X波段6 MeV驻波电子直线加速管设计与研制

介绍了以2.2 MW多注速调管作为功率源设计的X波段驻波轴耦合加速管,工作频率为9.3 GHz,工作模式π/2。借助CST优化加速管微波加速结构,实现靶区俘获能量最高6.3 MeV,粒子俘获效率为40.3%,束流流强为120 mA,管芯总长为335 mm(包含电子枪及转换靶),相比现有以1.5 MW磁控管驱动的近700 mm长X波段加速管,总长缩短52%。基于本设计完成腔体加工并进行了腔链调谐,加速管冷测参数与设计参数吻合。     

人体中心网络微带缝隙天线设计和研究

设计了一款小型微带缝隙天线.通过电磁仿真软件CST的参数优化功能,对微带缝隙天线缝隙的长度、宽度、馈电点等参数进行优化,得到了工作频率为2.45GHz,带宽100 MHz、阻抗匹配良好、辐射效率较高的用于人体中心网络的微带缝隙小型天线,根据仿真设计,制作了天线,测试结果和仿真结果吻合较好.     

三角环对数周期天线的设计及分析

利用对数周期天线设计的基本理论和电磁场数值计算方法,结合三角偶极子天线的特性,以三角环为基本振子单元,设计工作频率在150 MHz～600 MHz的三角环对数周期天线,并利用CST软件进行建模、仿真、分析和优化.仿真结果显示,三角环对数周期天线在工作带宽内具有理想的增益和驻波比.同时,其结构尺寸是对数周期偶极子天线的一半,实现了天线的小型化.     

星载双圆极化多波束对数周期天线阵的设计与实现

为满足一种星载系统的需要,研制了一双圆极化多波束对数周期天线(LPDA)阵,给出了该阵列的分析和设计方法.利用CST MWS电磁场计算软件对阵列单元以及组阵方式进行仿真和优化,减轻了设计风险,节省了设计成本,所得结果与实物测试具有很好的一致性.     

K频段八路功率合成器设计

功率放大器是电子对抗系统的关键部件之一,宽带低损耗的波导合成器是实现大功率合成放大器的关键。根据设计目标,分析比较了带隔离端口的功率合成器和无耗功率合成器,提出了八路功率合成器的设计方案,用高频结构仿真软件（CST）对该功率合成器进行了建模和设计仿真,并给出了工作频率范围在17GHz～24GHz的设计实例,并对测试指标和仿真曲线进行了对比分析。结果表明设计的K频段八路功率合成器具有良好的工程实用价值。     

10.5GHz1:2静态分频器设计与实现

采用0.18μm CMOS工艺设计并实现了1∶2静态分频器。设计中为达到高速率和高灵敏度,对传统的SCFL结构D触发器进行了拓扑及版图优化。测试结果表明,电源电压为1.8V时,该分频器最高工作频率高于10.5GHz,最低工作频率低于2.5MHz(受测试条件限制),输入信号0dBm时的工作频率范围为2.5MHz～9.4GHz,芯片核心功耗9mW,核心面积50μm×53μm。     

垂直互连在多通道T/R组件中的应用

垂直互连在多通道T/R组件中应用广泛。通过仿真软件CST建立模型进行仿真,通过理论分析,优化参数,得到最佳的结构尺寸和微带匹配参数,并根据仿真结果加工实物,验证仿真结果的可靠性。测试结果表明,优化后的垂直互连适用于6~18 GHz的射频信号传输,根据需要可以优化结构并将其工作频率提高到30 GHz以上。     

天线自动设计和"天基"系统

采用遗传算法（Genetic Algorithm，GA）进行天线结构优化，利用矩量法（Method of Moments，MoM）完成天线数值仿真计算，结合并行计算技术提高计算效率，构建了“天基”天线自动设计并行软件系统。该软件系统通过对多类复杂结构天线进行计算机辅助自动设计，显示出比传统天线设计方法更大的灵活性和更强的设计能力。将“天基”天线自动设计并行软件系统移植到银河巨型机上，测试结果表明，该系统具备高效使用128个CPU进行并行天线自动设计的能力。     

