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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。
[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] 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%。
[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] 王佳欢
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:相控扬声器阵列是一种由多个扬声器按照一定的几何阵型排列组成的阵列式扬声系统,通过改变该系统的几何结构参数以及各扬声器阵元的电信号参数可以形成不同特定的声场。本文主要围绕相控扬声器阵列声场理论和相控阵信号处理技术展开研究,为扬声器系统的声场控制提供理论和实践依据。
  根据声场传播基础理论,本文首先推导出了扬声器阵列的远场声压指向性函数、指向性图以及描述声场特性的指向性参量。在此基础上,讨论了点声源、直线型扬声器阵列、圆弧型扬声器阵列、直线型高低频组合阵列以及普通平面阵和贝塞尔面阵列的不同的声场特性,这些形成的声场将能量集中在主波束上,使辐射距离更远。使用多通道等差延时方法实现了阵列波束偏转,以直线型扬声器阵列的中垂线方向为基准,主波束方向上下偏转10度;使用切比雪夫权系数束控法对直线型扬声器阵列进行旁瓣抑制,在Matlab仿真中,实现对旁瓣的幅度抑制在20dB内,并在实验中对旁瓣实现5dB的声压级衰减;使用高低组合线型阵列法对直线型扬声器阵列展开倍频程恒定束宽的分析,在100~200Hz的一个倍频程内实现主波束宽度的恒定。
  使用 Matlab和 Comsol软件分别对简单阵列和复杂面阵列进行了数值有限元仿真分析,研究了阵列阵型、阵元个数、阵元间距、声源频率等因素对相控扬声器阵列指向性的主波瓣宽度、旁瓣和方向的影响。对直线型扬声器阵列、圆弧型扬声器阵列、高低频直线型组合阵列、矩形面阵列以及贝塞尔面阵列的优点和缺点进行了比较,高低频直线阵拥有较小主波束宽度同时可以在一定频带实现恒定束宽,但是旁瓣会增多。贝塞尔面阵虽然性能良好,但是工程实现起来比较复杂。
  采用Xilinx公司Spartan系列FPGA作为中央处理器,TD7294数字功放作为驱动器,搭建了相控扬声器阵列实验平台。运用多通道的相位延迟方法实现波束偏转,通过改变权系数实现旁瓣抑制,使用线性组合法来控制主波瓣在频带内的恒定,采用 FPGA内部延时和加法单元实现高低频阵列的系统响应函数。搭建了扬声器阵列声场测试实验平台,对远场各点声压、指向性进行了实验测试。实验结果表明相控扬声器阵列的声场可以控制,验证了本文所提出的信号处理理论和方法。
[硕士论文] 洪基健
控制工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:随着由DC/DC变换器组成的级联系统在微电网、新能源汽车、航空船舶、楼宇电力系统、海军潜艇电力系统等领域的日益普及,恒功率负载(CPL)造成的不稳定问题越来越受到社会的关注。级联系统中,后级闭环反馈的DC/DC变换器在稳定工作时相当于恒功率负载,其呈现的负阻抗特性会严重影响系统前级电路的稳定性。因此文章设计了一种虚拟阻尼法+PID调节的新型综合控制策略,并将该控制策略应用在DC/DC变换器级联电路中,从而解决恒功率负载带来的系统不稳定问题。
  文章研究的对象由两级电路级联而成:采用数字Buck-Boost升降压电路作为前级电路,其控制引入虚拟阻尼法+PID调节的综合控制策略;后级电路采用闭环控制的Buck变换器作为系统的恒功率负载。文章首先分析了恒功率负载的特性,通过状态空间平均法对Buck-Boost变换器进行建模分析,得到了变换器的小信号模型,系统分析了恒功率负载造成系统不稳定的原因。接着引入虚拟阻尼法+PID调节的综合控制策略,理论上分析了虚拟阻尼法能够消除恒功率负载带来的影响,再结合经典的电压闭环PID控制,不仅能够使系统稳定,而且具有良好的动态性能。随后利用MATLAB的Simulink仿真工具搭建了Buck-Boost变换器带恒功率负载的仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制策略能很好地解决恒功率负载带来的系统不稳定问题。
