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一种基于开路对称耦合微带线的L形双频实阻抗匹配网络

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南昌工程学院学报 2022年第6期41卷 71-77页

作者：刘宝宏卫润田涂振宇南昌工程学院江西省水信息协同感知与智能处理重点实验室江西南昌330099

提出了一种采用开路对称耦合微带线的L形双频实阻抗匹配网络。该匹配网络由开路对称耦合微带线和并联微带线构成,能够实现工作频率比率大范围变化和负载阻抗波动的阻抗匹配。给出了设计步骤并进行了数值仿真,仿真结果验证了设计方法的... 详细信息

提出了一种采用开路对称耦合微带线的L形双频实阻抗匹配网络。该匹配网络由开路对称耦合微带线和并联微带线构成,能够实现工作频率比率大范围变化和负载阻抗波动的阻抗匹配。给出了设计步骤并进行了数值仿真,仿真结果验证了设计方法的有效性。相对于已有的双频阻抗匹配网络,提出的开路对称耦合微带线双频实阻抗匹配网络具有尺寸小、易实现匹配等特点。

关键词：开路对称耦合微带线 L形双频匹配小尺寸

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随钻声波传输中换能器声源功率匹配实验研究

重庆科技学院学报（自然科学版） 2016年第5期18卷 123-126页

作者：陈勇尚海燕秦琼西安石油大学井下测控研究所西安710065

研究了随钻声波传输中压电换能器声源发射功率,提出了并联式压电换能器阵列双频匹配方式。实验结果表明,该方法能使压电换能器声源机械转换效率达到最大,在双频谐振点的发射功率达到200 W以上,满足随钻声波传输现场的功率输出要求,提高... 详细信息

研究了随钻声波传输中压电换能器声源发射功率,提出了并联式压电换能器阵列双频匹配方式。实验结果表明,该方法能使压电换能器声源机械转换效率达到最大,在双频谐振点的发射功率达到200 W以上,满足随钻声波传输现场的功率输出要求,提高了声波的传输距离,为实现基于压电换能器阵列声源的声波长距离传输奠定了基础。

关键词：并联式压电换能器阵列声源功率电感匹配双频匹配

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ISM频段双频无线传能电路研究

ISM频段双频无线传能电路研究

作者：吴芳中国科学技术大学

学位级别：硕士

无线能量传输(Wireless Power Transmission,简称WPT)利用无线的方式传输能量,免去了电源线的约束,在不适合有线传输的情况下,可以给电子设备提供稳定有效的电源,是将来输电技术的一个重要发展方向。对于WPT系统,在提高系统转换效率的同... 详细信息

无线能量传输(Wireless Power Transmission,简称WPT)利用无线的方式传输能量,免去了电源线的约束,在不适合有线传输的情况下,可以给电子设备提供稳定有效的电源,是将来输电技术的一个重要发展方向。对于WPT系统,在提高系统转换效率的同时,多频化和小型化也是研究的热点。本文针对工作在ISM(Industrial Scientific Medical,简称ISM)公用频段的双频无线传能电路开展研究,对于实现WPT系统的高效率、多频和小型化,具有积极的推动意义。本文研究的WPT系统工作在2.45GHz和5.8GHz,属于不需要申请就可以使用的ISM频段,系统主要由两部分组成,一是接收射频能量的天线,二是将交流转化为直流的整流电路。论文的主要研究内容和创新如下:1.设计了一种共面波导(Coplanar Waveguide,简称CPW)馈电的双频圆极化能量接收天线。通过改变辐射单元结构,使天线同时工作在2.45GHz和5.8GHz,相比于使用两根天线实现双频,大大减小了体积;通过在等效地上添加对角结构,使天线在两个频点都实现圆极化,并分析了添加缝隙对轴比的影响。通过加工测试,天线在2.45GHz的增益为3.46dBi,在5.8GHz的增益为5.65dBi,满足了设计要求。2.设计了一种新型的双频带整流电路。肖特基二极管的非线性特性增加了整流电路设计的难度,也直接影响整流效率,本文采用闭路公式法和ADS电磁仿真法对肖特基二极管的非线性特性进行了分析,在理论上增加了设计的准确性。不同的输入功率会导致二极管特性的改变,当二极管在大信号下工作时,会产生高次谐波,本文设计了一种新型的扇形枝节滤波器,用以滤除基频和二极管产生的高次谐波。扇形枝节不仅用于小型化,而且与传统射频电容相比,还可降低成本。为了解决二极管前后端电路的失配问题造成能量损耗,本文利用微带线结构设计了一种双频双枝节匹配电路,得到了较好的双频匹配。本文提出的整流器电路可以同时工作在ISM频带的两个不相关的频率上(2.45GHz和5.8GHz),并且可以实现较高的转换效率。通过加工测试,电路得到了实验验证。3.推导了双频传能系统的RF-DC转换效率,并提出了设计方案。通过搭建实验平台,验证了此双频无线传能系统的可行性。

