同轴谐振腔测量片状介质材料的介电常数

基于同轴谐振腔,提出一种测量低损耗片状介质材料相对介电常数的方法。结合麦克斯韦方程组和电磁场边界条件,分析部分填充介质的同轴谐振腔内TEM谐振模,推导填充介质同轴谐振腔的本征方程。采用多项式拟合法简化计算模型。本文通过计算分析,设计一个空腔工作频率在1.8183 GHz的同轴谐振腔进行研究。在HFSS电磁仿真软件中进行仿真分析,研究填充介质材料的厚度和放置高度对测量结果的影响,仿真测量结果与理论模型结果一致。在实验中搭建测量系统实现全自动测量。实验测量同轴谐振腔空腔的谐振频率为1.8183 GHz。对FR4介质材料的相对介电常数进行测量。经过多次测量表明测量系统稳定性良好。实验结果符合实际标称值,与仿真误差小于5%,证明该方法的可行性和准确性。     

谐振腔内水膜和积盐厚度对蒸汽湿度测量的影响

微波谐振腔法测量蒸汽湿度时,谐振腔内壁面会沉积一层水膜和盐垢,计算在不同水膜和积盐厚度下谐振腔谐振频率的变化,进而分析介质沉积对蒸汽湿度测量的影响。研究结果表明:在水膜或积盐较薄时,其对湿度测量的影响较小,随着沉积介质厚度的增大其影响明显增加;相同水膜厚度时,湿蒸汽压力(温度)对测量结果的影响较小,且随着湿蒸汽压力(温度)的升高,水膜对测量结果的影响略有下降;沉积水膜对测量结果的影响要大于积盐影响,但在用于汽轮机排汽湿度测量时,谐振腔内壁沉积水膜厚度不到35μm,忽略水膜影响引起的湿度测量偏差不到1.262%。     

利用微波谐振技术检测物体密度的软件设计

论述了一种物体密度的微波检测技术,即利用微波谐振技术,通过检测谐振腔的频率变化和微波信号的幅度衰减,来测定微波谐振腔体内的介质的密度。主要阐述了测量原理、校准技术和测量过程。重点对校准过程进行说明,利用频率扫描的方法,逼近谐振腔的谐振频率,对主要的公式进行了理论推导。通过对实验数据的分析与整理,结合工程实践,推导了谐振腔中的介质密度的计算公式。利用这种技术测量得到的物体密度误差满足预期设计要求。     

谐振腔微扰技术测量湿蒸汽两相流的理论分析

蒸汽湿度的准确测量对汽轮机的安全、经济运行和优化设计具有重要意义。根据湿蒸汽混合物的介电性质,采用微波谐振腔介质微扰理论,建立圆柱形谐振腔在TE011模式下测量蒸汽湿度的关系式。测量湿度与湿蒸汽的热物性、温度(压力)、谐振腔的谐振频率和相对频偏有关。湿蒸汽的温度(压力)降低、谐振腔的谐振频率升高、相对频偏升高,湿度测量结果会增大,反之减小。谐振频率降低、温度升高,湿度的测量精度提高。蒸汽湿度测量谐振腔的谐振频率建议在5~10 GHz。对某200 MW凝汽式汽轮机进行排汽湿度测量实验,湿度测量结果与理论计算值吻合,验证了微波谐振腔微扰法测量蒸汽湿度理论的正确性。     

屏蔽效能测试用双焦点平面腔的设计与应用

双焦点平面腔是一种新型的屏蔽效能测试装置。为确定1~18GHz双焦点平面腔的大小,用数值和解析的方法分析了椭圆谐振腔的谐振特性。证明了椭圆腔的高度是决定TM_(mr1)和TE_(mr1)模的谐振频率的主要因素,也是影响输入输出端口传输系数的主要因素。因此,椭圆谐振腔的上限频率确定为TM_(mr1)模的截止频率的80%。在椭圆谐振腔谐振特性分析的基础上制造了双焦点平面腔,并研究了时域门技术在双焦点平面腔法屏蔽效能测试中的应用。     

高开关频率LLC谐振变换器的k-Q分析

针对高功率密度的变换器开关频率正向兆赫兹频率移动,漏感的阻抗不断变大,若忽略变压器次级漏感,LLC谐振变换器会造成电压增益计算存在误差,影响转换效率。在此利用基波分析法(FHA)得到谐振腔的交流等效电路,为了保证高频LLC在软开关区(感性区域)工作,提出了将谐振腔的k-Q关系等式设计准则作为设计指导。此外,在谐振腔参数设计时,为了在输入电压范围内获得高的效率,提出了高频LLC谐振变换器保证高功率因数k的设计准则。最后,制作了一个240 W的LLC谐振变换器样机,在400 kHz的开关频率下进行了实验验证。验证了所提谐振腔设计准则的有效性。     

串联谐振法测量1/4波长介质同轴谐振器的特性参数

本文介绍一种测量1/4波长介质同轴谐振器主要特性参数的方法.介质同轴谐振器等效为并联谐振回路,直接串入线路无法测量其参数,本文提出串联谐振法,即在谐振器的开路端串联一只高Q值的电容器,形成串联谐振回路,用网络分析仪测量其传输曲线,从曲线上直接读出该回路的谐振频率和Q值,然后用本文推导出的公式便可计算得出谐振器的谐振频率和无载Q值.本文还用介电常数为74的陶瓷材料制成了1/4波长介质同轴谐振器进行了一系列的实验,实验结果表明,该方法简单,非常实用.     