  文章最后基于TI公司的DSP28335数字信号处理芯片,制作了一台240W虚拟阻尼法+PID调节综合控制的数字Buck-Boost变换器实验样机。并且搭建了一台闭环控制的Buck变换器作为恒功率负载,与前级Buck-Boost变换器构成级联系统。通过实验结果验证了文章所提出控制策略的可行性与合理性。
[博士论文] 牟光遥
光学工程 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,人们对信息传递速度的要求越来越高,集成电路在向尺寸更小和速度更快的方向发展。传统集成电路都建立在硅基的基础上,由于存在电阻电容延时和强场效应等,集成电路的尺寸已经达到了瓶颈,进一步发展受到了极大的阻碍。而光通信技术的信息传输速度高,不会受到微电子器件尺寸的限制,满足集成电路在传输速度方面的要求,因此,可以用硅基光电集成来解决传统集成电路所面临的问题。
  制备硅基光源需要同时满足与CMOS工艺相兼容,工作电压低和发光效率高等条件。本论文制备了CeO2和Ce2Si2O7薄膜,分别对其进行了稀土离子(Er3+,Eu3+,Sm3+,Yb3+,Tb3+和Nd3+)的掺杂,制备了发光波段覆盖紫外、可见和近红外的发光器件,并对其发光机理进行了研究。
  1、利用磁控溅射方法制备了CeO2薄膜电致发光器件,获得了白色电致发光,研究了器件的电致发光性能和发光机理。CeO2器件获得了覆盖可见光区域的偏白色发光,发光来自于其内部的缺陷能级。通过对CeO2薄膜结晶质量的探索,结合电致发光测试,优化了制备条件。为了改善器件的电致发光性能,对CeO2器件进行了金属铕的掺杂,使薄膜中的氧空位含量增多,导电性升高,使得器件的电致发光强度提高了约10倍。
  2、制备了CeO2∶Er3+,CeO2∶Eu3+,CeO2∶Sm3+和CeO2∶Yb3+的薄膜发光器件,分别获得了Er3+,Eu3+和Srm3+的特征光致发光和电致发光,获得了Yb3+的特征光致发光,并对发光机理进行了讨论。通过改变离子的掺杂浓度,研究了离子浓度对器件发光性能的影响。通过掺杂Zn2+对CeO2∶Er3+器件进行了改善,通过增加Tb2O3层对CeO2∶Eu3+,CeO2∶Sm3+器件进行了改善,使器件的工作电压降低,并使电致发光强度增强。
  3、利用磁控溅射方法制备了CeO2薄膜,通过对其进行还原氛围下的退火,使CeO2薄膜转化为Ce2Si2O7薄膜,此方法改善了利用电子束制备薄膜发生失氧降低薄膜质量的问题,获得了更高质量的Ce2Si2O7薄膜。通过对Ce2Si2O7薄膜电致发光器件的测试,研究了器件的电致发光性能和发光机理。Ce2Si2O7器件获得了蓝紫色光致发光和电致发光,发光来自于Ce3+的5d→4f的跃迁。通过对CeO2薄膜结晶质量的探索,结合电致发光测试,优化了制备条件。
  4、制备了Ce2Si2O7∶Tb3+,Ce2Si2O7∶Yb3+和Ce2Si2O7∶Nd3+的薄膜发光器件,通过Ce3+到其它稀土离子的能量传递,分别获得了Tb3+的特征光致发光和电致发光,Yb3+和Nd3+的特征光致发光,并对发光机理进行了讨论。通过改变离子的掺杂浓度,研究了离子浓度对器件发光性能的影响。通过掺杂Tb3+对Ce2Si2O7∶Yb3+器件进行了改善,使Yb3+的发光强度增强。
[硕士论文] 李岳
控制科学与工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:数模转换器(Digital to Analog Converter,DAC)的性能是评价现代化电子设备性能的一个关键因素,由于转换速率大于50MHz的高速DAC能够更加快速地进行数模转换,所以在各种现代化电子设备中得到了广泛的应用,其中如何准确、快速地测试和评价高速 DAC的性能就显得非常重要。传统仪器应用于快速自动化测试需求的半导体测试领域暴露出了手动操作、独立使用的局限性,而虚拟仪器作为测量仪器发展的一个新的阶段,其总线模式和多仪器模块化组合的特点非常有利于高速 DAC自动化测试,对高速 DAC测试技术的发展具有非常重要的现实意义。本文对基于虚拟仪器的高速DAC测试技术和测试方法进行了研究,对高速 DAC测试控制过程中的关键技术进行了改进,最后对基于虚拟仪器的高速 DAC测试系统进行了设计。
