基于FDTD方法设计调幅射频辐照头部线圈

本文研究应用于调幅射频电磁场生物效应研究的非接触式射频线圈。首先根据射频辐照线圈的设计要求,通过时域有限差分（Finite Difference Time Domain, FDTD）方法进行电磁仿真计算分析,进而根据仿真计算结果实现辐照原型射频线圈。S参数测试和信号测试结果显示,S11参数达到了-31.41 dB且射频线圈共振在载波频率上,所实现的射频线圈符合设计要求。该射频线圈可作为核心硬件部件应用于后续的调幅射频电磁场生物效应研究中。     

半球型线圈阵列聚焦磁场计算与性能优化

为提高聚磁装置的电磁性能,提升经颅刺激、肿瘤治疗等领域的医疗效果,提出一种半球型线圈阵列结构及优化设计方法.根据电磁场理论建立了聚焦磁场解析计算模型,利用电磁场数值计算方法计算聚焦磁场,验证了解析模型的正确性,揭示了聚焦磁场的分布规律,给出了主要结构参数的灵敏度评价.根据优化目标和约束条件,利用解析模型和智能优化算法(NSGA-Ⅱ)对聚磁线圈阵列开展优化设计,得到满足热性能和聚磁性能等指标的设计结果.建立了聚磁线圈阵列原理样机并开展实验研究.优化计算结果、有限元计算结果及实验结果对比表明:聚焦磁场解析计算模型的计算误差约2%～3%,半球型线圈阵列布置合理,聚焦磁场满足范围、梯度以及幅值要求,采用NSGA-Ⅱ优化设计有效提高了线圈阵列的聚磁性能.     

双模射频IC卡读写器天线设计

通过对环形线圈磁感应强度的电磁场分析,设计实现符合ISO 14443国际标准的射频IC卡读写器天线.根据实际需要将国民技术2.4GHz微波段射频偶极子天线放置于13.56MHz射频天线中,整合成双模射频IC卡读写器天线,为公共交通卡和RF-SIM卡手机支付业务提供支持.     

低频强磁场发生线圈电感系数的计算与测试

针对低频强磁场模拟试验设备中的磁场发生线圈为一大型疏绕螺线圈组,其电感系数难以利用现有公式计算的实际问题,采用理论公式计算该螺线圈组的自感,采用ANSYS有限元仿真计算其有效电感系数(包括自感和互感)。同时,将数值计算结果与实体螺线圈有效电感的测试数据进行了对比分析。研究结果已应用于低频强磁场模拟试验室磁场发生线圈的设计和其电阻、电器、电容脉冲电流激励电路参数的确定。     

北斗接收机强电磁脉冲前门耦合仿真研究

针对北斗接收机易受高功率微波干扰问题,采用圆极化贴片天线为辐照对象,基于CST(computer simulation technology)微波工作室和ADS(advanced design system)2种软件的联合仿真方法,将天线辐照产生的感应电动势注入接收机射频前端电路,并设置节点监测电路参数。仿真实验分析了窄带和超宽带高功率微波对导航接收机辐照的前门耦合过程,结果表明,超宽带电磁脉冲可以引起北斗接收机二级低噪声放大器晶体管烧毁,窄带电磁脉冲会造成前端限幅二极管击穿,造成导航系统无法工作。研究确定了接收机电路的易损部件,为北斗导航接收机的电磁防护设计提供了依据,研究方法也可为其他电磁脉冲前门耦合效应仿真实验提供参考。     

电涡流传感器的有限元仿真研究与分析

电磁场的分布情况是影响电涡流传感器灵敏度和线性度的主要原因。从电涡流传感器的基本原理出发,采用有限元方法,利用ANSYS语言,通过建模、定义材料特性、划分网格、设置边界条件、加载及求解等,对电涡流传感器的电磁场进行仿真研究,并由理论公式验证模型的正确性。通过计算3种尺寸参数不同的线圈,研究分析了线圈的形状结构对传感器灵敏度和线性度的影响,对于电涡流传感器线圈的设计具有指导意义。     

微机械平面螺旋电感的Q值分析与结构优化

为优化微机械平面螺旋电感 ,提出了一种计算品质因数 (Q值 )的方法。通过系统分析影响平面螺旋电感 Q值的主要因素 ,获得硅微机械电感的简化模型 ,在此基础上采用电磁分析法讨论了射频条件下高频电磁场效应对电感寄生电阻的影响 ,从而得到了计算平面螺旋电感 Q值的方法。利用此方法对几何参数不同的几种线圈进行分析 ,获得了具有较高 Q值电感的优化结构。在 2 GHz的工作频率下 ,优化的平面螺旋结构线圈导线宽度和厚度分别为 10μm和5μm     

移动电话射频辐射对机体免疫系统影响的研究进展

从流行病学调查、动物实验和体外研究等方面,综述了近年来国内外学者有关移动电话射频辐射对机体免疫系统影响的研究成果.目前,有关评价电磁场暴露及其危害的流行病学调查依据还很有限,动物实验和体外研究方面的实验结果也缺乏一致性,所以对移动电话射频辐射是否会影响人体健康尚无定论,主要是因为对射频场的作用机理不明确,导致无法制定测试电磁场效应的统一标准.因此,尽早明确射频场的作用机制从而确定流行病学和实验研究的生物指标,是揭示移动电话射频辐射生物学效应的必要途径.     

