雷达阵列以及国防武器等领域有着必不可少的地位,在构建卫星通信系统以及环境遥感领域中,都扮演着不可或缺的地位,尤其是在需要大功率的通讯系统中用波导功分器进行功率合成,直接关系到整个系统的所能达到的最大功率,波导功分器的隔离度、相位一致性、插损等指标,直接关系到了大功率系统的功率合成效果。并且在频段很高,甚至是到了毫米波波段的时候,选择用波导来制作功分器是我们的首要选择。虽然现在的微波电路在向着易于集成的趋势发展,但是波导功分器的高功率、低插损、高频段,起着用其它结构所制作而成的功分器不能替代的作用,因此研究波导功分器有着非常重要的意义。
  随着许许多多的学者对波导功分器的研究,使其有了长足的发展,但同时也存在一些问题,如隔离度不好,因立体结构而不宜加工等,所以本论文的目的是在保证各项指标性能优越的情况下,设计结构紧凑易于加工的波导功分器。本论文的主要工作如下:
  第一,首先介绍了国内外各类功分器的发展现状与发展进程,分析了其中存在的一些问题,其次分析了一些常应用实际工程中的三端口功分器以及四端口功分器的工作原理以及特性。
  第二,设计了一款 E面波导功分器:利用波导宽边没有电流流过的特性,把它设计成以宽边对称的结构使其可以沿宽进行抛开,在一定的程度上可以减小设计与加工的误差。
  第三,设计并加工了一款Ku波段四端口功分器:利用了阶梯结构匹配,使其能在全带宽内指标性能都优越,并做成了准平面结构使其结构更加紧凑以及易加工。
[硕士论文] 耿红亮
航天工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:射频微波行业突飞猛进,促进手机终端、智能控制系统、通信市场的快速发展,使得人们越来越依赖性能优良的收发系统,对高集成度、高性能和低成本射频前端的需求愈发迫切。本设计中的射频微波开关是射频前端的关键元件,其电路性能将直接影响射频系统性能。
  设计针对收发系统的导通关断需求的单刀双掷开关进行研究,首先探讨了射频开关芯片市场的需求现状,针对几款常见芯片进行参数对比综合评价,进而提出设计目标。然后讨论目前业内常用工艺,对比得出用于专门设计开关芯片的0.5μm栅宽砷化镓基赝配异质结高速电子迁移率晶管(GaAs pHEMT)工艺的优势。此工艺能较好实现射频前端集成模块中的功率放大器、开关、低噪放等元件的设计,性能参数优良。可以满足高集成度的需求,功耗低且成本可控。
  文中针对发射支路与接收支路性能要求不同,创新设计非对称结构的开关拓扑;利用场效应管的堆叠理论、对于开关管芯的多栅理论、开关控制的基本原理等在保证插入损耗以及隔离度的情况下着重提高其线性度。通过优化接地电容增大开关的使用带宽、提高谐波抑制能力。同时考虑减小键合线引入的电感影响等。为了进一步提高功率处理能力,针对性设计大小合适的前馈电容。然后利用ADS软件进行原理图与整体版图设计、仿真,将插入损耗、反射损耗、隔离度等小信号性能参数与线性度包括谐波抑制比和输入三阶交调截点等进行综合分析,取性能折衷最优,完成版图设计。最后完成流片、封装,芯片大小为3*3 mm2。采用射频微波试验台对开关芯片进行实测,测试结果表明,本设计开关芯片工作带宽为10MHz-2.6GHz,插入损耗(IL)小于0.6dB,隔离度(ISO)大于26dB,发射支路功率处理能力可达42dBm(70dBc),接收支路为35dBm(68dBc),符合应用需求。
[硕士论文] 尉伍
电路与系统 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着环境污染以及能源危机等问题日益凸显,世界各国都在积极发展新能源产业,而新能源汽车作为新能源领域的代表,凭借其在环保、技术、经济等方面的优势获得了人们的广泛关注。双向DC/DC变换器作为电动汽车能量传输的中间部件,不但可以将动力电池的能量传递给电机,也可以将汽车再生制动能量反向回馈给能量源,能量使用效率大大提高,因此设计一款能够实现能量双向流动、成本低廉、效率高、动态性能好、安全性高的DC/DC变换器具有重要的现实意义。
  本论文将交错并联双向DC/DC变换器作为研究对象,通过主电路加装肖特基二极管,硬件保护与软件保护以及制动时恒压限流策略多重保护,设计了一款高效率、安全性能好的DC/DC变换器,最后以STM32F4作为控制平台,通过搭建的硬件实物电路对所设计的DC/DC变换器进行实验验证。
  首先本文对双向DC/DC变换器几种常见的拓扑结构进行分析,在对各种拓扑以及效率的分析基础上,最终确定选取交错并联两相双向半桥变换器作为本次研究的主电路。接着详细分析了主电路的工作原理,并对电动汽车处于不同的运行状态时,给出了变换器相应的Boost以及Buck工作模式,之后对变换器各器件进行研究设计选型,并对变换器的各元件的损耗进行了详细分析,得出了变换器的损耗分布,最后在此基础上,通过并联肖特基二极管提高变换器的效率。