  首先,分析了高速DAC测试的具体顺序控制步骤,介绍了高速DAC常会出现的异常状况,提出了基于粒计算的顺序控制算法设计思路,建立了高速 DAC测试粒计算层次结构,利用改进后的加权粒度 K近邻分类算法对测试结果进行分类,最后在虚拟仪器软件平台 LabVIEW上对基于粒计算的顺序控制算法进行了实现和验证。其次,分析了高速DAC静态误差主要来源,对比研究了几种常用的静态测试数字输入码选择方法,在主过渡态测试法基础之上再取其反码进行测试,增强了对高位数字码组合引起的非线性误差的测试,然后对信号与噪声失真比 SINAD和有效位数 ENOB进行了三参数正弦波最小二乘拟合方法的研究。再次,确定了基于虚拟仪器的高速 DAC测试系统总体设计方案,搭建了测试系统硬件平台,介绍了测试板的主芯片测试电路、电源及时钟电路、小信号采集放大电路和接口电路的详细设计过程,确定了测试板 PCB的层叠结构,分析了高速测试板 PCB的信号完整性,研究了模拟输出信号走线相匹配的端接电阻,通过平面谐振分析添加了电源分配系统的去耦电容,设计开发了高速DAC测试系统软件。
  最后,在基于虚拟仪器的高速 DAC测试系统的软硬件平台之上,对高速 DAC样片进行了静态参数和动态参数的测试实验,验证了本文基于虚拟仪器的高速DAC测试控制算法和系统总体设计的准确性和实用性。
[硕士论文] 喻刚
光学工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:硅光子学的发展激发了人们对硅基光波导器件的研究以及设计多功能的光信号处理芯片和光通信器件。其中磁光硅基波导器件(如磁光隔离器)的研究是目前大规模集成芯片的一个研究热点。本文基于磁光相移的原理,主要研究磁光硅基波导结构在微环中的应用,分析磁光微环谐振器的磁场传感特性和磁光Sagnac微环结构的磁光开关特性。本文主要的内容和创新如下:
  1.分析了三种磁化方向下磁光效应对导波光传播特性的影响,重点研究了水平和垂直两种横向磁化时二维平板波导和三维矩形波导的磁光相移特点。采用COMSOL仿真软件计算分析了Ce:YIG/Si/SiO2和SiO2/Si-Ce:YIG/SiO2两种磁光波导结构中磁化强度对导波光场分布及其传播常数的影响。研究表明,平行于Ce:YIG/Si波导界面磁化时,上述两种波导结构中可获得明显的磁光相移,它们对应的导波光模式分别为TM波和TE波。
  2.采用SiO2/Si-Ce:YIG/SiO2硅基磁光波导设计了一种微环谐振结构用于磁场测量,仿真计算了准 TE模导波光传输时微环谐振波长移动随垂直磁化强度的变化。对于半径为20μm的磁光微环,优化波导宽度可使磁场测量灵敏度达到0.0054nm/(kA/m),饱和磁化时微环谐振波长移动为0.52nm。
  3.提出一种基于Ce:YIG/Si/SiO2波导结构的Sagnac微环谐振型磁光开关器件,当微环长度为100μm时开关磁化强度为53.82kA/m(低于饱和磁化强度),可实现0.96nm带宽信号的光开功能。与基于直波导的Sagnac磁光开关相比,大大降低了器件尺寸和开关磁化强度;与基于微环谐振器的波长移动光开关相比,具有更大的器件带宽和开关消光比性能。
[硕士论文] 李伟
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:现代通信、雷达等无线技术的迅速发展和广泛应用对系统信息容量和传输速率提出更高的指标要求,传统窄带系统已经无法满足实际应用需求,因此具备大容量、高速率、低功耗等优良特性的宽带甚至超宽带无线技术成为学术界研究的热点方向。微波滤波器在系统中发挥着选择频率的重要作用,良好的频率选择性保证了对系统通带范围外干扰信号的有效抑制。本文主要针对微带多模谐振器(MMR,multi-mode resonator)进行了研究,设计出多个具有较高性能指标的宽带带通滤波器,得到实际测试结果的良好验证。本文主要工作内容如下:
  1.研究了一种π型谐振器,运用传输矩阵理论对其谐振特性进行了分析。研究表明,该谐振器具有两个主要谐振模式。基于该双模谐振器,通过将它的两个传输极点设置在适当频点处,设计了一个3dB通带频率范围为2~4GHz的宽带带通滤波器。在此基础上,通过在π型谐振器顶端耦合加载短路枝节,在通带右侧引入了一个传输零点,可以有效地改善带外抑制性能。
