电热耦合效应的金属单点接触结构的无源互调研究

针对现有无源互调(PIM)模型不能准确解释互调机理并描述测试规律的问题,提出了一种基于电热耦合效应的PIM产生机理和模型,并利用金属单点接触结构进行了实验验证。首先,提出了一种基于缝隙波导近场耦合的PIM测试方法,该方法使待测结构与测试工装分离,克服了传统PIM实验研究针对整体微波部件进行测试分析的限制,能够实现单个点接触结构的PIM效应的研究;然后,对铝接触在不同状态下的表面成分和电接触特性进行研究,结果表明,金属表面存在的氧化层和沾污物是引起其接触结PIM产生和劣化的根本原因,微波辐照时电热耦合效应影响接触结的阻抗;最后,通过实验获取了铝、紫铜和黄铜等材料组成的单点接触结构的PIM,提出了基于电热耦合效应的PIM产生机理和模型。实验和理论结果表明,相对于传统的数学经验模型或多项式数学拟合,结合电热耦合的接触非线性模型,从物理底层出发,对PIM的产生根源和机理给出了明确解释,能够更加准确地计算和预测PIM。     

电热耦合引起的微带传输线无源互调计算与验证

为了克服传统微带点源模型中计算变量单一、缺乏物理机理分析的缺陷,提出了一种基于电热耦合效应的微带非线性传输线模型。首先在传统的传输线方程中引入3阶非线性电阻系数,确立了微带线中3阶无源互调(PIM)功率的计算方法;然后考虑电热耦合效应,给出了非线性电阻系数的数学关系式,结合电流密度的变化,得出了PIM功率随微带线宽度和频率的计算结果;最后通过实验对计算结果进行了验证,实验结果与理论计算比较吻合。计算与实验结果表明,相比于传统的非线性点源模型,结合电热耦合效应的非线性传输线模型对互调的计算分析更加完善,在微带线长度之外给出了微带线宽度、频率、输入功率等变量与微带线PIM功率的相对关系,能够更全面地预测微带线上无源互调的影响。     

基于幂级数法分析和计算MIM引起的无源互调功率电平

针对微波和射频频段通信系统中产生的无源互调干扰,建立了天线中铝-三氧化二铝-铝结所产生的3阶互调分量的数学模型。在计算3阶互调分量的基础上,采用幂级数法计算了5阶互调分量,并比较了不同氧化铝结所产生的互调分量。计算结果和实测结果表明金属氧化结产生的互调电平随输入功率的增加而增大,并且随着氧化结厚度的增加而增大。     

金属波导连接的无源互调非线性物理机制和计算方法

针对大功率条件下金属波导连接的无源互调(PIM)难以预测的问题,提出了一种金属波导结的PIM非线性物理机制和计算方法.考虑到波导表面的粗糙度和薄介质层,将波导连接视为MIM(Metal-Insulator-Metal)结构并确立其粗糙表面接触模型和等效电路模型,然后依据MIM结构的导电机理将量子隧穿电流和热发射电流视作引起PIM的非线性根源,最后运用傅里叶变换计算各阶PIM功率.相比传统的幂级数方法,该方法能快速计算各阶PIM且无需进行参数拟合.以双载波条件下工作于TE10模式的铝质矩形波导为例进行仿真实验,结果表明:波导间接触压力越大,各阶PIM越小;PIM阶数越高,载波功率之比对其影响越大;新方法预测的5、7、9阶PIM功率相对于载波功率的增长率约为2,比传统幂级数展开法估计的结果更符合实际.     

用频设备二阶互调低频阻塞效应建模评估方法

针对用频设备复杂电磁环境适应性试验评估的技术需求,从二阶互调低频阻塞效应机理出发,引入二阶互调低频阻塞干扰因子、低频干扰电平相对值,建立了二阶互调低频阻塞效应模型.理论推导与实验测定相结合,给出了二阶互调低频阻塞效应模型参数的确定方法和建模评估流程,以导航接收机作为受试设备进行了实验验证.结果表明:利用测试确定的二阶互调低频阻塞效应模型参数,依据用频设备单频电磁辐射阻塞临界干扰场强测试数据和环境电磁场频谱分布参数,能够客观评估用频设备的二阶互调低频阻塞效应,误差在2 dB以内.      