0.1THz扩展互作用谐振腔的研究

设计和研究了一种简单结构的THz波段扩展互作用谐振腔,应用CST等计算软件对其结构进行了冷腔设计,分析了其结构中的工作模式,得到了色散关系,并对其进行了优化。然后用粒子模拟软件进行模拟仿真,结果显示,在工作电压为14kV,电流密度为100A/cm2的激励下,电子注与腔中的TM110模进行互作用,工作频率为109.848GHz,最终得到输出功率为210W,效率约为7.1%的太赫兹波。     

△∑调制器在分数分频频率综合器中的分析与设计

提出了一种适用于分数分频锁相环频率综合器的全数字噪声整型△∑调制器电路结构新的设计方法,并将其最终实现.采用了流水线技术和新的CST算法优化多位输入加法器结构,从而降低了整体的复杂度和功耗.这种电路结构通过了Matlab的行为级仿真,ASIC全定制实现并流片,该结构也通过VHDL综合实现验证,最后给出的测试结果表明该电路具有良好的性能,可应用于单片千兆赫兹级低功耗CMOS频率综合器中.     

Optimization of Circular Ring Microstrip Antenna Using Genetic Algorithm

Circular ring microstrip antennas have several interesting properties that make it attractive in wireless applications. Although several analysis techniques such as cavity model, generalized transmission line model, Fourier-Hankel transform domain and the method of matched asymptotic expansion have been studied by researchers, there is no efficient design tool that has been incorporated with a suitable optimization algorithm. In this paper, the cavity model analysis along with the genetic optimization algorithm is presented for the design of circular ring microstrip antennas. The method studied here is based on the well-known cavity model and the optimization of the dimensions and feed point location of the circular ring antenna is performed via the genetic optimization algorithm, to achieve an acceptable antenna operation around a desired resonance frequency. The antennas designed by this efficient design procedure were realized experimentally, and the results are compared. In addition, these results are also compared to the results obtained by the commercial electromagnetic simulation tool, the FEM based software, HFSS by ANSOFT.     

行波型球形超声电机定子的优化设计

提出了一种具有同步调心结构的球形超声电机,建立了电机驱动力矩的数学模型,重点对行波型定子进行结构优化设计。利用ANSYS对定子进行模态分析和谐响应分析;通过灵敏度分析确定结构参数优化变量,以最大干扰模态与工作模态频率差和最大定子表面振幅为优化目标,建立设计空间的响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行优化求解得到Pareto前沿,最终确定结构参数并对定子试制件进行定扫频实验。测试结果表明,优化后的定子工作模态频率±2 kHz内无干扰模态产生,且定子两相驻波表面质点具有较大振幅,满足使用要求。     

交指型MEMS滤波器的优化设计

交指型微机电系统(MEMS)滤波器是采用MEMS工艺制备出的交指型结构滤波器,针对交指型MEMS滤波器电磁优化算法中存在速度慢,占用计算资源大等问题,对交指型MEMS滤波器优化设计方法进行了研究。采用主动空间映射算法,在ADS和HFSS软件中建立滤波器电路结构模型和三维结构电磁模型,并分别将它们用于主动空间映射算法所需的粗糙仿真和精确仿真,仅进行了5次精确仿真就完成了一款Ku波段滤波器的优化设计。结果表明,设计的滤波器中心频率为14 GHz,顶部损耗为1.6 dB,-1 dB带宽为2.2 GHz,满足设计指标要求,同时验证了优化设计方法的可行性。     

W波段带状注速调管多间隙腔高频结构及其特性

通过对W波段带状注速调管的哑铃型谐振腔特性进行分析,利用三维高频仿真设计软件CST-MSW建立了单间隙、三间隙、五间隙腔的物理模型,详细分析了不同结构尺寸对于高频系统相关冷参数的影响,优化得到了相应的高频结构及其特性参数,以此作为开发的二维注波互作用程序SBK.2D快速计算的高频输入参数.同时,为了结合注波互作用系统的热参数三维仿真设计,采用MAGIC-3D对多间隙腔的高频特性及参数进行了仿真计算,得到的结果与CST冷参数设计基本一致,为W波段带状注速调管注波互作用系统的设计提供了重要参数和依据.     