  2.基于阶跃阻抗谐振器(SIR,step-impedance resonator),在其中心位置分别加载环形谐振器和开路枝节,设计了两个多模谐振器。采用奇偶模分析方法对其谐振特性进行了分析。其谐振特性表明:它具有三个主要谐振模式。同时,该谐振器在通带低频端产生了一个传输零点,再通过耦合馈线加载开路枝节的方式在通带高频端引入一个传输零点,进而设计出两个宽带滤波器。实测结果表明,两个滤波器的3dB通带范围覆盖2~4GHz,通带左右两侧过渡带滚降率都分别高于200dB/GHz和122dB/GHz。
  3.研究了一种枝节加载半波长谐振器,采用奇偶模分析方法对其谐振特性进行了分析。其谐振特性表明:它具有三个主要谐振模式。利用此三模谐振器,构造了一个超宽带带通滤波器。测试结果表明:该滤波器的通带可以覆盖3.1~10.6GHz的频率范围,并且通带左右两侧的过渡带滚降率分别高达26.4dB/GHz和50dB/GHz,实现了较高的频率选择性。在此超宽带带通滤波器基础之上,通过延长耦合馈线中的一条线以形成不对称性,进而设计了一个在6.2GHz处具有陷波特性的超宽带滤波器。
[硕士论文] 郑向闻
电子科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:移相器是现代相控阵雷达的关键部分之一,而所有类型移相器中,铁氧体移相器由于其可承受功率大、品质因数好等特点,所以被大量应用于相控阵雷达中。随着相控阵雷达的快速发展,移相器向着小型化、高集成、高性能的方向发展,传统结构的铁氧体移相器已满足不了上述要求。LTCF工艺的发展给移相器也带来了一种新的解决方案。因此本论文借助LTCF工艺研究新型的铁氧体移相器,从而满足现代铁氧体移相器的要求。本论文按照材料、器件、工艺和电路四个方面展开研究。
  在材料方面:研究了烧结温度、烧结位置和升温速率对基于Fe2O3和Fe3O4两种原料的LiZn铁氧体的影响。结果表明:基于Fe3O4铁氧体最佳烧结温度为1100℃,比基于Fe2O3铁氧体最佳烧结温度要低50℃,取得的Bm、Br、Br/Bm和Hc分别为265mT、226.84mT、0.86和255.76A/m。因此,基于Fe3O4铁氧体要比基于Fe2O3铁氧体在微波烧结特性要优一些。
  在器件方面:通过ANSYS HFSS15设计和优化三款新颖闭锁式铁氧体移相器,分别基于带状线、微带线和基片集成波导三种结构,并对三种结构简要作了小结。三种结构的铁氧体移相器均实现了小型化、易于集成的特点。SIW移相器具有最高的功率容量和品质因数,带状线移相器具有最小的尺寸,微带线移相器可靠性最高,最容易加工,最后我选择了微带线移相器进行了加工。
  在工艺方面:利用固相法制备了5kg铁氧体原料,利用LTCF工艺加工了基于微带线结构的铁氧体生磁基板,并对生磁基板烧结进行了七组烧结实验摸索和总结。结果表明:烧结时应注意选择合适的压重重量和烧结温度。最佳烧结温度在895℃-910℃之间、最佳压重重量在750g-950g之间。
  在电路方面:根据铁氧体移相基本原理设计、加工和调试了基于 FPGA的驱动硬件电路,并且也为该硬件电路编写和调试了Verilog软件代码。最后通过示波器和矢量网络分析仪给出了软件代码、硬件电路和移相器的验证测试结果。测试结果如下:移相器1-1、2-4和3-2的最大相移量分别为370.82°、282.75°和20°。移相器3-2在8 GHz-11GHz,插损大于-6dB,回损小于-13dB。
[硕士论文] 王伟
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:如今Ka波段相控阵雷达及其中的无源相控阵雷达被广泛应用。铁氧体移相器是雷达系统中不可或缺的一部分,因此进一步提高微波铁氧体移相器的性能、缩减尺寸仍然具有十分重要的意义。而铁氧体移相器,是基于铁氧体材料良好性能而制备的微波器件,铁氧体材料的性能对移相器乃至整个相控阵雷达来说起着决定性的作用。如何研制出具有良好静磁性能和低铁磁共振线宽的旋磁铁氧体材料是研究的重点问题。