  其次针对变换器两种不同工作模式以及变换器的需求,明确了双向DC/DC变换器在两种不同工作模式下的控制目标,并采用了状态空间平均法进行系统建模,详细推导了小信号模型,在此基础上分别设计了两种模式下的双闭环控制器,采用恒压限流的控制策略充分保证DC/DC变换器的安全性,最后,通过SIMULINK对所搭建的模型进行闭环仿真,充分验证了系统各参数以及控制器设计的合理性,所设计的DC\DC变换器性能良好,具有高的动态响应速度。
  随后给出了变换器系统的硬件设计、搭建以及软件设计。其中,硬件电路包括主电路、采样调理电路、驱动电路、保护电路等模块,软件部分包括对采样信号进行AD转换及处理、控制PWM信号的产生、实现PI运算以及过压过流的保护等部分。
  最后对实验平台进行搭建,在Boost模式下对所搭建的硬件电路进行测试以及在小功率条件下,对变换器的效率进行了测试,验证了理论推导的正确性。
[硕士论文] 吴乙雨
电子科学与技术;微电子学与固体电子学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:功率因素校正技术(Power Factor Correction,PFC)已经普及,单级PFC变换器由于拓扑简单、电路成本低等优势,在照明、低功率开关电源、离线充电机等领域广泛应用,但还存在输出倍工频纹波大、动态性能差、受非线性影响等问题。采用数字技术,能优化系统环路、提高采样精度、提高动态和稳态性能、避免次谐波现象,是当前的研究热点。
  本文设计了一种具有高动态响应的数字多模式单级PFC反激变换器控制算法。论文分析了有源功率因素校正技术的基本原理、典型拓扑以及单级PFC反激变换器的基本控制策略,并总结各种拓扑和控制模式的优缺点。针对宽功率范围下不同的PFC实现模式,设计了固定导通时间控制算法,可兼容DCM、CRM和CCM模式,同时该方法规避了CCM模式下的次谐波振荡现象。针对单级PFC反激变换器输出端倍工频纹波大的问题,设计了平均值采样算法及其在CCM模式下的补偿技术,避免了误调现象,提高了负载调整率,且本采样方法不需要采样输入电压和原边电流,大大降低了电路成本。针对单级PFC反激变换器动态性能差的缺点,设计了数字动态变参数PI算法和快速动态响应算法,提高了环路的稳定性和动态性能。综合上述所提出的算法,实现了整套单级PFC反激变换器的数字控制策略,并利用Matlab和Modelsim实现了算法的代码级仿真。最终在一套20V/5A的电源系统上,利用FPGA进行了算法性能的有效验证。
  仿真和测试结果表明:所设计的单级PFC反激变换器控制算法在全输入电压、全负载范围内功率因数(Power Factor,PF)值最大达到0.998,总体大于0.90,系统平均效率达到86.13%,输出工频纹波小于3.6V,50%以上负载切换时间小于100ms,启动时间小于80ms,满足设计指标要求。
[硕士论文] 钱圣宝
集成电路工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:氮化镓(GaN)器件的出现使图腾柱无桥PFC(Power Factor Correction)变换器能够工作在连续导通模式。图腾柱无桥PFC变换器所用半导体开关管数量最少,工作时其原边电流只流过一个高频开关管和工频开关管,在工作运行时具有最少的通态损耗,因此图腾柱无桥PFC变换器成为效率最高的功率因数校正变换器。然而,其拓扑在交流输入电压过零点附近存在的电流尖峰,导致了更多的电流谐波畸变和电磁干扰问题,使图腾柱无桥PFC变换器难以推广应用。因此分析图腾柱无桥PFC变换器交流输入电压过零点附近的电流尖峰问题具有重要意义。
  本文设计了一种解决交流电压过零点附近电流尖峰问题的图腾柱无桥PFC变换器,主要完成了三个方面的工作:首先,分析了图腾柱无桥PFC变换器的结构特点和工作原理,并从全桥变换器结构的角度详细分析了电流尖峰问题的产生机理。其次,针对高频桥臂最小占空比限制和低频桥臂转换延时导致的交流电压过零点附近的电流尖峰问题,采用了对低频桥臂进行死区时间补偿、对高频桥臂进行占空比数字归并的控制方法。最后,完成了一台1kw图腾柱无桥PFC变换器样机的软硬件设计。
  基于1kw变换器样机,本文对以上分析和设计进行了验证。实测结果表明,变换器的工作频率为100kHz,在全负载范围内,变换器样机的PF值均大于0.96,且轻载时的效率达到96.4%,满载时效率达到98.1%。并且交流电压过零点附近的电流尖峰明显减少,总谐波失真(THD)最小为3.7%。
[博士论文] 俞居正