微小平面电感线圈近场涡流效应的计算模型与实验验证

微小平面电感线圈是一种新型的近场电涡流检测敏感器件,能够应用于复杂表面之间和微机电系统中实现准确的位移测量或无损检测。为了研究微小平面电感线圈的近场涡流效应对其自感和阻抗的影响规律,以轴对称时谐电磁场理论为基础,根据微小平面线圈近场涡流效应的特点,建立了描述微小平面线圈的自感和阻抗变化的数学模型,并进行了详细的模型解析和实验验证。验证结果表明,建立的数学模型具有很强的可计算性,并能够与实验结果很好地相符合,可以为微型平面线圈电涡流传感器的设计提供依据和指导。     

微小平面电感线圈近场涡流效应模型

微小平面电感线圈是一种新型的近场电涡流检测敏感器件,能够应用于复杂表面之间和微机电系统中实现准确的位移测量或无损检测。为了研究微小平面电感线圈的近场涡流效应对其自感和阻抗的影响规律,以轴对称时谐电磁场理论为基础,根据微小平面线圈近场涡流效应的特点,建立了描述微小平面线圈的自感和阻抗变化的数学模型,并进行了详细的模型解析和实验验证。验证结果表明,建立的数学模型具有很强的可计算性,并能够与实验结果很好地相符合,可以为微型平面线圈电涡流传感器的设计提供依据和指导。     

无线充电系统线圈参数优化与偏移特性研究

电动汽车无线充电系统可以实现电能从电网到动力电池的无线传输,无需人工操作,安全可靠,易于实现充电智能化。无线充电过程中,耦合线圈结构参数对于线圈互感值有很大影响,从而影响系统的充电功率和能量传输效率。文章旨在设计并优化无线充电系统线圈结构,以获得合适的充电功率,同时提高充电效率。首先,提出一种基于神经网络和遗传算法相结合的耦合线圈结构参数优化方法,得到最优的线圈和铁氧体参数组合;然后,基于电磁场理论,利用有限元软件分析收发端线圈之间的水平和垂直偏移对线圈自感、互感的影响,研究无线充电系统耦合线圈的偏移特性;最后,搭建了无线充电系统Simulink仿真模型及实验样机进行仿真和实验验证。结果表明,该无线充电系统DC/DC效率高达94.29%,并具有较好的抗偏移特性。     

RFID射频辐射对乳化炸药危害问题研究

射频识别技术(RFID)是物联网行业的基础技术,利用RFID技术可以对民用爆炸物品的流向进行更加有效的监管,但由于该技术会产生射频电流、辐射等危险因素,因此确保安全是其成功应用于民爆领域的前提条件。针对乳化炸药在RFID近场条件下的响应特性和安全性,利用不同电场强度对乳化炸药样品进行辐照,并对比分析乳化炸药经电磁场辐照前后的性能,研究了RFID对乳化炸药的危害,为RFID技术在民爆行业的应用提供依据。     

不锈钢管道均匀电磁场内检测探头设计和试验研究

针对传统的均匀电磁场检测探头不适用于管道内检测的不足,设计一种赫姆霍兹线圈式不锈钢管道内检测探头并搭建试验系统。通过有限元软件COMSOL建立轴向裂纹的不锈钢管道均匀电磁场内检测有限元模型,探究不锈钢管道内电磁场的分布和变化规律,提取特征信号B_z和B_r,分析裂纹的长度和深度对特征信号的影响。根据仿真结果和管道内检测的特点,设计赫姆霍兹线圈式管道内检测探头,搭建不锈钢管道内检测试验系统,并进行试验测试。结果表明:管道内表面的裂纹会引起均匀电磁场的扰动;特征信号B_z的畸变量包含裂纹的深度信息,B_r的波峰波谷间距包含裂纹的长度信息;检测系统可以实现不锈钢管道内表面轴向裂纹的全周向扫查。     

