基于石墨烯超表面天线的太赫兹动态相位调控及波束扫描

太赫兹波频段介于毫米波和红外光之间,具有诸多优异特性,太赫兹天线更是太赫兹通信、雷达和成像等应用系统中的核心元器件。然而,目前报道的太赫兹天线均无法满足较大动态范围的相位扫描、高效率辐射和大偏转角度的需求。该文设计了 3 种石墨烯太赫兹天线,最小尺寸为 5 μm,并对其辐射效率和相位调控特性进行研究,进而提出具有双共振模式的石墨烯-金属太赫兹超表面天线,缓解了传统的基于单共振模式的相位动态调控范围和辐射效率之间的矛盾,实现了 0～360°的动态相位调控,且辐射效率高于 20%。该研究采用微加工工艺进行样品加工,通过改变栅极电压,在实验上获得了 1.03 THz 的太赫兹动态相位调控,反射率高于 23%,与仿真结果基本吻合。在此基础上,该文基于连续相位编码设计了石墨烯超表面相控阵天线,理论上实现了太赫兹波束在－25°～25°范围内的实时波束偏转。该文为解决超表面相控阵天线的相位动态调控范围小、辐射效率低等难题提供了新的研究思路。     

考虑负荷频率特性的新能源场站一次调频控制方法

随着大容量高比例的新能源集中接入电网,传统电网可用的频率响应资源占比逐步减少。为了充分发挥新能源场站参与电网快速一次调频的潜力,提高电网的电能质量,在新能源场站常规有功-频率下垂控制方法基础上,提出了一种考虑负荷频率特性的新能源场站一次调频控制方法,该方法提高了系统频率的抗扰动能力。采用MATLAB/Simulink对典型负荷频率特性的新能源场站一次调频控制方法进行了仿真验证,结果表明所提出的控制方法可以显著提高系统频率稳定性,对新能源场站一次调频具有重要参考意义。     

SVPWM教学研究之重点解析

SVPWM是电力电子技术教学中的重要内容,本文对空间矢量调制的教学重点做了一个较为全面系统的梳理。重点阐述SVPWM的核心思想,特别是三相正弦交流电SVPWM的基本原理,严格证明了三相电压的空间矢量相等与线电压相等等价。同时,证明在SVPWM下,逆变器输出的最大圆为基本空间矢量构成的正六边形的内接圆、直流母线电压利用率提高了约15.4%。     

基于峰宽修正的玻璃药瓶内氧气残留浓度的检测研究

玻璃药瓶中的氧气残留对瓶中药品的无菌特性造成了严重的威胁。采用波长调制光谱（Wavelength Modulated Spectrum, WMS）技术解调得到的二次谐波信号峰高值作为氧浓度反演的基础。然而,在用二次谐波信号测量气体浓度时,由于调制深度的变化会导致二次谐波峰值的变化,这通常会给系统带来误差,进而降低浓度的反演精度。而调制深度受调制电流波动、温度和压强变化等因素的影响不能直接计算获得进而修正。针对这一问题,本文成功地将调制深度与二次谐波峰高的关系转换为二次谐波峰宽和峰高的关系。然后,利用峰宽校正后的谐波峰高对气体浓度进行反演。初步实验表明,利用峰宽校正后的谐波峰高对瓶内气体浓度进行预测的准确性提高了2.1%,且系统的整体鲁棒性也得以提升。本文提出的校正方法不需要系统参数信息与气体成分信息,可以直接从谐波信号本身出发对调制深度进行校正,十分适合于工业现场的在线氧气浓度预测。     

相位调制微波光传输链路特性分析（特邀）

常规的微波光子系统采用强度调制方式实现微波信号的电光转换,由于调制器采用马赫-曾德尔干涉结构(MZI),系统性能不仅受到自身正弦响应特性的制约,而且需要进行偏置点控制,因此存在动态范围受限、系统控制复杂以及3 dB固有损耗带来的效率不足的问题,而采用相位调制可避免该问题。围绕相位调制光传输链路,为了完成相位调制信号的光电解调,文章提出采用薄膜滤波器通过边带抑制与边带选通两种方式实现相位调制到强度调制的转换,并分析了链路射频性能与器件参数之间的映射关系。实测对比了相位调制与常规强度调制链路之间的传输特性,通过分析可知,在相同链路配置条件下,相位调制链路具有更高的传输效率,而且光滤波带来的均衡作用,使得相位调制链路的3 dB带宽比强度调制链路大两倍。     

Simultaneous wireless information and power transfer with fixed and adaptive modulation