GSM频段的功分器PIM测试系统设计

大功率多通道通信系统中无源互调干扰问题的日益严重,引起了越来越多的专家和研究学者对互调干扰测量的重视。文章鉴于商用的无源互调测试仪在测试PIM信号时较难实现多端口同时测试的需求,自行设计了一个在GSM频段下的功分器三阶PIM测试系统。系统同时测试了功分器3个端口的PIM信号,测试的平均结果满足测试指标要求。     

一种S波段基于热致振动引起无源互调的初步机理分析

针对S波段通信系统中的无源互调(PIM)干扰问题,提出了一种基于热致振动的无源互调新机理。在双频微波输入条件下,从拍现象中温度波动出发,通过热致振动中的阻抗变化关系,建立了统一的传输线非线性方程,然后以波导为对象进行了多物理场仿真分析和实验验证。设计并加工了3种不同窄边厚度的BJ-22型波导,利用大功率无源互调测量系统,在47~53 d Bm功率范围内测试波导9阶PIM功率。结果表明,相同大功率输入条件下,波导壁越薄,波导PIM越强,显示热致振动会引起PIM并受振动程度的影响。     

悬置非接触式低无源互调波导法兰转换方法

针对卫星大功率微波通信系统中,波导法兰连接器由于金属接触非线性而导致的无源互调(PIM)干扰问题,提出新型悬置非接触式低无源互调波导法兰转换方法。通过悬置式周期性钉床结构,在波导法兰面之间构造双面非接触的转换连接结构,通过合理的尺寸参数设计,转换连接时在法兰面间形成电磁带隙结构,利用电磁禁带特性实现电磁场屏蔽,保证波导间正常电磁传输,同时实现了结构紧凑且内部非接触的法兰连接。该方法可以从根本上消除传统波导法兰由于不良金属电接触所导致的接触非线性,实现高效PIM抑制。设计了Ku频段非接触式低PIM波导法兰转换器样件,在工作频段10～15GHz内,样件实测插入损耗小于0.08dB,回波损耗优于20dB。PIM实测结果表明:应用该转换器样件后,对传统波导法兰连接的最大PIM抑制度超过50dB,平均值优于25dB,获得了稳定的低PIM性能,为解决传统波导法兰连接器的PIM问题提供了一种新的思路。     

铝电解槽三维电热场的ANSYS分析

利用有限元分析软件ANSYS，探讨了铝电解槽三维电热场数学模型，边界条件以及有限元分析的几何模型。针对贵阳铝镁设计研究院的230kA电解槽，进行了比较复杂的边界条件计算，建立了较为完善的数学模型和几何模型。在此基础上对其温度场和电场进行了三维耦合计算。为铝电解槽的优化设计提供了准确，快速且经济的研究手段。     

Josephson结与谐振腔耦合的数值研究

根据谐振腔与Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结耦合结构的等效电路模型,用数值计算方法研究了结与谐振腔互作用时的Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ效应,得出腔感应电流台阶主度与谐振电路的品质因素Ｑ值之间的关系;在外加微波辐照下,发现Ｓｈａｐｉｒｏ台阶高度随微波功率地的变化也有变化,并计算了损耗电阻ＲＬ对耦合结构Ｓｈａｐｉｒｏ台阶高度随海峡 波功能变化关系的影响。     

磁性颗粒复合介质中磁电阻机制诱导的庞磁电容效应

最近的实验和理论研究表明,磁电阻效应结合Maxwell-Wagner电路模型,磁性颗粒复合介质中也可能产生庞磁电容效应.这种庞磁电容效应与传统的磁电材料中由于直接的磁电耦合机制而产生的磁电容效应不同,它将会具有很高的实际应用价值.从磁性颗粒复合体系微观结构出发,应用Maxwell-Garnett理论(MGT)和磁电阻机制,研究了磁性颗粒复合体系中的庞磁电容效应随外加磁场和组分浓度p的变化关系,很好地解释了实验结果.     

静电放电电磁脉冲辐照效应研究

基于传输线理论研究了静电放电电磁脉冲(ESD EMP)对电路的辐照效应机理,并建立了相关的数学模型.参照IEC61000-4-2标准,进行了ESD EMP辐照效应实验,同时实测了耦合板周围电场强度,实验结果表明,当受试设备电路板平行于水平耦合板(HCP)放置时,在电场强度类似的情况下,对水平耦合板(HCP)放电时的感应干扰电压普遍比对垂直耦合板(VCP)放电时高.将实验结果与模型分析比较,结果吻合良好,因此可以用此模型来研究静电放电产生的电磁脉冲场与电子系统的能量耦合问题.本文研究也表明现行的IEC61000-4-2标准存在不足,水平耦合金属板会改变静电放电电磁脉冲辐射场的入射方向,对测试结果影响较大,需要对被测设备(EUT)的摆放位置作进一步的规范.     