电子科学与技术;微电子学与固体电子学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在通信基站、服务器、数据中心、雷达等应用领域中,由于空间有限、散热条件较差,开关电源的功率密度和变换效率成为核心指标。效率和功率密度的提升也是电力电子领域中永恒的主题,具有理论指导意义和实用价值。在应用第三代宽禁带功率器件GaN HEMT的背景下,可在1MHz开关频率以上维持较高效率,且无源器件和散热器的体积在此频率下大大降低,因此进一步提高功率密度变得可能。然而,GaNHEMT在反向电流的情况下压降高于现有硅基器件,作为同步整流器件时损耗较高;调压Buck变换器+隔离非调压LLC谐振变换器所构成的两级结构在独立控制时的动态性能差;控制参量较多时全负载范围效率难以优化等问题限制了效率的进一步提升。
  本文针对上述关键技术问题,分别研究了同步整流器件的关断过程与寄生延迟之间的关系、两级变换器的集成化控制方法、多控制参量的控制策略,提出双重判断机制的同步整流检测及谐振频率追踪技术、基于快速查找表(LUT)的PID控制算法、基于多对象优化技术的效率优化策略。主要研究内容与创新点如下:
  (1)研究了同步整流器件的关断过程与寄生延迟之间的关系,提出一种双重判断机制的同步整流检测技术,使同步整流器件在稳态下关断于体二极管导通时间最短的时刻,保证变换器的可靠性和效率。测试表明,本文提出的方法彻底消除了负载到变换器存在的100mA反灌电流,保证了变换器的可靠性,并使LLC谐振变换器的效率提高至94.5%;
  (2)研究了LLC变换器中励磁电感与谐振电感的比值对软开关实现的影响,提出一种数字谐振频率追踪技术,使LLC变换器总是工作在谐振频率处,在作为隔离非稳压变换器时实现最高效率。测试表明,在1MHz开关频率下,峰值效率可达96%,20%负载效率超过92%;
  (3)研究了两级变换器的集成化控制方法,提出一种快速LUT-PID控制策略,通过降低PID系数表格维度,缩短查询、计算时间,使变换器在各负载条件下的稳态误差得以降低,还大幅提高了变换器的动态性能。测试表明,在1MHz开关频率下,LUT-PID技术使变换器在负载切换时所需输出建立时间降低60%,输出电压稳态误差为0.1V,电流稳态误差为0.5A;
  (4)研究了多个控制变量对系统效率的影响,提出一种基于遗传算法的在线式多对象优化技术,以效率作为适应度函数,并基于功率器件和磁性元件的可靠性建立了控制参量的约束条件,从而对变换器的全负载范围效率进行了优化。测试表明,变换器的峰值效率达到90%,20%负载效率达到85%。
  在此基础上,搭建样机对提出的技术、算法和策略进行验证,变换器在400V输入时的峰值效率达到90%,20%负载效率为85%,功率密度可达160W/in3。测试结果证明,本文提出的算法提高了变换器的效率、动态性能和功率密度。
[硕士论文] 高海钰
仪器科学与技术;精密仪器及机械 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着微电子机械系统(MEMS)技术的发展,导航器件在民用设备中的大量使用和微型化需求,以及传统半球谐振陀螺仪自身所展现出来的独特优势,使得微半球谐振陀螺仪(μHRG)已经成为MEMS传感器领域研究的热点之一。本文从减小微半球陀螺仪的频率裂解和降低能量损耗两个方面对提高微半球谐振陀螺仪的品质因数(Q)进行了深入的分析,为制备高品质因数的微半球谐振陀螺仪奠定了基础。
  首先,对微半球谐振陀螺仪的研究背景和国内外发展现状进行了详细的阐述,为微半球谐振器的结构建模和加工工艺提供了借鉴,为微半球谐振陀螺仪的设计拓宽了思路。
  其次,对微半球谐振陀螺仪的几种主要的建模方法进行比较,并利用基于基希霍夫半球谐振子数学模型对微半球谐振器的进动特性和谐振频率进行了分析;分析了球壳材料的密度、弹性模量不均匀和球壳的半径不均匀的四次谐波对频率裂解的影响,为减小微半球谐振器的频率裂解提供了理论指导。
  第三,对微半球陀螺仪的各种能量损耗机理进行了分析,包括热弹性阻尼、支撑损耗、压膜阻尼、表面损耗等,阐述了品质因数和能量损耗之间的关系;采用数学建模的方式,对热弹性阻尼进行了粗略的预测,接着使用COMSOL软件仿真分析了球壳的结构参数和材料对不同结构形式的微半球谐振器的热弹性阻尼、支撑损耗的影响,为降低微半球谐振陀螺仪的能量损耗奠定了基础。
  第四,利用ANSYS有限元仿真软件对四种常见的球壳结构进行了模态和谐响应仿真,确定其固有频率和频率裂解;接着对内外球面不对称误差、球壳和支撑柱的中心不对称以及在球壳表面沉积金属导电层引起的频率裂解进行了仿真分析,确定引起频率裂解的主要因素;在此基础上,提出了一组微半球谐振器的结构参数和材料。
