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非线性磁电换能器模型的谐振磁电效应分析及其输出功率优化

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物理学报 2023年第11期72卷 296-306页

作者：谢冰鸿徐国凯肖绍球喻忠军朱大立中国科学院空天信息创新研究院北京101407 中国科学院信息工程研究所北京100093 中山大学系统科学与工程学院广州510006 中山大学电子与信息工程学院(微电子学院) 广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室广州510006 中国科学院上海微系统与信息技术研究所微系统技术重点实验室上海200050 中国科学院大学网络空间安全学院北京100049

基于非线性磁致伸缩材料的本构方程,建立了一种“磁-力-电”多场耦合的层合磁电换能器的有限元模型,研究了不同偏置磁场下的谐振磁电效应.基于等效电路模型和二端口网络理论,实现了对谐振状态下磁电系数和等效源阻抗的完整求解.在磁电... 详细信息

基于非线性磁致伸缩材料的本构方程,建立了一种“磁-力-电”多场耦合的层合磁电换能器的有限元模型,研究了不同偏置磁场下的谐振磁电效应.基于等效电路模型和二端口网络理论,实现了对谐振状态下磁电系数和等效源阻抗的完整求解.在磁电换能器与负载电阻之间引入优化的L节匹配网络,在提升负载功率的同时拓展了工作带宽.仿真结果与相关文献数据吻合,证实了该模型的准确性和有效性.仿真结果表明,所研究的层合磁电换能器,其磁电系数在450 Oe的偏置磁场下达到51.79 V/(cm·Oe)@51.4 kHz,在350 Oe的偏置磁场下达到极限输出功率–3.01 dBm@50.4 kHz.以保证负载功率为前提,通过优化匹配网络,可实现2.30 dB的功率提升和2.27倍的带宽拓展.本文所建立的非线性有限元模型充分考虑了偏置磁场对谐振磁电效应的影响,该研究结果对小型化磁耦合无线功率传输系统的设计和性能提升具有重要的指导意义.

关键词：磁电效应等效电路二端口网络阻抗匹配

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声波激励天线的建模与多物理场耦合计算

声波激励天线的建模与多物理场耦合计算

2023年全国天线年会

作者：肖绍球徐国凯中山大学电子与信息工程学院(微电子学院) 广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室中山大学系统科学与工程学院

随着5G/6G通信等新技术的迅猛发展,对天线性能的要求日益提高,天线正持续向小型化、定制化和智能化方向发展。然而,极端电小天线（L<<λ/10）由于其工作带宽窄、辐射效率低等缺陷,在实际应用中受到严重限制。以磁电材料为核心的声波激... 详细信息

随着5G/6G通信等新技术的迅猛发展,对天线性能的要求日益提高,天线正持续向小型化、定制化和智能化方向发展。然而,极端电小天线（L<<λ/10）由于其工作带宽窄、辐射效率低等缺陷,在实际应用中受到严重限制。以磁电材料为核心的声波激励天线技术,能够在指定的工作频率和电尺寸下突破传统电小天线的限制,并进一步推动天线的小型化和微型化,具有极其广阔的发展前景。然而,相关研究现状表明,目前人们对超小型声波激励天线还处在以实验研究为主的探索阶段,缺乏有效的建模手段和有力的仿真工具来建立全面且系统的认识。工作在甚低频段（3 kHz～30 kHz）附近的电小压电天线,因其尺寸远小于工作波长,一般采用静电近似的方法进行建模分析,无法预测其电磁辐射行为。Domann和Carman采用理想偶极子近似的方法来量化电磁辐射,却忽略了材料自身介电性的影响,导致辐射效率的预测值偏高。本文提出了基于线性压电本构方程的单向和双向耦合的计算方法,用于建模和准确计算压电电小天线的电磁辐射现象以及其远场辐射特性。结果表明,辐射效率与机电耦合系数成正比,与相对介电常数成反比。针对工作在甚高频段（0.3 GHz～3 GHz）的体声波磁电天线,本文提出了一种"元胞"型建模方法,通过引入力学周期性边界和电磁对称边界,解决了体声波器件横纵比过大的建模难题,并结合阻尼设置,准确计算出了天线的辐射效率。结果表明,磁致伸缩材料的机械品质因数、压磁应力常数、电导率是决定天线辐射效率的关键性参数。基于此,本文建立了包含损耗的Mason等效电路,并对体声波磁电天线的工作机制进行了系统性研究。

关键词：电小天线压电效应磁电效应体声波器件

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一种自动仿型铣床的自适应控制器

控制理论与应用 2004年第6期21卷 1025-1028页

作者：游林儒乔飞徐国凯华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640 大连民族学院机电信息工程系辽宁大连116600

针对一类参数变化幅度大 ,过渡过程频繁的运动系统 ,提出了一种实用的自适应控制器方案 .基于这种结构简单 ,鲁棒性强 ,约束条件较少的方案 ,为一种自动仿型铣床设计了自适应速度控制器 .数字仿真表明 ,自适应调速系统的性能能够满足设... 详细信息