高功率微波对导弹耦合特性研究进展

HPM照射到导弹上并产生毁伤效应的过程包括微波源辐射、微波与目标耦合和电子元器件毁伤三个过程。其中,高功率微波对导弹武器的耦合效应是高功率微波领域的研究重点,是反导毁伤效应的研究基础。总结了耦合效应的研究内容,耦合的四种途径,对国内外研究过程、进展现状进行了梳理、对理论算法进行了综合分析,对未来的研究方向作了描述。     

GSM900与GSM1800组合式无源互调测试系统

降低无源互调信号的功率能够提高接收机的灵敏度,对提高系统容量以及改善通信环境具有重要意义.组合式互调测试系统具有诸多优势,测试精度、测试效率、易操作性和稳定性均优于互调仪,尤其在大批量无源器件的测量上具有比较明显的优势.依据IEC 62037推荐的测试方法及中国移动无源器件技术规范测试要求,建立组合式无源互调自动测试系统,实现了GSM900和GSM1800频段三阶、五阶和七阶无源互调自动化测试.着重描述了无源互调的定义、产生原理、测试系统的结构以及测试方法.测试结果与数据分析表明,该系统的稳定性及测试数据的准确性均满足中国移动无源器件技术规范中的测试要求.     

PZT在NZFO环状复合下的磁电容与磁电感

实验研究了室温(300 K)下的锆钛酸铅(PZT)与镍锌铁氧体(NZFO)环状复合结构磁电耦合效应。在谐振频率附近,环状复合的PZT的磁电容效应比层状结构的高出许多,且出现了负电容。实验引入PZT的等效模型与磁电感ML用于阐明PZT在谐振频率处,负电容产生的机理以及磁电容与磁电感具有互补的特性。     

PN结二极管计算机数值模拟研究

本文研究PN结半导体器件在高功率微波(HPM)激励下的损伤机理,建立起PN结稳态和瞬态行为的一维模型。利用偏微分方程软件FlexPDE求解PN结所满足的刚性、耦合、非线性偏微分方程组,来分析其非线性响应特性。为今后的半导体器件的破坏阈值分析打下基础。     

预焙铝电解槽三维槽帮形状的模拟计算

应用APDL语言设计一种新型的三维槽帮形状计算算法,通过循环调用前处理、求解和后处理模块,自动调整三维槽帮表面节点坐标,实现铝电解槽三维槽帮形状的计算.选择成熟的180 kA铝电解槽作为研究算例,在有限元软件ANSYS的平台上建立四分之一槽电热模型,并引入热接触来描述熔体与槽帮、阳极和阴极等之间的对流传热,进行三维槽帮的数值仿真研究.采用这种三维计算方法可以更加真实的考虑铝电解槽的结构和工艺参数情况,电热耦合计算又将电场对热场的影响考虑在内,更加符合实际情况.研究结果表明:该算法得到的槽帮形状与实测结果基本一致,同时验证铝电解槽槽帮在小面厚度大于大面厚度,而在角部处槽帮最厚的规律.该方法可为新型铝电解槽设计提供技术支撑.     

利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线实现约瑟夫森结阵列的自辐射

本文提出了一种利用Fabry-Perot谐振腔和介质谐振天线,同时集成偶极天线阵实现约瑟夫森结阵列自辐射的方法.在介质基片上制作集成偶极天线阵的双晶约瑟夫森结阵列,并将其嵌入到Fabry-Perot谐振腔内.将基片作为一介质谐振天线,使其与Fabry-Perot谐振腔谐振在同一频率下,从而通过高频电磁耦合机制实现结之间以及结与外部微波电路之间的耦合.文中分别进行了数值仿真和实验研究.对一个包含166个双晶约瑟夫森结的结阵列进行了液氮温度时的测试,在片外（off-chip）检测到了75.2GHz,10pW的辐射信号,与仿真结果吻合.该方法为基于约瑟夫森效应的太赫兹（THz）源提供了一种可能.     

微波的生物非热效应的机理研究

水分子是极性分子，水分子之间存在的电偶圾相互作用，使它们以氢键的形式相互偶联在一起，形成水的团簇结构，且这种结构是一种动态结合．在微波场的作用下，水分子将发生取向极化，其转动频率恰在微波频率范围内，因此，原来较大的水分集团变小．甚至产生单个的水分子．以微波与微生物水相互作用的实验数据为基础，研究了微波与生物体相互作用时可以产生的两种效应，即热效应和非热效应．提出了非热效应是微波作用于生物的主要效应．并对微波与生物体的作用机制给予了解释。     

铝电解槽电热场计算精度与网格密度的关系

以某300 kA铝电解槽为实验对象,利用有限元商业软件ANSYS12.0建立其1/4槽电热模型,研究电热场计算精度与网格密度的关系.首先,通过在同一模型但不同网格划分策略下的计算结果和计算时间的实验比较,初步确定整体网格划分方案,再在模型局部区域进行网格疏密的探索研究.研究结果表明:对于铝电解槽电热场仿真精度而言,电流密度越大的区域受网格密度影响越大,应采用较细的网格;而电势梯度和温度梯度并非网格密度的决定性因素;最终确定所用算例模型的网格划分方案为:x和y方向单元尺寸均为30mm,z方向阳极钢爪与阳极炭块接触部分取40 mm,z方向其余部分取70 mm,此时,计算精度高且计算效率最高.