永磁同步电机的结构与其电磁参数关系分析

永磁同步电机的结构多种多样 ,磁场复杂 ,在电机的设计和仿真时 ,电磁参数不易得到。论文提出一种新的方法 ,从电机电磁场的角度 ,研究电磁参数和电机结构的关系。在永磁同步电机的设计和仿真时 ,直接根据具体电机结构调入所需电磁参数 ,不但缩短了仿真程序的开发周期 ,而且能进行多种结构电机的设计 ,增加了程序的通用性。另外 ,从电磁场的角度直接计算电磁参数 ,保证了参数的精确性。针对内置径向式永磁同步电机 ,研究了电磁参数与其结构关系 ,并将所得参数用于电机的设计和仿真。仿真和试验结果表明该方法能快速精确地设计永磁同步电机     

电磁钢轨探伤提离补偿方法研究

针对装备于列车车辆的电磁钢轨探伤装置的设计难点,特别是如何抑制由车辆运行波动导致的传感器提离波动,应用电涡流测距技术设计了提离补偿方法,探伤时电涡流测距线圈动态输出提离距离的变化,由提离距离计算探伤线圈输出值的动态补偿系数,动态修正探伤输出值. 对电涡流测距补偿线圈进行了电磁场有限元仿真及提离补偿的实验室测试. 对比测试结果表明所设计的提离补偿方法可使电磁探伤线圈的输出波形在有无提离波动的情况下基本保持一致.      

经颅磁刺激电磁场分析系统设计

为了对经颅磁刺激下大脑内部磁场分布和变化规律进行准确分析,并对刺激线圈进行个性化设计,设计了经颅磁刺激电磁场分析系统.利用有限元方法,建立真实头模型,对线圈产生的脉冲磁场整个过程做全面的电路磁场混合分析,仿真不同线圈参数在脑内产生的效果.同时,根据临床磁刺激需要,结合数据库技术对磁刺激线圈参数进行自动优化选择.实验表明,该系统分析准确,为实际刺激线圈的制作和临床刺激强度的选择提供了依据.     

管路减振用磁流变阻尼器设计与性能研究

针对流体动力管路减振降噪需求,提出了一种应用于流体动力管路振动控制的双出杆剪切阀式磁流变阻尼器设计方法.以磁流变阻尼器Bingham模型为基础,将磁流变阻尼器结构设计与磁路设计相结合,推导了阻尼器结构参数的计算公式.采用COMSOL对磁流变阻尼器电磁场进行了仿真,并计算了磁流变阻尼器在不同控制电流下的剪切应力.根据所提出的磁流变阻尼器设计方法及管路振动控制需求,研制了磁流变阻尼器样机,并对样机进行了动态力学性能测试.测试结果表明:磁流变阻尼器性能参数与理论设计要求基本一致,证明了该设计方法的正确性和可行性,并且采用该优化设计方法能够简化磁流变阻尼器设计过程和减小磁流变阻尼器体积.      

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振器设计

为提高谐振式无线电能传输系统的工作频率范围并定量化设计谐振器的参数,首先根据谐振式无线电能传输原理,建立电路模型方程,研究了系统传输特性与谐振器线圈参数之间的关系,在指定谐振频率、传输距离、负载和接收功率情况下,实现线圈半径及匝数等参数的选取方法.同时在谐振器参数给定情况下,仿真分析了负载功率、发射线圈电流、传输效率等传输特性随传输距离的变化特性.最终,结合所设计研制的宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过试验对理论推导和仿真计算进行了进一步验证,试验结果与理论分析和仿真结果相吻合.      

基于功率合成器的北斗射频功率放大器设计

针对当前应用于北斗卫星系统的射频功率放大器的小功率、低效率、高成本等缺点,本文提出一种基于功分合路器的改进型三级级联射频功率放大器设计方案。利用负载牵引法对末级功率放大器进行设计,利用集总参数与分布参数相结合的技巧对微带低通滤波器进行设计,利用小信号S参数法对前置级放大器进行设计。通过详细的理论分析和仿真优化,结合射频硬件电路和结构的设计要求,实际制作并实现稳定高效的30 W射频功率放大器设计。该方案可使低供电电压的小功率射频器件实现较大功率输出,并较好地兼顾线性度和效率。     

高频调幅交变电磁场中金属液滴悬浮振荡特性的数值模拟分析

根据高频调幅交变电磁场中金属液滴悬浮振荡的实验结果,构建了二维数值计算模型,采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法数值模拟了液滴自由表面的振荡.模拟结果获得了高频调幅电磁场中悬浮振荡液滴的内部磁场、流场和自由表面形状.对液滴自由表面特征点的位移随时间的变化过程进行了傅里叶分析,获得了液滴在不同调制频率的交变电磁场中振荡的频谱,发现了高频调幅电磁场中金属液滴悬浮振荡的频谱特性.数值结果与实验和理论分析结果定性吻合.