  最后,对微半球谐振器的加工工艺进行了介绍和比较分析;接着比较了三种不同加工微半球模子的工艺,并分别利用HNA溶液和SF6气体进行了初步的试验加工;对基于硅—玻璃晶圆级封装工艺和基于SOI的晶圆级封装工艺进行了分析。在此基础上对提出了基于SOI封装的组装式微半球谐振陀螺仪的加工工艺,绘制了相应的加工流程图,对各个加工步骤进行了详细的描述,并根据加工方案设计了相应的掩膜板,利用HNA溶液湿法腐蚀和SF6干法刻蚀对半球壳模子进行了初步的试验加工。
[硕士论文] 陈晓明
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:实现电子产品的全自动化加工是改善产品质量、提高生产效率、降低人工成本的有效途径。扬声器的振膜薄而软,不易加工。全自动转台机是实现振膜的全自动化加工的关键设备。本文针对手机扬声器的振膜加工,设计一种全自动转台机并进行结构优化。全文主要研究工作如下:
  分析了手机扬声器振膜的物理特性。根据振膜的工艺流程和设备要实现的工艺动作,提出了全自动转台机的总体设计方案,确定了每部分结构的工作流程和工艺要求。振膜产品通过全自动转台机进行翻转、激光切割和码盘。
  根据各个部件的工艺分析,利用SolidWorks对全自动转台机各个部件进行结构设计。通过对各个机构的虚拟装配,检验了设计的合理性。对全自动转台机的传输机构中的初定位机构中的缓冲器进行了选型计算。
  进行了全自动转台机中电气控制系统控制器类型的选择。提出了控制单元与控制系统的整体方案,给出了控制系统硬件选型依据。对电气控制系统进行了工艺设计。对全自动转台机进行了协调性分析,主要针对上料搬运的周期进行了优化计算,使其满足生产需求。
  进行了样机的装配和调试。对全自动转台机的工作性能进行了测试。测试数据表明:设计的全自动转台机具有自动化程度高、生产效率高以及设备稳定等优点。
  最后,针对全自动转台机转台机构的缺点进行了结构优化,对转台机构中的定位夹紧机构进行了优化设计。优化后的定位夹紧机构应用于振膜加工设备中,有利于提高转台的重复定位精度,便于设备的调试。
[博士论文] 程维昶
电子科学与技术;微电子学与固体电子学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:高功率密度变换器是一种应现代电子产品的小型化、轻型化发展趋势而新近出现的开关功率变换器,其优点在于能大大降低在系统中为电源模块分配的体积。目前学界对该类变换器的关注还停留在动态特性、温度特性及效率等系统电参数层面,而对其独特EMI特性的研究还远远不够。事实上,EMI作为功率变换器产品化中的认证标准之一,对系统的可靠性有重要影响。因此,研究高功率密度变换器的EMI特性具有重要的学术意义和实用价值。
  本文针对采用同步整流LLC谐振半桥拓扑的高功率密度变换器中存在的EMI研究模型复杂、平面变压器及多层PCB对系统EMI特性的影响及由过孔导致的栅极驱动近场耦合干扰等核心问题进行了研究。主要创新成果如下:
  1.以LLC谐振高功率密度变换器为研究对象,提出了解析/数值混合(HAN)EMI模型。该模型结合噪声路径与EMI接收机算法,并应用二分逼近、截断取值等方法,大幅降低了模型复杂度与计算资源消耗,基于该模型,在系统设计时便可对EMI情况进行预测。仿真结果显示,误差可控制在±3dBμV以内,达到了快速、精确预测的目的。
  2.通过修正平面变压器绕组电压梯度描述,提出了更精确的寄生电容解析算法,并以此建立了三电容式平面变压器等效模型,该模型能更好地描述EMI噪声传递特性。结合该模型,进一步揭示了EMI噪声通过原副边互电容传递的机理。
  3.提出了一种新型并联等电位式平面变压器结构。该结构采用特殊的绕组并联结构,使相邻层绕组间电势相等,在不降低耦合效率及器件集成度的前提下,可使原副边间互电容减小90%以上。
  4.揭示了多层PCB传递EMI共模与差模噪声的特殊机理,并基于理论分析提出了一种新型多层PCB铺地层屏蔽结构。仿真结果显示,该结构可有效减小噪声节点对地等效电容达56%。
  5.设计并研制了基于平面变压器与多层PCB新结构的EMI优化样机,实测结果显示,其EMI噪声在全频段下降9dBμV以上,个别频段最高下降达30dBμV以上。
  6.修正了P/G层谐振理论中谐振频率端接大导纳时造成的阻抗计算误差;在此基础上利用Z参数转换,提出了双层与多层P/G结构中的过孔间近场耦合干扰模型;并应用模型分析了过孔结构参数对近场干扰的影响。实验表明,基于分析结果提出的优化方案可使驱动耦合噪声尖峰降低30%以上。
[硕士论文] 马明明