Activating Wireless Power Transfer (WPT) in Radio-Frequency (RF) to provide on-demand energy supply to widely deployed Internet of Everything devices is a key to the next-generation energy self-sustainable 6G network. However, Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT) in the same RF bands is challenging. The majority of previous studies compared SWIPT performance to Gaussian signaling with an infinite alphabet, which is impossible to implement in any realistic communication system. In contrast, we study the SWIPT system in a well-known Nakagami-m wireless fading channel using practical modulation techniques with finite alphabet. The attainable rate-energy-reliability tradeoff and the corresponding rationale are revealed for fixed modulation schemes. Furthermore, an adaptive modulation-based transceiver is provided for further expanding the attainable rate-energy-reliability region based on various SWIPT performances of different modulation schemes. The modulation switching thresholds and transmit power allocation at the SWIPT transmitter and the power splitting ratios at the SWIPT receiver are jointly optimized to maximize the attainable spectrum efficiency of wireless information transfer while satisfying the WPT requirement and the instantaneous and average BER constraints. Numerical results demonstrate the SWIPT performance of various fixed modulation schemes in different fading conditions. The advantage of the adaptive modulation-based SWIPT transceiver is validated.     

多台电力电子变压器云-边脉宽调制同步控制策略

为提升多台电力电子变压器(Power Electronic Transformer)的高频开关谐波协同控制能力,需实现高精度、高可靠的脉宽调试同步控制。本文提出一种基于“云-边”双重信息的多PET脉宽调制同步策略：在通讯系统正常运行时,PET利用“云”端发送的同步信号实现高精度的脉宽调试同步;当通讯系统故障时,PET可利用“边”端计算结果实现高可靠的脉宽调制同步。因硬件要求低,该策略易于应用。实验证明,该策略能兼顾脉宽调制同步的精度与可靠性,保证高频率开关谐波协同控制。     

一种SVPWM简化算法的设计与实现

针对传统空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法需要进行求反正切、求正弦、求余弦等三角运算,造成其在嵌入式MCU中实现较为复杂、计算量大的问题,介绍了一种简化的SVPWM算法。设计了一种和（a,b,c）三相参考系成逆时针90°夹角的（a'',b'',c''）参考系,使新的三相参考系和SVPWM扇区边界垂直,将（α,β）正交坐标系下的合成电压空间矢量U_s映射到（a'',b'',c''）参考系,根据a''、b''、c''轴分量的正负号直接判断矢量所在扇区。将PWM模块设置为中心对齐模式,跳过基本矢量维持时间的计算,根据标幺化的a''、b''、c''轴分量和U_s所在扇区直接计算PWM模块的占空比,采用七段式SVPWM方法实现对a、b、c三相相电压的SVPWM。所提算法简化了SVPWM中的空间矢量扇区判断和占空比计算,缩短了SVPWM的运算时间,为进一步提升逆变器的开关频率提供了空间。     

正交多载波降噪差分混沌键控通信系统

为解决多载波差分混沌移位键控(MC-DCSK)系统传输速率低和误码性能差的缺点,该文提出一种正交多载波降噪差分混沌移位键控(QMC-NR-DCSK)系统。在发送端,预定义载波用于发送参考信号,剩余M-1个不同中心频率的载波及其经正交调制技术后得到的频率相同但相位正交的载波都用于传输信息信号,此外,通过进一步引入Hilbert变换,将系统的频带利用率和传输速率提升为MC-DCSK系统的4倍。在接收端引入滑动平均滤波器的降噪操作降低了噪声的方差,从而改善了系统误码性能。推导了QMC-NR-DCSK系统在加性高斯白噪声(AWGN)信道和多径瑞利衰落(RFC)信道下的比特误码率公式并进行了仿真。仿真结果和理论分析表明：QMC-NR-DCSK系统能有效提升传输速率、带宽效率和误码性能,为该系统应用于多载波无线通信提供理论参考。     

Single particle tracking of fluorescent nanodiamonds in cells and organisms

Ever since the discovery of fullerenes in 1985, nanocarbon has demonstrated a wide range of applications in various areas of science and engineering. Compared with metal, oxide, and semiconductor nanoparticles, the carbon-based nanomaterials have distinct advantages in both biotechnological and biomedical applications due to their inherent biocompatibility. Fluorescent nanodiamond (FND) joined the nanocarbon family in 2005. It was initially developed as a contrast agent for bioimaging because it can emit bright red photoluminescence from negatively charged nitrogen-vacancy centers built in the diamond matrix. A notable application of this technology is to study the cytoplasmic dynamics of living cells by tracking single bioconjugated FNDs in intracellular medium. This article provides a critical review on recent advances and developments of such single particle tracking (SPT) research. It summarizes SPT and related studies of FNDs in cells (such as cancer cell lines) and organisms (including zebrafish embryos, fruit fly embryos, whole nematodes, and mice) using assorted imaging techniques.