关键词： ISM频段无线传能圆极化天线整流电路双频匹配

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微波无线功率传输系统中非线性器件的研究

微波无线功率传输系统中非线性器件的研究

作者：罗小敏电子科技大学

学位级别：硕士

早期的能量传输系统都是以线缆作为载体,其干扰较小,但是远距离的能量传输除了要建立复杂的系统外,成本也较高,而且系统的长期维护也是一大难题。微波无线输能技术（Microwave wireless power transmission简称WPT）的出现,恰恰弥补了... 详细信息

早期的能量传输系统都是以线缆作为载体,其干扰较小,但是远距离的能量传输除了要建立复杂的系统外,成本也较高,而且系统的长期维护也是一大难题。微波无线输能技术（Microwave wireless power transmission简称WPT）的出现,恰恰弥补了这一缺点,其各方面的性能也随着科技的发展在不断的优化提高。其中随着应用场景的多样化,除了对传输效率的要求,对频率与功率容量等方面的要求也在逐步变化。本文致力于微波无线输能系统中非线性器件的研究,主要包括功率容量的提升以及频带的拓宽两个方面。研究内容如下:1.通过对现有的功放器件的分析,选择晶体管的特性与设计方向符合的型号。分析了静态工作点与谐波信号的关系,结合谐波抑制的指标选取恰当的静态工作点。采用Load-pull设计宽带输入输出匹配,实现增益、输出功率等方面的设计指标。并且对小信号放大器的宽带匹配方法进行分析。通过原理图仿真分析,版图仿真再进行优化,结合板材参数以及电路中各个节点可承受功率并且采用两路功放并联合成输出的方法完成版图设计。实验最终完成了倍频程工作带宽下,线性度良好且饱和输出功率达100W的宽带功率放大器设计。2.相比于较多的肖特基二极管整流电路,基于GaN HEMT整流电路的相关研究较少。在大功率整流需求背景的推动下,通过分析GaN HEMT不同工作状态下的I-V特性证明其可作为整流器件使用,进而实现整流电路功率容量上的提升。在拓宽工作频方面,经过原理分析,公式推导,实现同一匹配结构下L波段内两个频点分别达到65%与76%的整流效率。最终实验结果表明,在1.15GHz与1.7GHz的工作频率,输入功率为10W的工作状态下,整流效率分别达到50%与65%,完成了双频大功率整流电路的设计。本论文提出一种搭建宽带大功率微波无线输能系统的设计方法。其中从功率放大器与整流电路的设计理论出发,结合仿真模型、仿真工具与实验经验完成了设计指标。

关键词：无线输能宽带匹配功率放大器大功率整流双频匹配

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民用反无人机电磁干扰关键技术研究

民用反无人机电磁干扰关键技术研究

作者：肖庆超福建工程学院

学位级别：硕士

随着民用无人机行业的迅速发展,无人机为人们的生产生活带来了极大的便利。但近年来,随着民用无人机数量的增多,“黑飞”无人机引发的危险事故层出不穷,不仅影响了机场、铁路等部门的安全运行,也给个人隐私甚至国家机密带来泄露的风险... 详细信息