电路与系统 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:无线通信技术的不断发展,使有限的频谱资源更加拥挤。在这种情况下,能够同时工作在多个频段的通信设备已经成为研究的热点。由于现代通信系统中的微波电路更加复杂,器件和模块的集成度不断提高,传统的器件结构和模块正面临着“转型”和“升级”的挑战。作为多频接收机前端的重要器件之一,多通带滤波器的选频特性直接影响整个通信系统的性能。微波平面多通带滤波器不仅能够同时提取带内信号和抑制杂散、干扰信号,还能够和平面电路集成,极大地降低通信设备的体积和成本,逐渐获得众多专家学者的关注。阶梯阻抗谐振器(SIR)不仅可以通过调节阻抗比和电长度控制谐振频率,而且可以和四分之一波长谐振器(QWR),缺陷地结构(DGS),加载短路枝节谐振器(SSLR)和加载开路枝节谐振器(OSLR)集成在一起,为多频带滤波器的综合和设计提供了广阔的舞台。本文根据SIR的谐振特性,研究了其在多频带滤波器中的应用。
  本文首先研究了双节SIR的谐振特性,将双节SIR的输入导纳表达为几个因式相乘的形式;还研究了三节SIR和三节SIR加载开路枝节的谐振特性,以及广义切比雪夫函数和准带通节的相关理论;同时研究了其应用于多通带滤波器的实现方式。通过在三节阶梯阻抗谐振器上加载开路枝节,综合并设计了双通带滤波器,在此基础上,通过微调阻抗比,改进馈电方式,设计了宽阻带的双带通滤波器,进一步研究发现,在地表面蚀刻缺陷地结构实现了超宽带外抑制的双通带滤波器。然后,利用双节SIR和QWR构成两路交叉耦合路径,同时,利用DGS结构精准控制耦合系数设计了三通带滤波器,产生了8个传输零点,获得了高频率选择特性和带外抑制。最后,利用准带通节级联设计了高选择性可重构双通带滤波器,利用NRN之间的耦合取代传统的谐振器之间的耦合,提高了滤波器的调频范围,滤波器的中心频率和传输零点都可以通过调节可调薄膜电容调节。通过测量,滤波器的带外抑制超过60dB,在部分工作状态下,带外抑制度甚至能够达到78dB。
  本文采用EM仿真软件进行滤波器的设计,同时采用标准PCB工艺加工滤波器,最后用HP8510B矢量网络分析仪进行测试。测试数据与仿真结果很好的吻合,证明了本文提出的设计方案的合理性和可行性。
[硕士论文] 税科弋
材料科学与工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着信息技术的不断发展,互联网-物联网不断地深入到人们的生活之中,高速、高带宽的光纤通信系统得到了广泛的研究。近年来,随着短距离、小尺寸系统间低能耗、高带宽数据互连的需求,硅光子技术发展迅速,光纤通信系统中的各类光学器件的硅集成化已经有了理论基础和实验验证。随着整个光学系统的集成化,需要一种集成光学器件放置在激光器之前,用于避免光的反射,防止噪声和频率漂移,保护激光器不被烧毁。这种器件呈现出对光正向通过,反向截止的特性,称为集成光隔离器。与广泛应用的单晶材料型的分立光隔离器相比,基于硅基集成的磁光波导隔离器具有非互易的特点和低成本、小体积、小损耗、高机械稳定性等优势,具有重要的研究价值。
  本文对基于硅基的多模干涉型(MMI)磁光隔离器进行了详细的研究,通过求解麦克斯韦方程组,研究了波导非互易相移与光波的模式的关系。我们采用有限元(FEM)仿真方法对波导的模式进行求解,并根据非互易相移理论设计出具有强NRPS效应的多模干涉型光波导。对于隔离器性能的仿真,我们通过耦合模理论计算出各模式的激发效率,再通过多模干涉理论求解整个MMI光隔离器的最终性能参数。最后,针对宽带器件的应用需求,我们对器件设计进行了改进,提出了宽带、和基于TE模式的多模干涉型(MMI)磁光隔离器的设计方法,并对器件的制备容差进行了分析。
  本论文基于具有纵向多模特征的光波导结构,提出一种小型化硅基多模干涉型(MMI)磁光隔离器设计方法,器件具有强非互易性,而器件长度较分立器件减小一个数量级,并具有宽带特性。在器件隔离带宽方面,定性地分析了影响器件隔离带宽的因素。本文提出的多模干涉型硅波导集成磁光隔离器件理论、设计和仿真方法对发展硅集成磁光隔离器件具有一定的指导意义。
[博士论文] 王维
等离子体物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:太赫兹(THz)科学技术是当前最受关注的国际学术前沿领域之一,为各国优争相抢占的科技制高点,它的发展对提高国家科技实力、促进国民经济发展、维护国土安全和社会安定都具有前瞻性、战略性和全局性的重大意义。近年来,THz回旋管作为THz频段高功率辐射源受到了广泛关注,它解决了THz科学技术的发展和应用受制于缺乏稳定高效高功率THz辐射源的问题。回旋管是一种典型的相对论电子学快波器件,它产生高功率THz波的原理是电子注在纵向磁场中回旋与高频角向电场互相作用后产生受激辐射,又称为电子回旋脉塞。在各国的努力下,回旋管朝着更高输出功率和频率的方向发展,它的工作模式通常要选用高阶模式以增加谐振腔的功率容量、减少欧姆损耗。这种高阶模式不利于THz波的远距离传输和应用,需要采用模式变换器将这些高阶波导模式转换成更利于传输的低阶波导模式或者是高斯波束。由于传统的波导模式变换器尺寸大不利于紧凑设计而且模式变换过程中模式竞争和损耗严重。而具有结构简单、设计紧凑和方便应用等优点的准光模式变换器现在已被广泛使用,所以研究用于高功率THz回旋管的准光模式变换器具有非常重要的意义。