针对一类参数变化幅度大 ,过渡过程频繁的运动系统 ,提出了一种实用的自适应控制器方案 .基于这种结构简单 ,鲁棒性强 ,约束条件较少的方案 ,为一种自动仿型铣床设计了自适应速度控制器 .数字仿真表明 ,自适应调速系统的性能能够满足设计要求 .将仿真结果应用在某实际仿型铣床的控制器上。

关键词：仿型铣床自适应控制器稳定性

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绝缘隔离层对磁电天线辐射效率的影响

绝缘隔离层对磁电天线辐射效率的影响

第十八届全国电波传播年会

作者：冯钊徐国凯李燕肖绍球

为了探究不同绝缘材料以及材料厚度对磁电天线辐射效率的影响,采用磁偶极子等效法以及有限元仿真方法计算了双层复合材料磁电天线的辐射效率.同时,仿真分析了三种不同绝缘材料在不同厚度下对磁电天线的辐射效率的影响,指出隔离层在抑制... 详细信息

为了探究不同绝缘材料以及材料厚度对磁电天线辐射效率的影响,采用磁偶极子等效法以及有限元仿真方法计算了双层复合材料磁电天线的辐射效率.同时,仿真分析了三种不同绝缘材料在不同厚度下对磁电天线的辐射效率的影响,指出隔离层在抑制涡流损耗的同时,也会对天线的辐射效率产生负面影响.选用了三种不同的材料进行分析,结果表明,对于PZT-Terfenol-D材料组成的双层磁电天线,采用二氧化硅作为隔离层材料可以在抑制涡流损耗的同时,减小对天线辐射效率的影响.本文的仿真结果对此类天线的优化设计提供了一定的参考.

关键词：体声波磁电天线涡流损耗天线辐射效率磁电复合材料磁致伸缩材料

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电导率对非线性磁电换能器的影响

电导率对非线性磁电换能器的影响

第十八届全国电波传播年会

作者：徐国凯肖绍球龙云亮

为了完善磁电换能器的建模工作,提出了一种考虑磁致伸缩材料电导率的非线性磁电换能器模型.磁电换能器由磁致伸缩材料Galfenol和压电材料PZT-5A复合而成,研究了"稳态"下的磁致伸缩特性和"频域,小信号"下的谐振磁电效应.仿真结果表明,在2... 详细信息

为了完善磁电换能器的建模工作,提出了一种考虑磁致伸缩材料电导率的非线性磁电换能器模型.磁电换能器由磁致伸缩材料Galfenol和压电材料PZT-5A复合而成,研究了"稳态"下的磁致伸缩特性和"频域,小信号"下的谐振磁电效应.仿真结果表明,在200 Oe的外部偏置磁场下,当电导率由10～7 S/m减小至10～5 S/m时,磁电换能器的极限输出功率峰值提高了11.67 dB.电导率也会影响对磁电换能器的最佳偏置磁场和谐振频率.当等效交流负载偏离最优值时,引入优化的匹配网络可使负载功率提高5.73 dB,工作带宽扩展为原来的2.06倍.该非线性磁电换能器模型充分考虑了偏置磁场和电导率对谐振磁电效应的影响,对小型磁感应无线功率传输系统的设计和性能提升具有重要的指导意义.

关键词：无线功率传输磁电效应磁致伸缩等效电路负载功率

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深化产教融合改革中的产业学院效能建设研究

创新教育研究 2022年第4期10卷 731-735页

作者：徐国凯黄景德张恩光珠海科技学院机械工程学院广东珠海

当前产教融合改革正向更深更广的维度展开,产业学院的改革任务及其建设效能是否给力,会直接影响到产教融合型高校创建的成效。首先分析了深化产教融合改革的形势、产业学院效能建设的重要性和主要内容,论证了科学制定发展规划、健全现... 详细信息

当前产教融合改革正向更深更广的维度展开,产业学院的改革任务及其建设效能是否给力,会直接影响到产教融合型高校创建的成效。首先分析了深化产教融合改革的形势、产业学院效能建设的重要性和主要内容,论证了科学制定发展规划、健全现代治理体系、创新人才培养模式、整合利用优质资源、推进产教深度融合是提升产业学院建设效能的主要途径,为深化产教融合改革路径奠定了理论基础。

关键词：产教融合产业学院效能建设建设路径

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基于铁磁共振的低剖面电小天线

基于铁磁共振的低剖面电小天线

第十七届全国电波传播年会

作者：徐国凯肖绍球李燕龙云亮中山大学系统科学与工程学院中山大学电子与信息工程学院

为了提高电小天线的匹配效率和辐射效率,提出了一种基于铁氧体薄膜铁磁共振效应的新技术.采用包含铁氧体薄膜的理想辐射模型推导了辐射Q值和辐射效率的表达式,指出铁磁共振效应的积极作用.铁氧体材料的复磁导率直接影响天线的辐射性能.... 详细信息

为了提高电小天线的匹配效率和辐射效率,提出了一种基于铁氧体薄膜铁磁共振效应的新技术.采用包含铁氧体薄膜的理想辐射模型推导了辐射Q值和辐射效率的表达式,指出铁磁共振效应的积极作用.铁氧体材料的复磁导率直接影响天线的辐射性能.以金属平面上方的蝶形短振子天线为例进行了仿真分析,模型中铁氧体薄膜的厚度仅为3.08μm.结果表明,引入铁磁共振效应后,在470MHz频率下,原天线的辐射效率提高了16.5d B,实际增益提高了26.2d B.天线的谐振频率能够受到外部偏置磁场的调控.仿真结果与理论分析吻合较好,证实了该方法的有效性.铁磁共振技术为电小天线的设计提供了全新的思路,有望应用在物联网和可穿戴设备等领域.

