盆架状压电宏微平面作动器半解析性理论建模

为丰富宏微平面运动装置形式,该文提出了盆架状压电作动器。设定盆架状结构的一阶面内对称弯振模态和二阶反对称纵振模态为工作模态,利用粘附于盆架状作动器表面的压电陶瓷激发工作模态振动,迫使驱动足同时沿xOz、yOz面做椭圆轨迹行进以推动移动体。根据传递阵力学原理,构造作动器各单元的振动传递方程,在确定各单元间连接与传递条件及作动器压电边界条件基础上,建立了作动器的半解析性机电耦合传递矩阵模型,编制了模型的解算程序。建立作动器的多目标优化数学模型,求得其优化结构尺寸。为印证半解析理论模型,还构建了作动器的机电耦合有限元数值模型。传递阵模型与数值模型解得的作动器工作模态频率差分别为177 Hz和191 Hz,求取驱动足在x、y、z向的振幅分别为2.95μm、3.27μm、1.37μm及3.12μm、3.61μm、1.82μm,表明了半解析模型的有效性。结果表明,该文提出的结构设计与驱动原理相结合的作动器分析方式,为优化压电作动器性能开启了新思路。     

基于空气耦合超声技术的线型材料杨氏模量测量

该文介绍了一种基于空气耦合超声技术的材料杨氏模量评估方法。首先采用1-3型压电复合材料及双层匹配结构,研制了高灵敏度的空气耦合超声换能器。在一发一收模式下,该空气耦合超声换能器的插入损耗和-6 dB带宽分别为-23.9 dB和26.9%。其次搭建实验平台,将空气耦合超声技术与静态拉伸法结合,以评估铜线和银线杨氏模量。铜线和银线杨氏模量评估结果与对应的公认值范围一致。     

新型LTCC高隔离低插损3dB90°电桥设计

基于宽边耦合带状线结构,该文设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的高隔离低插损3 dB 90°电桥。该电桥使用螺旋耦合线有效地减小了器件尺寸,同时以对称式结构建模更便于后期的优化调整。在宽边螺旋耦合带状线垂直方向引入一个伸入式可调隔离电容,极大地提高了该电桥的隔离度,使其可达27 dB,且插入损耗≤0.2 dB,较之传统的定向耦合器结构,其在提升性能的同时大幅减小了器件尺寸。对耦合线直角拐弯处的电场强度进行分析与优化,采用45°斜切的方式使拐角处的电场强度与直线处大致相等。对上接地金属板进行环形镂空处理,这将改善带内的幅度平衡度。该文设计的3 dB 90°电桥通带为0.96~1.53 GHz,插入损耗≤0.2 dB,幅度平衡度≤±0.7 dB,相位平衡度为90°±1°,隔离度≥27 dB,其具有良好的应用市场。     

基于BEMD和KELM的路面病害检测算法

受外界环境以及道路材料本身影响,路面会出现破损。尽管裂缝是路面破损的首要表现形式,但是其他类型病害仍然占重要比重。针对传统路面病害检测算法对常见线性裂缝分类准确度较高但对车辙、松散等复杂病害识别效果一般且适应性较差的问题,提出一种基于二维经验模态分解（BEMD）与核极限学习机（KELM）相结合的复杂路面病害识别方法。该方法首先采用二维经验模态分解对路面病害图像进行筛分,然后结合主成分分析法对分解后得到的固有模态分量进行降维,最后将上述得到的新特征输入到核极限学习机中进行训练。实验结果表明该算法对复杂病害有较高的识别率,其中松散病害识别率为95.6%,车辙病害识别率为92.1%,坑洼病害识别率为96.9%,网状裂缝识别率为97.3%,与传统脉冲耦合卷积神经网络相比,该算法提高了约9.85%。     

一种基于电磁耦合馈电结构的双极化微带天线设计

文中设计了一种层叠结构的双极化微带天线,两个极化端口采用不同的电磁耦合馈电方式,激励起两个正交的辐射场模式,提高了极化端口之间的隔离度。设计的天线由三层介质极板组成,两个极化端口的馈电层分别位于不同的介质层上,端口1采用缝隙耦合馈电,端口2采用振子临近耦合馈电,两个极化端口均从地板底部输出,适合于阵列应用。设计了一种工作于X波段的双极化方形微带贴片,在馈电结构上进行了匹配设计,实现两个极化端口的匹配和隔离。采用全波电磁仿真技术进行了结构设计和优化,仿真结果表明,在工作频率为9.85 GHz和10.15 GHz的频率范围内,该天线的两个极化端口的电压驻波比均小于2,极化端口的隔离度大于26 dB;在中心频点10 GHz处的增益分别约为5.79 dBi和5.17 dBi,带内增益平稳;虽然两个极化端口互异,但是在E面和H面上,两个极化端口表现出相接近的方向图,主瓣宽度均在80°左右,在主辐射方向上的交叉极化电平低于-25 dB。研究结果表明设计的双极化微带天线具有高隔离度和较为对称的辐射方向图性能,适合于在双极化阵列天线中应用。     