  本文首先对应用于0.42THz-TE26模式和0.42THz-TE17,4模式回旋管的准光模式变换器进行了理论和实验研究,然后设计了能够提高输出光斑质量的两级相位校正镜面,最后针对应用于双频工作同轴双电子注回旋管准光模式变换器进行了理论分析,并提出了运用基于频率选择表面(FSS)的空间滤波器能够实现输出功率双频分离的方法。具体的研究内容如下:
  1.从基本麦克斯韦方程组出发,基于导波场理论和几何光学近似,描述了回旋管工作模式在圆柱波导中的传输过程;结合矢量绕射理论和迭代方法,分析了应用于0.42THz-TE26模式回旋管准光模式变换器中Vlasov型辐射器场结构,数值计算结果与三维电磁场全波仿真软件—FEKO的模拟结果吻合良好。
  2.基于传输线理论和阻抗微扰理论,推导出考虑返波作用的耦合波方程,并分析了应用于0.42THz-TE17,4模式回旋管准光模式变换器中Denisov型辐射器扰动段电磁波耦合情况及辐射器场结构,且数值计算结果与FEKO模拟结吻合良好。
  3.运用几何光学理论,推导了满足汇聚要求的准椭圆镜和抛物镜面在全局坐标系下镜面方程;基于矢量绕射理论,计算了各个规则镜面及输出窗处的场分布并与FEKO模拟结果进行对比验证;结合KSA算法和矢量绕射理论,设计出了能很大程度提高输出光斑质量的两级相位校正镜,且数值计算结果与 FEKO模拟结吻合良好。
  4.对应用于0.42THz-TE26模式和0.42THz-TE17,4模式回旋管的准光模式变换器进行了实验研究,其中辐射器分别为Vlasov型和Denisov型,实验测试所得结果与理论预测值吻合良好。
  5.首先介绍了双频工作同轴双电子注回旋管工作原理以及相应的模拟结果,并进行了相关实验测试,实验结果表明,基波和二次谐波同时工作的状态得到验证;然后针对双频工作同轴双电子注回旋振荡管同时输出的两个模式,分析了运用同一阶梯型准光模式变换器的模式转换情况;最后提出了运用基于频率选择表面空间滤波器能够实现输出功率双频分离的方法,运用 THz时域光谱仪(TDS)对加工出的样品进行初步测试,并给出了透射系数的测量结果。
[硕士论文] 王浩宇
无线电物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:连年来微波通讯系统快速成长,相应的也敦促了对于微波宽频带、大功率和高效率的微波功率合成器的研发。本文重点阐述了微波功率合成放大器的匹配网络结构,及其核心组成部分。首先功率分配合成器通过将一路微波电磁信号的能量,按照一定的比例同时分配给两路或是多路微波功率输出,当然通常的功率分配比例都是等比的。然后将这多路的分配传输下来的信号在每一支路分别经过功率放大器放大,再对同样的功率分配电路对称使用,让每一支路放大后的微波功率输出到一个合成的支路上输出,则此时由一路输入的微波功率相当于经过了多路放大器的级联的放大。然而最巧妙的是这种多路放大合成的功率放大方式,避开了每一个单独微波功率放大器的输出功率的上限要求,而使叠加的功率通过无源传输线输出,从而有效的解决了微波通信系统中输出功率不足的问题。
  接着,本文介绍了电磁波在径向传输线中存在的形式和特征,为本文分析和讨论径向波导功率分配合成器提供了理论基础。并在此基础上系统介绍了径向波导功率分配器的设计理论和仿真过程,探讨了降低合成电路损耗,提高合成效率和带宽的方法。随后,本文研究和生产了运行在2GHz-6.2GHz的5路径向功率分配器,输入与输出回波消耗各自小于16.3dB和10.2dB,插入损耗在7.4dB-7.8dB之间。再又用同样的方式仿真和生产运行在了2GHz-6.2GHz频率范围内的12路功率合成器,输入与输出回波消耗各自小于14.8dB和9.3dB,插入消耗在10.4dB-11.1dB之间。
  然后本文在第四章,按照功率合成放大器的理论构造和生产了一个工作在2.0GHz-6.2GHz的输出功率大于60w的功率合成器。测试成效显示,该合成器的饱和输出功率大于47.8dBm,在频点2.5GHz和3.5GHz处为最高功率输出达到了49.3dBm,频率范围内增益大于48dB,增益平坦度在3dB之内,输入驻波比小于1.5。
[硕士论文] 韩林缘
无线电物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:用户需求的增长以及新技术的革新促使了通信技术往更高要求的方向发展。而与之对应的微波通信设备,为了实现体积更小且拆移简易的特点,也逐渐摒弃了传统室内一体机的设计结构,发展成为现有的收发信机在室外(ODU)、调制解调和基带接口在室内(IDU)的分体式结构。双工器在通信系统中承担着收发信道的选择、合成和分离工作,是通信设备的重要组成部分。本文设计的双工器为异频双工,主要应用于上述微波ODU(Outdoor Unit)收发信机系统。通过收发两路滤波器的频率选择作用,双工器使得系统可共用一个天线完成信号的收发。如何以低成本实现双工器的高性能要求是一直以来的重要课题。