随着民用无人机行业的迅速发展,无人机为人们的生产生活带来了极大的便利。但近年来,随着民用无人机数量的增多,“黑飞”无人机引发的危险事故层出不穷,不仅影响了机场、铁路等部门的安全运行,也给个人隐私甚至国家机密带来泄露的风险。为解决“黑飞”无人机带来的问题,本文重点围绕民用反无人机的电磁干扰技术进行研究。在研究了国内外相关技术的发展现状后,发现传统的无人机电磁干扰技术是通过发射大功率噪声信号来实现干扰,大多没有具体分析干扰信号参数对无人机干扰效果的影响。而且,无人机反制设备往往需要同时干扰多个频段(导航和控制信号等),传统的反无人机设备针对每个干扰频段单独设计末级功率放大器,不但增加了功耗和体积,还增加了反无人机设备的生产成本。针对上述问题,本文的进行的主要研究工作包括:(1)分析了无人机电磁反制技术的相关理论。对无人机导航信号和控制信号的工作原理进行介绍,具体包括导航信号的直接序列扩频通信(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS),控制信号的跳频通信(Frequency Hopping Spread Sprectrum,FHSS)或Wi Fi(WirelessFidelity,Wi Fi)通信方式。针对各种不同通信方式的特点,分别对其干扰策略进行研究,最终确定本文采用扫频电磁干扰的方式,并分析了实施有效干扰时的扫频参数范围。(2)设计了扫频函数可调的干扰信号源。为测试不同扫频参数对无人机干扰效果的影响,基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)和数模转换器(Digital Analog Converter,DAC)设计了直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS),实现了扫频函数可调的信号发生器,然后将DDS产生的低频信号通过三个压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)模块转换为三个频段的射频信号,分别是1.57GHz频段(针对无人机导航信号)、2.4GHz频段和5.8GHz频段(针对无人机控制信号)。其次,为了测试不同功率对扫频干扰效果的影响,分别为三个频段设计了相应的驱动级放大器和一个工作频率范围在DC～6GHz的步进功率衰减器,并完成了版图设计和实物加工。(3)双频末级功率放大器的设计。基于双频阻抗匹配原理,设计了1.57/2.44GHz的双频功率放大器,在输入信号功率为27d Bm时,输出功率达到39d Bm。进一步地,基于Π型双频匹配网络推导了三频匹配网络的实现方法,并进行仿真实验,验证了三频匹配网络的有效性,为三频段功率放大器的设计提供了理论依据。(4)对所设计的反无人机设备进行测试。测试了不同发射功率、不同扫频速率对无人机干扰效果的影响,得出了扫频干扰参数的参考区间。采用低成本的555定时器与VCO设计了三频段无人机干扰信号发生器,经实验测试,所设计的反无人机设备干扰速度快,性能稳定,达到了预期的效果。

关键词：反无人机电磁干扰直接数字频率合成双频匹配三频匹配

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高效率双频功率放大器的研究与设计

高效率双频功率放大器的研究与设计

作者：桂显北京邮电大学

学位级别：硕士

随着通信系统的发展,为应对高传输速率需求,信号的峰均比越来越高,使得功率放大器必须工作在功率回退较深的区间内以保障信号质量,导致功率放大器工作效率降低;与此同时,多代通信系统共存导致了通信频段多且分散。为了以更高的效率传输... 详细信息

