五频段整流天线的研究与设计

针对5G频段以及传统频段的微波能量收集,提出了一款五频段整流天线,其主要由微波能量接收天线和五频段整流电路组成。为了将空间中的5G频段中3.5GHz与4.9GHz的微波能量以及传统频段中的1.75GHz、2.3GHz、2.8GHz的微波能量转为直流功率进行输出,整流电路由两个并联二极管结构的整流电路并联而成,为了收集更多的微波功率,接收天线的辐射方向图在1.75GHz与2.3GHz实现全向性的线极化辐射,在2.8GHz,3.5GHz和4.9GHz实现圆极化辐射。五频带整流天线可在功率为-20～5dBm的环境中工作,且最大RF-DC转换效率可达到58%。因此该整流天线可为低功耗电子设备供电。     

一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路

本文提出一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路.通过在三条整流支路中采用不同阈值电压的二极管,使每条支路对不同输入功率进行高效整流,三条整流支路协同作用,使所提出的整流电路能够在超宽输入功率范围内保持高效率工作;设计并实现了一个工作在2.4 GHz的三支路整流电路,三条整流支路分别实现在-10～11、11～24和24～35 dBm的功率范围内,效率保持在30%以上.测试结果表明：在-6～25 dBm的输入功率范围内,电路的转换效率均可保持在40%以上,最高效率可以达到71.2%.所提出的整流电路对输入功率的灵敏度较低,能够在超宽输入功率范围内实现高效率能量转换,可用于能量收集或动态无线能量传输系统中.     

应用于ISM频段的双频整流器系统设计

为了将环境中的射频能量转换成直流电能为低功耗设备供电,设计了一种宽带共面波导天线与新型匹配网络相结合的双频带能量收集器.宽带天线的带宽为0.8~2.8 GHz,可以收集环境中频率为0.915 GHz和2.4 GHz的射频能量,并且相对于微带天线,尺寸缩小了近1/3;新型匹配网络可同时匹配在0.915 GHz和2.4 GHz双频带处,并且匹配带宽分别达到了30 MHz和100 MHz.实验结果表明:该系统与功率为0.1 W的阅读器相距50 cm时,可以收集到201 mV的直流电能;与功率小于0.1 W的路由器相距10 cm时,可以收集到33 mV的直流电能.这表明本文所设计的双频带整流系统可以有效收集环境中ISM频段(0.915 GHz和2.4 GHz)处的能量.     

2.45GHz微波整流电路设计

为了将2.45GHz微波能量转换为直流能量,采用二极管结合微带线结构设计出一个微波整流电路。用微波电路仿真软件ADS 2011对电路进行仿真及优化,其微波-直流转换效率仿真结果可以达到80%以上。对实物加工和测试,其实际转换效率可以达到65%以上。由于该整流电路具有小型化、高转换效率特点,可用于微波输能(MPT:Microwave Power Transmission)系统。     

多界面匹配高效微波整流天线设计方法

整流天线效率对远距离微波能量传输的整体效率至关重要.针对传输系统接收整流端效率提升的需求,提出了一种多界面匹配高效微波整流天线的设计方法.首先对整流天线的效率给出了数学描述,并据此在能量波束入射界面、能量转移界面、能量转换界面、直流合成界面提出了匹配原理和方法.多界面匹配联合就形成了高效整流天线设计方法.最后,根据相关匹配原理进行了实验验证,证实了对波阻抗匹配和输入阻抗匹配的分析.     

用ADS进行功率放大器仿真设计

主要介绍了工作频率为2.4GHz的A类功放的设计方法和仿真过程,采用负载迁移法使用ADS仿真软件,获得射频功率放大器电路的输入输出最佳匹配阻抗,并对设计电路进行了稳定性分析、线性度分析、电源效率分析及对整个电路进行了优化。仿真设计出一个工作频率2.4GHz、增益9.5dB,1dB压缩点功率34dBm、2次谐波小于-50.8dBc的射频功率放大器。     

基于GaAs工艺的Ku波段功率放大器设计

本文研制一款12 GHz～18 GHz的Ku波段三级功放(功率放大器,Power Amplifier)。该电路采用三级级联拓扑结构,利用双L型结构有耗匹配网络设计每一级晶体管的输入/级间匹配,通过输出匹配将端口阻抗与最佳负载阻抗进行匹配,实现12 GHz～18 GHz范围内的宽带阻抗匹配。进一步地,将直流供电端采用的扼流电感参与阻抗匹配,进而避免使用面积较大的扼流电感,在增加匹配网络自由度改善功放带宽的同时有效地减小了功放的面积。该功放基于0.5μm GaAs pHEMT工艺设计、加工与制造,包含了焊盘的芯片面积为1.91 mm×0.76 mm。测量结果表明,在12 GHz～18 GHz的工作频率范围内,该功放的小信号增益为15.7 dB、输入输出驻波比均小于1.7:1、带内平坦度为±1.2 dB、输出饱和功率为23 dBm、功率附加效率为大于20%。     