DBD高频高压放电电源的设计及其放电特性

为了研究补偿电感量、介质层厚度和气隙大小等参数对介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)特性的影响,采用Buck直流电源与逆变方波电源串联结构作为主电路,设计了一种DBD高频高压放电电源,该电源的输出电压和逆变开关工作频率单独可调。以单层和双层聚四氟乙烯平行板电极结构作为等离子体发生器进行了DBD高频高压放电实验,重点分析了补偿电感量、介质层厚度和气隙大小等参数对DBD放电负载回路谐振频率和DBD放电效果的影响。实验结果表明:改变补偿电感量,可以调节DBD放电负载回路的谐振频率;增大介质层厚度和气隙,介质电容和气隙电容减小,负载回路的谐振频率增大,放电效果减弱。     

用于液膜厚度测量的开式同轴腔传感器结构设计

汽轮机低压缸的湿蒸汽区液膜在高速汽流拖拽撕裂下形成较大水滴,会造成动叶片的严重水蚀,实时监测液膜厚度对于叶片防护及机组的安全运行具有重要意义。对此,搭建了谐振腔等效电路,并推导液膜厚度的测量关系式,设计了电磁性能良好的开式同轴谐振腔传感器,仿真分析了同轴腔的谐振频率随水膜厚度的变化关系,确定了测量关系式中的待定系数;选择蒸馏水为液膜材料,介电常数为81,利用电磁仿真软件HFSS计算水膜厚度h从0变化到1 mm,单位增加0.02 mm时进行拟合仿真,结果表明:拟合相似度0.995,均方根误差0.022。可见,该测量关系式可靠性较高,该测量技术可用于测量汽轮机静叶片、汽缸壁、导流环等结构处的液膜厚度。     

基于谐振腔湿度测量系统的等精度频率测量系统设计

微波谐振腔的谐振频率随腔内介质的介电常数变化而发生偏移.当湿蒸汽流过微波谐振腔时,通过检测谐振腔谐振频率的偏移可以得到湿蒸汽的介电常数,由介电常数和蒸汽湿度的关系,进而确定蒸汽的湿度,频率测量的精度直接影响蒸汽湿度测量的精度.介绍了一种多周期同步与量化延时短时间间隔相结合的频率测量方法,在MSP430单片机的控制下完成宽频率范围内的等精度测量,消除了被测信号±1计数误差,使测量精度达到10e-7,满足蒸汽湿度测量精度的要求.给出了频率测量的硬件原理图,并利用可编程序逻辑器件CPLD来实现,使设计简单,集成度高,可靠性强.     

基于三次样条函数的加Blackman-harris窗插值FFT算法

使用加Blackman-harris窗插值快速傅里叶变换(FFT)算法计算电力系统谐波时,其频率修正系数公式和复振幅的插值修正函数过于复杂.提出利用三次样条函数逼近其频率修正系数的7次多项式和复振幅的修正函数,采用三次样条插值函数的有效形式计算频率修正系数和复振幅的修正系数,将插值FFT算法的频率修正系数曲线分为10段,给定11个等间距插值点,并将复振幅修正系数曲线以频率修正系数间隔0.1分为10段,给定11个等间距插值点,分别构造出频率修正系数和复振幅修正系数的快速计算公式.公式简单,计算量小,程序实现方便,实时性好,并且在分段处连续,分段处的计算值为精确值.仿真结果表明,该算法计算所得幅值误差小于0.01%,频率误差小于0.003 Hz,相位误差小于1%.     

基于SS型磁耦合谐振无线电能传输频带序列划分

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)具有传递功率较大、距离适中、传递效率高等优点。针对MCR-WPT中频率资源划分尚未统一的问题,基于两线圈串联-串联(SS)模型的WPT系统,用电路模型分析WPT系统的运行特性,提出了WPT谐振频率范围划分的距离原则。使不同传递距离范围对应不同谐振频率序列,并结合改进几何均值原则对划分结果进行修正,得到修正后的谐振频率序列推荐值。同时,为增强WPT对负载变化的适应性,将谐振频率点拓展为工作频段,提出基于负载特性的工作频段确定方法。再将谐振频率序列和工作频段结合,实现了基于SS型MCR-WPT系统的频带序列划分。最后搭建实验平台验证频带序列划分结果的合理性。     

谐振变换器中谐振电流-开关频率特性

为了研究介质阻挡放电(DBD)高压逆变电源中,串联谐振电路的谐振电流和逆变器的开关频率之间的关系,谐波分析了由高频高压变压器和DBD负载组成的分布参数电路,在基于数字信号处理芯片(DSP)的高压逆变电源上,研究了谐振频率跟踪的数字化实现方法。研究结果表明,当谐振频率为开关频率的1、3和5等奇数倍时,谐振电流(有效值)曲线上出现了幅值逐渐减小的不同的极大值点;通过跟踪不同的谐振电流的极大值点,可以实现谐振频率的跟踪控制。     