随着通信系统的发展,为应对高传输速率需求,信号的峰均比越来越高,使得功率放大器必须工作在功率回退较深的区间内以保障信号质量,导致功率放大器工作效率降低;与此同时,多代通信系统共存导致了通信频段多且分散。为了以更高的效率传输信号,研究支持多频带的高效率功率放大器具有重要的意义。本文对高效率双频功率放大器进行深入的研究,致力于提升双频功率放大器的带宽,主要包括带阻双频匹配结构、双路双频匹配结构的探索和验证,基于改进型双频匹配结构的双频Doherty功率放大器的设计和验证和基于连续Doherty原理的双频宽带Doherty功率放大器的设计和验证。本文的主要工作和创新点如下:(1)提出带阻双频匹配结构,并给出了整体匹配结构基于遗传算法的半解析解法。基于此结构设计了 1.8/2.6 GHz的双频功率放大器,测试结果表明,在两个频带大于200 MHz的带宽内,漏极效率均大于60%,在两个中心频率分别实现了 72.3%和70.2%的漏极效率。(2)提出双路双频匹配结构,利用遗传算法完成其整体结构的半解析解。运用此结构设计了双频宽带的单管功率放大器。测试结果表明,在1.55-2.05 GHz和2.2-2.8 GHz的双频带内,双路双频功率放大器均实现了大于50%的漏极效率,且在两个频带中间,存在着明显的带间隔离的效果。两频带的最高效率分别为69.7%@1.65GHz和65%@2.5 GHz。两频带内,输出功率均在40dBm附近,1.55-2.05 GHz的输出功率在39.3-41.4 dBm之间,2.2-2.8 GHz的输出功率在39.2-41.8 dBm之间。(3)提出改进型双频匹配结构并基于此结构,设计并实现了一款1.8/2.6 GHz双频Doherty功率放大器。测试结果表明,在1.8 GHz下,双频Doherty功率放大器实现了 43.3 dBm的输出功率,漏极效率为72.9%,功率回退6 dB时实现了 61%的漏极效率。在2.6 GHz下,双频Doherty功率放大器实现了 43.3 dBm的输出功率,漏极效率为69.9%,功率回退6 dB时实现了 52.3%的漏极效率。双频Doherty功率放大器实现了在1.8 GHz和2.6 GHz两个频点处较佳的性能,两频带饱和效率和回退效率表现都比较好的带宽约为50 MHz。(4)将连续Doherty原理运用到双频Doherty功率放大器设计中,并利用带阻双频匹配结构,设计并实现双频宽带Doherty功率放大器。测试结果表明,在1.6-1.9 GHz内,双频Doherty功率放大器实现了 42.7-44 dBm的饱和输出功率,漏极效率在50%-65%之间,功率回退6dB时实现了 40%-48%的漏极效率。在2.4-2.7 GHz内,双频Doherty功率放大器实现了 42.1-44.1 dBm的饱和输出功率,漏极效率在53.4%-70.7%之间,功率回退6 dB时实现了 41.8%-54%的漏极效率。双频Doherty功率放大器在两个频段各300 MHz的带宽实现了回退状态的高效率。高效率双频功率放大器能在较宽的频带范围内实现高效率,既可以减少硬件数量降低建设成本,又可以节约能源和降低运营成本。

关键词：高效率宽带功率放大器双频匹配连续Doherty

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无线输能宽功率范围与宽频整流电路研究

无线输能宽功率范围与宽频整流电路研究

作者：林跃龙华南理工大学

学位级别：硕士

近年来,人们花费了大量的精力为电子设备及传感器研制提供自主性和自我持续的能源系统,比如物联网,智能城市和智能环境。无线能量传输系统的出现为其提供了一种可行的解决方案。相对于传统的能量传输方式,它不需要复杂的电缆设备,具有... 详细信息