126.6～128.1 GHz基波压控振荡器设计

采用65 nm CMOS工艺,设计一款基波压控振荡器(VCO).采用负阻单元的寄生电容与用户自定义电感形成VCO的电感-电容(LC)谐振网络.采用交叉耦合对管作为VCO的负阻单元,维持VCO的稳定输出信号.通过控制尾电流管的偏置电压大小调节交叉耦合管的寄生电容,从而实现输出频率的调谐. VCO输出缓冲器(buffer)采用共源-共栅(Cascode)结构以减小负载电阻对电路振荡的影响.所设计的片上变压器实现了差分信号转单端信号功能,并与传输线、地-信号-地(GSG)焊盘实现了VCO输出匹配.测试结果表明,电路的输出频率范围为126.6~128.1 GHz,调谐范围为1.5 GHz.当电路工作频率为127.2 GHz时,输出功率为–26.8 dBm,偏频为1 MHz处相位噪声的仿真值为–86.3 dBc/Hz.该电路的芯片面积为405μm×440μm.     

基于STM32的X射线测厚仪设计

为了满足对金属板厚度的测量精度要求,文章利用STM32作为控制系统,设计了一种小型化、高精度的X射线测厚仪。该测厚仪采用全桥逆变电路提高电源工作频率,减小了高频变压器的体积,同时采用双向倍压整流电路升压,与传统倍压整流电路相比降低了器件内部压降和整流之后的纹波。实验表明,该测厚仪不仅体积减小了,而且工作稳定,灵敏度可达到0. 000 1 mm。该设计具有一定的应用价值。     

基于WiFi定位的地铁到站提醒系统设计

为提高出行效率,减少乘坐地铁时因坐过站而导致的时间浪费,开发基于无线宽带(WiFi)定位的到站提醒系统.系统由介质访问控制(MAC)地址探测软件、移动App和服务器程序3部分组成.MAC地址探测软件对地铁路由器的MAC地址进行采集,并保存到服务器的数据库中;移动App实时监测地铁WiFi信号的MAC地址,并上传到服务器;通过服务器程序的计算,从而达到实时定位与到站提醒服务功能.实践证明,该系统能在用户乘坐地铁时实现实时定位的服务,具有良好的实用性与可靠性.     

Highly efficient interface circuit for vibrational energy harvesting applications

An input-powered vibrational energy harvesting interface circuit is presented. By using a bulk-driven comparator, the lowest input voltage amplitude can be reduced to 02 V. When the input voltage amplitude is low enough, the circuit can automatically shut down by adopting the input-powered, thereby avoiding unnecessary energy loss. Based on standard SMIC 018μm 33V CMOS technology, simulation results show that the voltage conversion efficiency can reach up to 89％ when the input voltage equals 02V@100Hz with a load resistance of 40kΩ. The energy conversion efficiency can reach up to 80％ when the input voltage equals 025V@100Hz with a load resistance of 40kΩ, and the maximum efficiency can be up to 90％. Input voltages with frequencies in the range of 10～500Hz can be rectified.     

1.0 V low voltage CMOS mixer based on voltage control load technique

A CMOS active mixer based on voltage control load technique which can operate at 1.0 V supply voltage was proposed,and its operation principle,noise and linearity analysis were also presented.Contrary to the conventional Gilbert-type mixer which is based on RF current-commutating,the load impedance in this proposed mixer is controlled by the LO signal,and it has only two stacked transistors at each branch which is suitable for low voltage applications.The mixer was designed and fabricated in 0.18 μm CMOS pr...     

耦合弯曲-剪切载荷L型压电振子的低宽频特性

针对传统的压电能量采集装置固有频率高、工作频率范围窄及能量转换率低的问题,基于Timoshenko梁理论提出耦合弯曲-剪切载荷的L型压电振子,研究基于L型压电振子的复合压电结构的能量采集特性. 根据无线传感器的作业环境特点,研究L型悬臂梁的长度、宽度及延伸段长等因素对压电能量采集频率、输出电压峰值及能量转换效率的影响规律. 组合不同尺寸L型压电悬臂梁,研究设计回字形布局的阵列式复合振子. 经仿真分析与实验验证结果可知,在0~250 Hz低频环境下,能量采集频率为28~36 Hz、61~68 Hz、92~99 Hz以及103~111 Hz,较等尺寸传统阵列式压电复合振子覆盖频率平均提升了260%.     