The Design and Optimization of an Ion-Exchanged Polarization Converter Using a Genetic Algorithm

In this work, a genetic algorithm is used for the optimization of the design parameters of an integrated optical polarization converter on a glass substrate. The algorithm is applied to find the minimum possible length for the converter. The required asymmetry for the structure is realized with the aid of a cleaving process following the ion-exchange process. Simulation results show the possibility of realizing such a low-cost integrated converter. The obtained results demonstrate the importance of using such an algorithm in integrated optics problems where several design parameters such as the geometrical dimensions, the temperature, and the time duration are to be optimized.     

多模微波加热谐振腔的建模与仿真

基于有限积分算法设计软件CST建立4000mm×1600mm×920mm的微波谐振腔体模型,通过调整馈口位置、馈口数量、负载位置等,优化了腔体电场分布及馈源与腔体的耦合度,提高了微波加热效率。     

Design of optical circuit devices based on topology optimization

We apply a design method based on topology optimization technique to optical waveguide devices. In our approach, after a refractive index profile in a design region is automatically generated using a topology optimization method, the obtained structure is redefined using primitive geometries with some design parameters and those parameters are optimized by a sequential linear programming. As numerical examples, we demonstrate how the method can be used for 90/spl deg/ bends and T-branching waveguides with arbitrary splitting ratio.     

Optimal Design of 2D FIR Filters with Quadrantally Symmetric Properties Using Fractional Derivative Constraints

In this article, an optimal design of two-dimensional finite impulse response (2D FIR) filter with quadrantally even symmetric impulse response using fractional derivative constraints (FDCs) is presented. Firstly, design problem of 2D FIR filter is formulated as an optimization problem. Then, FDCs are imposed over the integral absolute error for designing of the quadrantally even symmetric impulse response filter. The optimized FDCs are applied over the prescribed frequency points. Next, the optimized filter impulse response coefficients are computed using a hybrid optimization technique, called hybrid particle swarm optimization and gravitational search algorithm (HPSO-GSA). Further, FDC values are also optimized such that flat passband and stopband frequency response is achieved and the absolute \(L_1\)-error is minimized. Finally, four design examples of 2D low-pass, high-pass, band-pass and band-stop filters are demonstrated to justify the design accuracy in terms of passband error, stopband error, maximum passband ripple, minimum stopband attenuation and execution time. Simulation results have been compared with the other optimization algorithms, such as real-coded genetic algorithm, particle swarm optimization and gravitational search algorithm. It is observed that HPSO-GSA gives improved results for 2D FIR-FDC filter design problem. In comparison with other existing techniques of 2D FIR filter design, the proposed method shows improved design accuracy and flexibility with varying values of FDCs.     

0.23 THz分子钟腔体设计与实验

介绍了用于太赫兹分子钟的精细低损耗密闭结构太赫兹腔体的设计方法及解决思路,利用CST对太赫兹腔体开展了物理仿真设计及结构设计,通过仿真优化设计出230 GHz±10 GHz范围内,反射系数S₁₁小于-10 dB的小型化太赫兹腔体结构。利用现有的加工技术完成了太赫兹腔体的加工与制备,并开展了冷测工作,实现带内反射小于-10 dB,传输损耗低于-5 dB,为后续的太赫兹分子钟的研制奠定了基础。     

K波段高增益超材料微带天线的拓扑优化设计

超材料微带天线的设计通常依赖经验,其中超材料基元的设计多以尺寸优化和形状优化为主。研究了常规超材料对微带天线增益性能的影响,发现其对增益性能的提升效果有限。提出了一种基于遗传算法的高增益超材料微带天线拓扑优化设计方法,对超材料基元采用整体设计的方法,以天线增益最大化为设计目标,以覆铜贴片方格子的有无为设计变量,建立了K波段(24 GHz)超材料微带天线的拓扑优化模型。进而基于遗传算法的求解策略,获得了一种新颖的超材料微带天线构型。仿真结果表明优化后的超材料微带天线侧向辐射得以抑制,其最大增益提升到10.5 dB,与普通微带天线相比性能提升了35%。同时通过改变覆铜贴片格子的布置规模对优化设计结果的收敛性进行分析,分析结果显示创新构型超材料微带天线设计结果是收敛的,且10*10方格子规模下的创新构型制备性价比最高。最后研究了超材料基元单独设计与整体设计的天线工作频率匹配对比,对比结果证实了超材料基元采用整体设计对于超材料微带天线拓扑优化是非常必要的。