近年来,人们花费了大量的精力为电子设备及传感器研制提供自主性和自我持续的能源系统,比如物联网,智能城市和智能环境。无线能量传输系统的出现为其提供了一种可行的解决方案。相对于传统的能量传输方式,它不需要复杂的电缆设备,具有占地空间小,节省传输设备等优势。由于电磁能(EM)和太阳能,热能,动能存在是有限的,如何有效的提高能源的利用率是一个值得研究的问题。改善无线能量传输系统中的整流部分(AC-DC)对于提高整体效率有着重要的提升。本文首先对现阶段整流电路提高转换效率,拓展频带宽度及输入功率范围等性能的研究方法进行了调研研究,然后提出了三种提升整流电路性能的方法:1、基于耦合微带线匹配网络的宽频整流电路。通过分析整流电路的输入阻抗特性并利用串并联微带线抵消输入阻抗虚部,最后利用耦合微带线进行阻抗实部匹配,在宽工作频带范围内能够实现阻抗匹配,从而在宽工作频带上有良好的转换效率。文章首先分析微波宽频整流电路的工作原理,然后,通过IE3D及ADS进行原理图仿真加工,该整流电路测试结果的宽频性能验证了耦合微带线匹配网络进行宽频匹配的有效性。并且,通过调整整流电路的拓扑结构,输入功率,工作频率,能够得到具有较高输出电压且输出转换效率保持良好的整流电路,进一步验证了该种匹配电路的应用性。2、具有宽输入功率范围的整流电路研究。通过设计两个工作在不同的输入功率的整流电路作为子整流支路,然后经过四分之一波长的T型结连接到一块组成宽输入功率整流电路。由于四分之一波长的阻抗变换作用及电路的并联特性,使得两个子整流支路并联到输入端的阻抗能够匹配到源阻抗,并且不会影响到子整流电路各自的工作性能,从而得到比单支路整流电路更宽的输入功率范围。基于此原理,本文设计了一个工作在915MHz的宽输入功率范围的整流电路,并进行仿真测试验证。3、双频宽输入功率范围整流电路研究。通过设计两个双频的最高转换效率在不同输入功率的整流电路作为支路。同时,利用工作在双频状态下的T型结将两个支路联结在一起。由于采用的是双频的匹配方法,即在不同的两个工作频率下,两个子整流电路能够分别工作。整流电路的宽输入功率特性是由整流结构拓扑产生的,而双频特性是由匹配网络实现的,所以当两者结合到一块时,不会产生比较大的影响。根据这个设计思想,本文选定了915MHz及2.45GHz双频宽输入功率范围整流电路进行仿真设计。

关键词：无线输能整流宽频匹配双频匹配

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可重构多波段射频功率放大器设计

可重构多波段射频功率放大器设计

作者：王姝婷辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

当前的通信系统面临着频谱资源紧张的问题,传统的微波系统不能满足5G通信系统的发展要求,随着物联网等技术的普及,相应的射频系统也需要高度智能化。多波段并发功率放大器是当今发展的主流和研究热点,而可重构技术是实现系统智能化的关... 详细信息

当前的通信系统面临着频谱资源紧张的问题,传统的微波系统不能满足5G通信系统的发展要求,随着物联网等技术的普及,相应的射频系统也需要高度智能化。多波段并发功率放大器是当今发展的主流和研究热点,而可重构技术是实现系统智能化的关键技术,使得前端收发模块可以重构。因此,在未来的通信系统模块中,集成可重构匹配电路和可重构开关的新型功率放大器研究意义深远且应用价值广泛。本文首先提出了一款双波段可重构功率放大器,通过结合双波段可重构输入匹配电路和并发双频匹配输出电路,实现了2.6GHz和3.5GHz上的频率可重构。其中并发双频输出匹配电路结构解决了三段式并发双波段匹配电路求解难度大难以实现的问题,提出了一种五段串联微带线匹配电路结构,通过公式推导得出了匹配结构中微带线的具体参数,根据计算所得的微带线参数在ADS中搭建了电路仿真结构,运行仿真结果验证了公式推导的正确性。实测结果表明,2.6GHz频率下,将输入功率设置为29d Bm,得到的功率放大器输出功率为41.15d Bm,1d B压缩点处输出功率为42.3d Bm,PAE达到43.42%;频率为3.5GHz时,输入功率不变此时的输出功率约为40.83d Bm,1d B压缩点处输出功率可达到41.2d Bm,PAE达到40%左右。功放具有尺寸小、电路结构简单的特点。在移动通信基站中,为了提升通信系统中功率放大器的性能,节约频谱资源,在双波段理论的基础上提出了可重构四波段功放匹配理论,降低了电路的复杂度,并采用PIN二极管作为射频开关,降低了成本,实现了功放在四种不同频段上的可重构性。最终设计了一款应用于4G和5G网络通信基站的可重构四波段功率放大器。实测结果表明,当工作在频率为1.8GHz和2.6GHz时,功率放大器的输出功率达到40.543d Bm和39.276d Bm,增益能达到8d B左右,PAE分别达到40.26%和40.16%。2.1GHz和3.5GHz的输出功率可以分别达到39.041和39.27d Bm,增益也均能达到8d B,PAE分别达到49.45%和46.48%。满足设计要求,验证了所提出的可重构四波段理论,并且具有可重构匹配网络设计自由度大的特点和高性能的优势,为以后通信基站功放模块的设计提供了一个新的设计方法。该论文有图56幅,表9个,参考文献84篇。