  本文主要针对当前Ka波段相控阵雷达中移相器用铁氧体材料存在的问题,对LiZn铁氧体的配方、添加剂及制备工艺进行系统研究,并在制备LiZn铁氧体基础上,对Ka波段铁氧体移相器进行设计仿真。配方及添加剂研究结果表明:(1)缺铁配方能使LiZn铁氧体内产生离子空位,促进烧结,使显微结构均匀致密,同时增大其饱和磁化强度(4πMs)、剩磁比(Br/Bs)和电阻率(ρ),并降低材料的铁磁共振线宽(ΔH)。但缺铁过多会导致内部结构不均匀,磁性能下降,铁磁共振线宽上升。与此同时,趋近饱和定律拟合计算结果表明材料磁晶各向异性常数随缺铁量的增大而不断减小,线宽分离结果表明,气孔致宽占总线宽比例高达80%,是影响ΔH的主导因素。(2)Co离子适量取代能够促进晶粒生长,增大材料饱和磁化强度Ms,并减小其矫顽力(Hc),但增加Co取代量会迅速增大材料的磁晶各向异性常数,导致铁磁共振线宽增大。(3)Mn离子取代能够增大材料的电阻率,但会引起样品饱和磁化强度Ms和剩磁比不断下降,并增大材料的铁磁共振线宽。(4)适量添加Bi2O3能够使材料固相反应更充分,同时增大材料的饱和磁化强度Ms与剩余磁化强度,并减小材料的矫顽力。制备工艺研究结果表明,预烧温度和球磨钢球材质能够影响粉料活性,进而影响晶粒生长和显微结构,烧结温度和升温速率能够通过影响材料的固相反应速度而影响晶粒生长。因此,采用适宜的制备工艺(Fe2O3原料、预烧温度、球磨钢球材质、烧结温度和升温速率),有助于制备出显微结构均匀致密、磁性能良好的LiZn铁氧体材料。
  最后,基于上述LiZn铁氧体材料,利用Ansoft HFSS软件对Ka波段铁氧体移相器进行结构设计和仿真。通过对移相器各结构尺寸的计算以及移相器的建模、尺寸优化仿真,最终Ka波段铁氧体移相器在33.5GHz~34.5GHz频段下,回波损耗S11<-26dB,驻波比VSWR<1.1,插入损耗|S21|<1.55dB,相移量达到450°。
[硕士论文] 张曦
电子信息材料与元器件 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:X波段(8GHz~12GHz)铁氧体环行器具有诸多优点,例如体积小、重量轻、一致性好等,是相控阵雷达和通信系统的重要组成部分。而微波YIG铁氧体材料具有优良的电磁与旋磁性能,被广泛应用于微波旋磁铁氧体器件中,是 X波段铁氧体器件的典型材料。
  本文主要研究了以YIG铁氧体材料为材料基础,用厚膜流延工艺来制备X波段微带铁氧体基板以及X波段微带铁氧体环行器的设计、仿真优化等工作。采用氧化物陶瓷法对YIG铁氧体的制备和烧结等关键工艺进行探究,通过XRD、SEM、VSM以及铁磁共振线宽测试系统进行分析、测试。结果表明:随着Sn4+离子取代量增加,YIG铁氧体中饱和磁化强度4πMs增加,饱和磁感应强度Bs增加,剩磁Br先增加后降低,矫顽力Hc降低,铁磁共振线宽降低,在1380℃的烧结温度烧结时可获得最佳磁学性能;通过V5+离子的取代可以降低材料的4πMs,同时密度降低较为明显,Bs与Br均降低,Hc增大,烧结后有晶粒粘着现象,在1360℃的条件下具有最佳的磁学性能。
  针对适用于X波段铁氧体环行器的材料配方,对影响流延工艺的几个关键因素进行探究。结果表明:浆料粘度过高或过低都无法流延成型,并且随着乙醇配比的增大4πMs与密度均有增大趋势,收缩率有减小的趋势;饱和磁化强度以及密度均随着热压时间的增长而增大,收缩率同样随着热压时间增长而增加;叠层层数对厚膜的性能参数略有影响;适宜的排胶时间为4h,排胶温度为350℃。以上参数可在实际使用中根据性能指标进行有针对性地调整。
  最后,依据材料参数使用Ansoft HFSS仿真软件对X波段微带环行器进行设计分析、仿真。仿真结果表明:在8~11GHz频带内,单Y结环行器回波损耗S11与隔离度S31均大于20dB,电压驻波比VSWR小于1.20,在8~10GHz频带内,插入损耗S21小于2dB。双Y结微带环行器在8~12GHz频带内,S11与S31均大于20dB, S21小于0.5dB,在7.5~12.5GHz频带内,VSWR小于1.20,对比结果表明,双Y结结构可以达到满带带宽,且设计尺寸变小。通过对比铁氧体基板厚度、铁氧体中心结半径、外加偏磁场强度、腔体高度等参数对X波段微带环行器仿真的影响,得出基于双Y结全铁氧体微带环行器最优的仿真参数为铁氧体基板厚度1.0mm,铁氧体中心结半径3.1mm,外加偏磁场强度为1400Oe,腔体高度为14mm。
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