  围绕波导双工器的高性能实现方案,本文的设计工作主要包括:
  1)工作在Ku波段的波导双工器设计。在该频段下,若继续使用Y矩阵法调谐会使得双工器的单腔谐振频率偏差0.9%~2%,因此本文使用基于模式匹配法的μWave Wizard软件对初始尺寸进行优化。实物测试结果显示,其带内回波损耗可达18dB,发送通带在15.138~15.348GHz内的带外抑制≥68dB,接收通带在14.718~14.942GHz的带外抑制≥65dB;
  2)宽阻带波导双工器的设计。普通结构的波导双工器因为寄生通带的出现在远端频率范围内不可能获得较好的带外抑制。文章将(1)中的波导双工器与具有较宽远端抑制特性的消失模波导滤波器进行了腔体一体化设计,实现了波导双工器的宽阻带特性,其在21.2~43GHz带外抑制仿真值可达40dB以下;
  3)高隔离宽阻带波导双工器的设计。本文通过将环形器与宽阻带波导双工器进行腔体集成设计使得波导双工器的接收、发送端在通信系统中不再需单独外接一环形器。HFSS仿真结果显示:接收端到发送端的隔离度可达110dB以上,同宽阻带双工器相比提高了50dB左右,发送端到天线端、天线端到接收端的反向隔离大于23dB,能实现信号的单向传输。该结果证明了方案的切实可行。
  本文在完成上述设计的过程中,根据波导结构双工器不易实现负交叉耦合的问题,给出了一种能实现由正耦合到负耦合转变的简单方法并对该方法进行了分析;此外,文章还针对消失模波导滤波器提出了一种长度较直线型结构缩短34.9%的弯折型消失模波导滤波器结构。
[硕士论文] 唐厚鹭
无线电物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着21世纪互联网时代的到来,通信技术得到快速发展,而通信技术的更新也使人们对通信器件的要求愈加苛刻。微波器件在通讯设备中担任着非常重要的角色,被大量应用在卫星通讯,雷达以及电子通讯设备上。尤其是通讯设备中集收发信息为一体的双工器,它接收和发射信号的能力对整个通讯系统至关重要。所以人们对双工器器件的小型化,对干扰信号抑制的灵活性,器件加工等方面的探究从来没有停过。特别是随着现代通信的快速发展,各通信系统的频率资源空间也变得更加拥挤,因此设计一款小型化,深带外抑制,易加工调谐的滤波器是一项很有意义的工作。
  本文结合工程需求明确了双工器的具体技术指标,在深入学习微波技术理论及研究了国内外已有的各种腔体带通滤波器后,本文以电容加载脊谐振腔为基本单元,通过改变腔体耦合结构,实现了腔体的平面化设计,设计了一款寄生通带远,带外抑制高,通带分别为12.75 GHz~13.25 GHz和14.5 GHz~15.3 GHz的波导双工器,再把所得的实测数据和仿真数据一起对比研究。
  本文的主要工作有:
  首先,通过查阅现有的关于滤波器的文献,对滤波器和双工器的发展历史和现状进程进行简要概述。
  其次,对本文所涉及的带通滤波器和 T接头的理论知识进行详细介绍,分析各种谐振腔的优缺点,研究单腔特性。
  再次,在以上工作的基础上先用μWave搭建模型仿真,对模型结构的可行性进行分析,确立初值。
  然后,根据μWave得到的模型数据在CST中建立仿真模型,得到一个通带中心频率分别为13 GHz和14.9 GHz的E面波导双工器。相对于传统滤波器在腔体中心加入金属柱和耦合金属窗,本文中将所有耦合金属窗和金属柱都放在同侧,使得器件加工更加便捷。加工实物,将实测数据和仿真数据一起对比研究。
  最后,总结自己工作中的收获和不足。
[硕士论文] 袁超
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:定向耦合器作为现代通信系统中一种举足轻重的微波/毫米波部件,其本质作用是按照一定的比例对一定频率范围内的信号进行功率分配或者功率合成,并且具有方向性。
  定向耦合器从结构上看种类繁多,近几十年来,许多专家学者基于带状线、微带线、同轴线、波导均成功设计出了具有不同优势的定向耦合器。其中带状线和微带线结构的定向耦合器具有最宽的带宽,而其中带状线定向耦合器由于工作于TEM模式,能实现比微带线定向耦合器更高的方向性。所以,在功率要求不高的情况下,带状线定向耦合器的应用最为广泛。