关键词：多波段功率放大器可重构 GaN器件双频匹配 PIN开关

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射频宽带功率放大器设计与实现

射频宽带功率放大器设计与实现

作者：汪晖辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

针对传统射频发射模块频段覆盖范围小,无法满足日益增长的通信需求的问题。本文以第二代军用跳频通信中射频发射模块的研发为背景,在结构上提出了两种新的宽带功率放大器实现方式,并将所提出的宽带理论与实际工程应用相结合,实现了基于L... 详细信息

针对传统射频发射模块频段覆盖范围小,无法满足日益增长的通信需求的问题。本文以第二代军用跳频通信中射频发射模块的研发为背景,在结构上提出了两种新的宽带功率放大器实现方式,并将所提出的宽带理论与实际工程应用相结合,实现了基于LDMOS的宽带射频发射模块的设计与测试。主要工作内容包括以下三个部分:(1)针对传统Doherty功率放大器阻抗变换网络中λ/4微带线的频散特性限制带宽的问题,提出了一种新的负载调制方法来提高Doherty功率放大器的带宽和回退点效率。该方法将阻抗变换网络中组合点后的λ/4微带线替换为双频匹配电路,利用双频匹配来补偿频散效应,扩展了Doherty功率放大器的带宽,提高了功率回退时的效率。设计了一款工作在2.4～3.7GHz的宽带高效Doherty功率放大器,连续波测试结果表明,频带内输出功率大于42dBm,饱和输出功率时漏极效率达到61.2%～68.4%,6dB功率回退时漏极效率达到49.7%～61.4%。(2)针对晶体管器件的阻抗值因工作频点不同变化较大的问题,提出了一种多频点阻抗匹配的宽带功率放大器设计方法,该方法通过负载牵引系统对晶体管器件阻抗值进行选择,然后使用多段微带线将频带内多个频点的阻抗值同时匹配到负载,有效的降低了工作频点变化对阻抗值的影响,从而拓展带宽。设计了一款工作在0.5～2.5GHz的宽带功率放大器,连续波测试结果表明,频带内饱和输出功率大于41dBm,在饱和功率水平下漏极效率可以达到43.62%～55.38%。然后以该宽带功率放大器为基础,设计了一款0.5～2.5GHz频带内,输出功率在43dBm以上的宽带平衡式功率放大器。(3)将所设计的宽带高效Doherty功率放大器和宽带平衡式功率放大器进行性能对比,选择了更适合的宽带平衡式功率放大器为末级,对0.5～2.5GHz的宽带射频发射模块进行了设计。设计包括驱动级功率放大器、定向耦合器、衰减器、滤波电路、功率检测模块和电源模块。特别的,宽带射频发射模块中功率放大器均使用中国科学院微电子研究所自研LDMOS器件设计,实现了功率器件的全国产化,这在国内尚属首次。测试结果表明在0.5～2.5GHz频率范围内,所设计的宽带射频发射模块饱和输出功率为40.34～44.75dBm,在饱和输出时整体效率达到51.82%～61.45%,三阶互调值均小于-25dBc,当平均输出功率约为34.5dBm时,ACPR在整个频带上优于-30dBc,所设计的宽带射频发射模块基本达到了指标要求,为第二代军用跳频通信系统的研发提供了工程价值。该论文有图101幅,表6个,参考文献72篇。

关键词：负载调制双频匹配负载牵引宽带功率放大器宽带射频发射模块