关键词：电小天线铁磁共振低剖面辐射效率铁氧体薄膜

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虚拟现实行业投资研究

虚拟现实行业投资研究

作者：徐国凯首都经济贸易大学

学位级别：硕士

虚拟现实技术出现于上世纪五六十年代,但在此后的几十年该技术并没有得到很好的发展,直到2014年Facebook收购虚拟现实企业Oculus,虚拟现实才成为众人关注的焦点。近两年,在国内“大众创业,万众创新”的背景下,虚拟现实已成为最热的创业... 详细信息

虚拟现实技术出现于上世纪五六十年代,但在此后的几十年该技术并没有得到很好的发展,直到2014年Facebook收购虚拟现实企业Oculus,虚拟现实才成为众人关注的焦点。近两年,在国内“大众创业,万众创新”的背景下,虚拟现实已成为最热的创业领域。尤其2016年,被称为“虚拟现实元年”,在前期技术、人员、市场积淀的基础上,虚拟现实已展现出爆发的苗头。未来,不管是VR技术本身还是VR+领域的应用都很值得期待。从互联网到移动互联网到虚拟现实,到未来的物联网,每一波信息技术的发展都需要资本的助力,风险投资就是其中很重要的一个因素。但是,面对新兴行业的创业企业,传统的估值模型存在一定的局限性,如何对虚拟现实创业企业给予合理的估值就成为创业企业和创业投资关心的问题。本文一方面对现有的虚拟现实产业链代表企业提供的产品及服务进行了梳理,依据资本市场虚拟现实企业的融资情况和发展现状,发现当前虚拟现实的投资热点主要在于线下体验店、VR内容制作以及行业应用。另一方面,本文创新性地将虚拟现实企业所提供产品及服务的科学性和艺术性作为衡量企业核心竞争力的两大维度,综合:a.该行业已上市领导企业的总市值;b.该行业未上市但被并购的领导企业的总估值;c.该企业在给定的周期内上市的可能性;d.风险资本对该企业的额外估值;e.风险资本本身投资组合对投资回报的要求;f.该企业对内和对外的负债(包括给予员工的期权)等因素提出一个虚拟现实创业企业的估值公式,通过实际案例初步验证公式有效。本文的内容安排如下:第一章阐述本课题研究的背景和意义、研究方法和论文结构安排以及文献综述;第二章主要介绍产业链分析、企业价值评估及创业投资估值等研究理论;第三章介绍虚拟现实行业规模、产业链代表企业提供的主要产品及服务、国内外虚拟现实发展现状、虚拟现实企业融资情况,从创业投资角度对虚拟现实发展.情况进行分析;第四章针对虚拟现实企业的特点,归纳出一种新型创业企业的估值方法框架,结合案例对估值公式进行初步验证;第五章总结本文的研究成果和展望。

关键词：虚拟现实产业链企业价值评估创业投资

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定难军节度使考略

定难军节度使考略

作者：徐国凯北方民族大学

学位级别：硕士

定难军节度使是唐末五代的西北藩镇,西夏史研究学者多把定难军政权看作是西夏王朝的前身。从宏观历史来看,定难军的一步步发展壮大始终与中原王朝有着密切的联系。唐末拓跋思恭因协助唐朝镇压黄巢起义而被封定难军节度使,党项拓跋氏始... 详细信息

定难军节度使是唐末五代的西北藩镇,西夏史研究学者多把定难军政权看作是西夏王朝的前身。从宏观历史来看,定难军的一步步发展壮大始终与中原王朝有着密切的联系。唐末拓跋思恭因协助唐朝镇压黄巢起义而被封定难军节度使,党项拓跋氏始有夏州政权,而唐末至宋初,战乱频繁,政权频迭,而中央政府孱弱,无暇西顾,使得定难军节度使在混乱的政局中崛起,所以定难军政权的延续性与中央政权兴衰紧密结合。定难军节度使的核心区域在其五州之地,五州之地处于农牧交接地带,经济发展较为滞后,但是五州之地具有很高军事价值,也是丝绸之路的重要通道,这也是党项能够立足西北的重要原因。定难军五州土地贫瘠,加上军费开支庞大,故定难军政权的经济对中央政府和中原地区有很大的仰赖性。定难军节度使内部官制基本沿袭了唐末以来的藩镇官制,分为文职僚佐和武职僚佐,通过对定难军内部官制的梳理,进一步分析定难军政权的运行机制和人员构成,从而探讨定难军内部能够保持相对稳定的原因。

关键词：定难军节度使地缘政治经济状况内部官制