用于光场成像的超构衍射光栅阵列优化

为提高矢量光场显示亮度和视角均匀性,提出了一种应用于圆偏振光场成像的超构光栅结构。利用严格耦合波分析,逐像素对超构光栅结构进行仿真,研究了入射光偏振状态、光栅结构、入射角度对-1级光衍射效率的影响规律。仿真结果表明,圆偏振光显示可以使得光栅衍射效率稳定高效,当光栅周期为500 nm时,与基于TE和TM设计的光栅结构相比,圆偏振光设计的光栅结构衍射效率提高了18.5%和2.6%;光栅高度和占空比对衍射效率具有明显的影响。综合考虑光栅制备难度、衍射效率和视角均匀性,设计了一种高度为0.6μm,占空比为0.4的光栅阵列结构应用于圆偏振光场显示,系统衍射效率可以达到40%以上,具有较优的综合性能,对超构光栅设计制备和裸眼3D显示具有一定指导意义。     

可精确综合的超宽阻带等波纹微带低通滤波器

利用公比线网络的可综合特性,设计实现了一种具有宽阻带特性和带内等波纹响应的传输线低通滤波器。该滤波器的原始设计以一段具有Z型拓扑的平行耦合线节为核心,在其四个独立端口处对称加载两对开路枝节线。当所有的传输线元件的电长度均相同时,对上述网络加以分析并得到完整的传输函数。利用平移匹配法,可以在满足指定截止频率和波纹系数的约束下,令其传输函数满足一组可调的等波纹响应。最后,利用开路扇形贴片等效低阻抗加载枝节线,完成实物滤波器的制作。测试与仿真结果吻合良好,验证了设计方法的有效性和正确性。     

基于相位补偿的高频Vienna整流器解耦控制方法

针对三相三线制Vienna整流器控制频率与输入电压频率比值较低时dq轴耦合加剧的问题,采用了基于复系数传递函数的方法,推导了Vienna整流器电流环的开环传递函数。在同步旋转坐标系下,建立了考虑数字控制延时后的电流环复系数控制模型。对该模型的分析与研究表明,考虑数字控制延时后,传统电流前馈解耦方法不能实现完全解耦。为解决此问题,提出了一种带相位补偿的电流前馈解耦控制方法。该方法将输出的控制信号乘上延时对应的相位补偿量后作为新的控制信号,以消除延时对控制环路的影响,有效提高电流环的性能。最后搭建了1000W的Vienna整流器仿真与实验平台进行验证。仿真与实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

一种变压器巴伦馈电的超短波紧耦合阵列天线

紧耦合阵列天线(Tightly Coupled Array, TCA)具有超宽带、低剖面、宽角扫描等特点,近年来受到国内外学者的广泛关注。然而,在甚高频(VHF)、特高频(UHF)频段TCA 由于馈电网络设计困难等原因现有的研究报道很少。为了填补这一空白,本文设计并测试了一款变压器巴伦馈电的TCA,利用变压器巴伦解决了单元平衡馈电困难问题,同时采用短路枝节抑制E面共模谐振,采用频率选择表面(FSS)匹配层改善宽角扫描阻抗匹配。实测结果表明,该天线在110~520 MHz 频带内、±40°扫描角范围内电压驻波比<2.5,和仿真结果吻合。     

基于PID控制技术的变风量空调系统多变量解耦回路控制

变风量空调系统包含多个控制回路,各组控制回路在运作时会产生强烈耦合效果,为保证系统稳定需要解耦控制回路,研究基于PID控制技术的变风量空调系统多变量解耦回路控制方法。基于PID控制技术建立回路增益相对矩阵,根据相对矩阵对角理论推导空调多变量解耦方式,根据误差校正规则设置补偿信号控制系统解耦回路,完成解耦回路控制方法设计。实验以变风量空调系统为测试对象,运用所提方法和传统方法,对多变量回路进行解耦控制。设定变风量空调系统中包含五组控制回路,分别为2组房间室温和管道静压,以及二氧化碳浓度和送风温度,当送风温度设定值为11℃、18℃以及14℃时,二氧化碳浓度设定值为400×10^-6、700×10^-6以及1 000×10^-6时,在所提方法下进行解耦控制,不会受到其他回路的影响,能够具备较好跟随性,减少其他控制回路的干扰和影响。