基于非线性宇称时间对称理论的WPT分析与设计

在此分析了一种非线性宇称时间对称的磁耦合谐振无线能量传输系统(WPT)及其电路设计。该设计通过运算放大器组成振荡器作为驱动源,平衡了系统的增益与损耗,其宇称时间对称性可自动将谐振频率调整到满足输出特性要求的工作频率。通过耦合模理论建立WPT电路模型,并分析该电路的工作原理及输出特性。最后,通过仿真和实验得到的电压增益及频率随耦合系数变化的曲线验证了理论的正确性。     

基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制

磁耦合谐振式无线电能传输是无线电能传输领域的研究热点,保持系统工作在谐振频率是磁耦合谐振式无线电能传输的关键技术之一。为了解决磁耦合谐振式无线电能传输系统在工作过程中的谐振失谐问题,本文从理论上分析系统的失谐机理,提出基于自适应PI控制的可变模全数字锁相环的频率跟踪控制方法;建立基于PI控制的全数字锁相环的数学模型,分析PI控制参数对系统性能的影响;设计出一种对全数字锁相环的PI控制参数进行自适应调节且兼顾跟踪控制的速度和精度的自适应控制器;利用FPGA实现所提出的全数字锁相环;仿真结果表明,该全数字锁相环能够较好地实现相位和频率的跟踪功能;最后,在实验样机上进行验证,结果表明该方法可以在谐振频率变化时完成对频率的快速跟踪,使系统工作在谐振状态。     

偏心介质同轴谐振腔的解析研究

文中应用电磁场解析方法并结合传输线理论计算了同轴线、平行偏心同轴线、斜偏心同轴线特性阻抗,进而对偏心同轴线等效为无偏心同轴线时的等效长度以及偏心后引起谐振频率的变化作了计算,解决了介质同轴谐振腔加工过程中由于工艺不完善引起的中心孔偏差所带来的问题。     

NiCuZn铁氧体磁片在NFC天线中的应用及仿真分析

采用线圈式结构设计了近场通信(NFC)天线,并将NiCuZn铁氧体柔性磁片应用于NFC天线系统。利用HFSS仿真软件,研究了天线介质基板厚度、线圈走线宽度、铜线间距以及柔性磁片等对天线回波损耗、谐振频率以及磁场分布的影响。结果表明,天线的走线宽度、走线间距、介质板厚度等参数会影响天线的输入阻抗从而改变谐振频率,最佳的基板厚度0.8 mm、走线宽度a=0.5 mm、走线间距b=1 mm;金属片会导致NFC天线谐振频率偏移,而NiCuZn铁氧体柔性磁片能有效防止金属对天线磁场的干扰以及谐振频率偏移。     

计算电容型设备介质损耗因数的相关函数法的改进

由于不能在整周期区间内准确积分,当采样频率与电网信号频率不同步时,采用有限时间离散相关函数法计算电容型设备的介质损耗因数(介损)会产生较大的误差.采用插值法修正了相关函数法的积分区间,用梯形积分代替矩形积分,采用优化的采样频率和采样点数来提高计算精度.仿真实验表明经过修正的相关函数法对电网频率波动有较强的抑制能力,可明显减少介损的计算误差,从而不必使用同步采集卡.此外,该方法的采样频率不高、采样点数不多,易于通过基于微控制器单元(MCU)或数字信号处理器(DSP)的测量系统实现.     

频率分叉现象对无线电能传输系统的影响

针对磁耦合感应式无线电能传输技术中频率分叉对输出特性的影响,首先利用Matlab仿真分析了频率分叉反映参数、传输效率和耦合因数、失谐因子的关系,然后分析了有效传输距离的影响因素。结果表明,当磁耦合感应式无线电能传输技术工作在临界耦合状态、主谐振频率处或过耦合状态、从谐振频率处时,频率分叉反映参数最大,当其工作在主谐振频率处时传输效率最大。且其有效传输距离与谐振线圈的半径和匝数成正比。     

谐振耦合无线传能高速列车系统最大传输效率的研究

磁耦合谐振式无线传能实际应用的关键性问题是耦合谐振系统的效率。本文着眼于磁耦合谐振式无线传能技术在高铁系统应用的广阔前景,基于耦合模理论基础,分析了运动状态下的高速列车无线供电系统发射线圈与接收线圈固有谐振频率的变化对系统传输效率的影响;同时基于系统整体效率的角度分析了发射端线圈功率因数角是影响系统输电效率的因素之一。由此提出了一种可调发射端功率因数的驱动器频率同步跟踪发射线圈固有频率的频率跟踪控制技术,确保系统工作在最佳功率因数角下的谐振状态,有效的提升了系统的输电效率。本文同时制作了一个谐振频率为80k Hz的小型高速列车供电系统动态模型,并进行了实验验证,为磁耦合谐振式无线传能技术在高铁中的应用打下了理论与实践基础。