  定向耦合器的综合方法与相关的设计图表经过几十年来业界中各位专家学者的研究与探索,在理论层面已经较为成熟。但是其理论公式推导过于复杂,设计图表也并不完善,只涵盖了一些典型的设计数据,无法满足当今工程上的设计需要。当代通信系统对定向耦合器的带宽比要求不断提高,当定向耦合器的工作频率增高到微波高端甚至毫米波频段时,各个端口的输入驻波比和端口之间的隔离度性能会不断下降,甚至方向性会接近于零以至于失去定向性能。故为了实现定向耦合器的高方向性与超宽带性能,相关的研究与改进仍不可或缺而且十分迫切。
  本文在现有的理论基础上进行推广和创新研究,总结了能够满足实际工程需要的定向耦合器的各类设计方法。分别研制了对称、非对称、切比雪夫渐变线三类定向耦合器,并就提高方向性指标提出了几种实用的改进方法,通过实测,证明了设计方法的有效性与普遍适用性。
[硕士论文] 付晨阳
电气工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在现代的毫米波通信、相控阵雷达和广播卫星无线系统通信中,为了高效率的传输、发送和测量高功率微波,高效率的模式变换器起到了首要和关键的作用,因此模式变换器的设计受到了人们广泛的关注。本文将对两种模式变换器的设计进行研究。
  本文的研究内容主要包括以下几个方面:
  1.对于本文的理论部分进行了介绍,通过耦合传输线方程组来导出耦合波方程组,采用正交函数的展开理论形成了耦合波理论。对于弯曲圆波导模式变换器进行了简化理论分析,推导出了模式变换器的输出功率表达式、两种模式之间的耦合系数和耦合临界角。接着对于单级突变结构波导和两级突变结构波导进行了分析,由公式推导了它们散射矩阵的具体值。
  2.根据弯曲圆波导耦合理论和规则圆波导突变结构模式匹配法,第三章利用MATLAB软件编写的相关数值计算程序得到波导模式转换结构的优化参量,并依此为基础设计了一个工作在24.13GHz的TE01-HE11圆波导模式转换器,该系统主要由三部分组成:一个TE01-TE01的过渡器,TE01-TE11和TE11-HE11的圆波导模式转换器。然后使用CST软件对模型进行了仿真和验证,并且对实物进行了加工。通过实物冷测的结果表明,该模式转换系统频率有5%的带宽、转换效率超过了99%。计算结果、仿真结果和实物冷测结果是一致的。
  3.轴线弯曲过模圆波导模式转换器是一种非常复杂的器件,针对回旋行波管(输出功率在100-200kW的TE0n模)高功率过模输出的特点。第四章以TM11模为中介模式,设计了一种TE01-HE11高功率模式轴线弯曲过模圆波导转换器。首先介绍了轴线弯曲 TE01模的直角波导,然后分别说明和设计了轴线正弦弯曲结构TE01-TM11模式转换器和波导圆周开槽TM11-HE11模式转换器。经过加工测量,模式转换器的转换效率在33GHz到37GHz的频段范围之内都大于99%,性能良好,达到了预期的目标。最后还对功率容量进行了分析。
  最后,对本论文的工作进行了总结和归纳,提出了几点改进的方法,并且对今后的工作进行了展望。
[硕士论文] 赵翔
电磁场与微波技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:当前,对于宽带、小型化无源器件的研究成为适应微波毫米波通信系统快速发展背景的主要趋势。本论文基于耦合微带线、DSPSL和SICL,研究了多种具有不同性能的超宽带功分器。本文的主要研究工作如下:
  1.基于平行耦合微带线,研制了几种平面超宽带滤波型功分器。首先,基于多阻抗匹配节,开路阶跃阻抗枝节获得了超宽带滤波型功分器的设计原型。采用嵌套结构大幅度减小电路尺寸,并用空气桥隔离电阻实现输出端口间的隔离。其次,基于三线平行耦合设计了平面四路超宽带滤波型功分器,同样采用空气桥隔离电阻实现对称面同侧输出端口间的隔离。最后,基于Marchand巴伦,反相隔离技术和缺陷地结构,分别研制了两路和四路超宽带滤波型反相功分器。
  2.基于DSPSL-槽线耦合结构,利用插入中间接地金属层的DSPSL的差分传输信号,实现了一种超宽带功分端口/路数可重构功分器。该结构仅采用两个分别位于顶层和底层金属层的PIN二极管,实现了无需额外匹配电路的两种工作状态下的超宽带性能。通过在耦合微带线开路端加载隔离电阻,实现了输出端口的匹配和隔离,同时,层间隔离电阻实现了复用。其次,从毫米波频段设计理论出发,对偏置电路进行了改进,提升了功分器的带宽和幅度一致性。
  3.基于SICL,结合容性窗耦合结构,提出了两种准平面小型化超宽带功分器。首先,使用两节阻抗匹配,实现SICL功分器的超宽带匹配,并通过容性槽技术实现了隔离电阻的加载。电路的测量结果验证其良好的性能。其次,基于SICL径向结构,通过输入输出端的容性窗耦合结构,结合隔离枝节技术,提出了具有超宽带带通响应的六路功分器,拓展了SICL在多路功分器中的应用。
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