用于同步整流的周期性变结构波形整形理论

为了解决某些DC/DC变换器由于存在同步整流驱动死区而使变换效率低下的问题，提出了周期性变结构整形理论. 利用辅助的二极管和开关管对同步整流驱动电路结构进行切换，使之在一个周期内工作于不同的基本变换电路之间，从 而得到理想的同步整流驱动波形.利用周期性变结构整形理论完整地解释了一种现有的电荷自维持电路，并且构造出了一 系列新颖的周期性变结构整形电路.对一个36~75 V输入，5 V/10 A输出，采用周期性变结构整形电路的样机进行了实验 ，结果表明由上述理论所构造出的电路可以消除同步整流的驱动死区，提高变换效率.     

C波段GaN HEMT功率放大器设计

该文介绍了一款应用于38 GHz的大功率超宽带功率放大器。电路设计中采用了键合线连接裸片与微带电路,并对该部分单独进行电磁场仿真。采用渐变微带线的方法实现了宽带匹配,通过HFSS与ADS的联合仿真优化设计,完成了大功率宽频带的功率放大器设计和仿真过程,仿真结果表明在频率38 GHz范围内增益（8．5＆#177;1） dB,1 dB压缩点输出功率为48 dBm最大饱和功率为49．5 dBm。     

针对宽带功率放大器设计的人工神经网络算法

为了实现准确快速设计宽带匹配网络的目的, 提出了基于人工神经网络设计宽带高效功率放大器的新方法。通过对匹配网络及晶体管阻抗特性的分析,借助人工神经网络对功率放大器的匹配网络进行建模。结合训练模型与优化方法设计宽带匹配网络初值,在指定的频带内满足晶体管最优阻抗随频率变化的曲线。选择商用的氮化镓高电子迁移率晶体管,分别设计了六阶低通网络为输入和输出匹配网络,实现了一款工作在0.2~1.6 GHz的宽带高效率功率放大器。仿真结果表明,在0.2~1.6 GHz(轴比带比约为156%)的带宽范围内,功率放大器达到64.5%~80.5%的漏极效率,输出功率为40.0~41.6 dBm,频带内增益为11.1~12.6 dB。该方法提升了宽带功率放大器匹配网络的设计速度与准确性。     

基于0.5μm CMOS工艺的BOOST变换器设计

针对便携式通信设备对DC-DC变换器的输出电压纹波和效率要求较高的问题,提出了一种同步整流模式的BOOST型DC-DC变换器电路,以提高芯片的转换效率。该设计采用CSMC（Central Semiconductor Man-ufacturing Corporation）0.5μm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工艺,并利用0.5μm双层多晶硅三层金属的CMOS工艺实现了电路的版图绘制。仿真结果证明,变换器能稳定输出电压,并具有较小的电压纹波和较高的转换效率等优点。     

基于预设定频率分布的Colpitts混沌电路设计

为了找出Colpitts混沌电路的设计综合准则,给出基于预设定频率分布的电路主要元件参数表达式.通过引入了电路的数学模型,导出电路的归一化状态方程,在电路仿真的基础上,得到电路的频率分布特征.根据三个预设定的频率分布,计算出电路主要元件参数,使用专业的射频微波仿真软件高级设计系统(ADS)对电路进行仿真.仿真结果表明,在上限频率为100MHz～1GHz的预设定频率分布的情况下,电路输出混沌信号的频谱与预设定频率分布均吻合较好.对混沌Colpitts电路和蔡氏电路的设计准则差异的研究表明,Colpitts电路更适合于高频宽带混沌发生器的应用.     

Energy harvesting via nonlinear energy sink for whole-spacecraft

This paper presents nonlinear energy sink with giant magnetostrictive-piezoelectric material for energy harvesting of the wholespacecraft vibration reduction system. The whole-spacecraft vibration attenuation system can effectively reduce vibration and achieve self-tuning enhanced energy harvesting range. The open-circuit voltage generated at low frequency is affected by the magnetic field force, alternating magnetic field and relative displacement. In order to acquire a steady periodic solution of the energy harvesting system, a combination of the harmonic balance method and pseudo arc length continuation technique is used.The numerical outcomes are consistent with the analytical outcomes in a certain range, which also proves the accuracy and reliability of the results. The amplitude and voltage of the energy harvesting system are analyzed by parameters such as cubic stiffness, viscous damping, and external excitation acceleration. In addition, this paper provides a new idea for broadband energy harvesting.