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基于磁耦合的矩形波导—微带过渡电路研究及应用

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基于磁耦合的矩形波导—微带过渡电路研究及应用

作者：蒲大雁电子科技大学

学位级别：硕士

本文由四部分组成:第一部分为引言,第二部分为课题的理论基础,第三部分为本文的主要内容—基于磁耦合原理的矩形波导-微带过渡转换电路的设计与分析,第四部分为基于磁耦合原理的矩形波导-微带过渡电路的应用。随着毫米波技术的发展,毫... 详细信息

本文由四部分组成:第一部分为引言,第二部分为课题的理论基础,第三部分为本文的主要内容—基于磁耦合原理的矩形波导-微带过渡转换电路的设计与分析,第四部分为基于磁耦合原理的矩形波导-微带过渡电路的应用。随着毫米波技术的发展,毫米波混合集成电路与单片集成电路在通信、雷达、制导以及其它一些系统中得到广泛地应用,微带传输线正在越来越多的场合取代金属波导,成为制作毫米波集成电路的重要传输线。但由于矩形波导具有功率容量大、损耗小、无辐射损耗、结构简单、Q值高的特点,因此在微波毫米波电路和系统中被广泛应用,现在许多毫米波实验设备的输入输出端口均为波导形式。为了便于电路的测试、传输以及独立微带电路之间的连接,如何实现矩形波导与微带间的低损耗电路转换就成了微波毫米波技术研究的重要内容。目前工程应用中所采用的矩形波导-微带过渡转换电路,主要形式有矩形波导-对极鳍线-微带过渡、矩形波导-脊波导-微带过渡、矩形波导-微带探针过渡典型结构,所有这些过渡转换电路都是基于矩形波导内电场激励的方式,完成矩形波导和微带线两者主模之间电磁场模式转换,从而实现电磁信号在两种不同传输媒介之间进行传输,而基于磁场耦合原理的过渡转换电路几乎未见报道。本文提出了一种基于矩形波导内主模磁场激励原理实现矩形波导-微带过渡转换的新型电路,该结构利用矩形波导内E面微带基片上的环形金属条带电路,以及一段部分填充介质的内矩外矩的偏心同轴线,实现了矩形波导和微带线两者主模之间电磁场的模式转换,整个过渡转换电路具有插入损耗小、频带宽、结构紧凑、免调试等特点。应用高频仿真软件CST,在Ka波段对该过渡转换电路进行了仿真,并利用其仿真值,实际设计制作了一对背靠背的实物电路,背靠背实物测试结果表明,在27GHz～40GHz的频率范围内,插入损耗小于1.2dB,回波损耗优于13.5dB,带宽特性和平坦度都很好,与仿真结果基本吻合。作为应用,本文通过设计实现了一个利用基于磁场耦合矩形波导-微带过渡器的低噪声放大器,同时为该放大器设计制作了一个时序加电直流电源,该直流电源对需要正负电源供电的单片有保护作用。

关键词：磁耦合波导微带过渡低噪声放大器

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物流车非接触式充电系统磁耦合技术研究

物流车非接触式充电系统磁耦合技术研究

作者：刁雪梅北京交通大学

学位级别：硕士

近些年,仓储系统智能化自动化作业需求的提出,使得非接触式充电系统在物流车作业场景下迸发出新的应用价值。结合已有的松耦合磁耦合系统的理论体系和分析方法探索应用于物流车紧耦合磁耦合系统的设计方法具有深远的理论和现实意义。本... 详细信息

近些年,仓储系统智能化自动化作业需求的提出,使得非接触式充电系统在物流车作业场景下迸发出新的应用价值。结合已有的松耦合磁耦合系统的理论体系和分析方法探索应用于物流车紧耦合磁耦合系统的设计方法具有深远的理论和现实意义。本文针对非接触式充电系统磁耦合技术开展了以下研究:首先,从普适性的角度对磁耦合系统进行电路建模与分析,得到提升系统效率的三个举措。基于物流车应用场景,结合电路建模与有限元仿真方法,提出磁耦合系统设计面对的两大挑战。针对磁耦合机构的电磁环境安全问题,对高磁导率与高电导率材料的磁屏蔽机理进行分析,从电路传输性能角度分析高电导率材料对非接触式充电系统的影响。为磁耦合系统的设计提供理论参考。其次,为减少系统无功损耗,对补偿拓扑进行选择与参数设计。采用等效电路法和叠加定理分别对双边LCC和SS补偿网络进行特性分析,指出两种补偿拓扑均具有恒频工作特性且能实现恒流输出。研究两种拓扑参数设计,引入衡量输入输出参数的系数r ,优化系统能效特性。通过创造谐振网络输入阻抗呈感性的条件,探讨两种补偿拓扑实现原边侧逆变器零电压开关(Zero Voltage Switching,ZVS)的参数调整方法,仿真分析两种补偿方式下系统的输出特性。综合分析失谐状态对两种补偿拓扑的影响程度、系统效率以及结构的紧凑性,选定系统补偿方式。基于有限元建模仿真,对三种常用磁耦合线圈结构的抗偏移特性进行对比分析,选定合适的线圈结构。考虑到物流车底盘空间有限,对面积相同,长和宽均小于200mm的五组磁耦合线圈的抗偏移特性进行分析,确定副边线圈尺寸。参考有轨电车原边线圈的设计方法给出磁耦合系统原边线圈尺寸设计建议。通过建立磁路模型,对互耦合区和自耦合区的磁阻进行优化,提出回旋式磁芯结构。基于电磁安全性的防护标准,设计磁耦合机构的磁屏蔽结构,并通过仿真验证屏蔽方法的有效性。最后,搭建2k W的非接触式充电系统实验平台,对磁耦合系统参数、磁屏蔽效果以及系统能效特性进行了实验验证。图96幅,表13个,参考文献75篇。

关键词：非接触式充电磁耦合补偿拓扑电磁环境物流车

基于光纤光栅磁耦合传感器的叶尖定时法振动监测的研究

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基于光纤光栅磁耦合传感器的叶尖定时法振动监测的研究

作者：贾浪武汉理工大学

学位级别：硕士

通风机是煤矿生产中的特大型关键设备之一,被形象地称为“矿井肺脏”。旋转叶片是通风机的核心零部件,叶片振动超标会对通风机的安全性和可靠性造成严重影响。由于通风机叶片通常在高粉尘、高油污的恶劣环境下工作,现有传感器很难满足... 详细信息

通风机是煤矿生产中的特大型关键设备之一,被形象地称为“矿井肺脏”。旋转叶片是通风机的核心零部件,叶片振动超标会对通风机的安全性和可靠性造成严重影响。由于通风机叶片通常在高粉尘、高油污的恶劣环境下工作,现有传感器很难满足对叶片振动的实时在线监测需求。本文提出了基于光纤光栅磁耦合传感器的叶尖定时法,来对通风机叶片振动进行研究和分析,旨在实现对叶片振动的远距离非接触式实时安全在线监测。相比电类传感器和光纤光强反射式传感器,光纤光栅磁耦合传感器具有本质防爆、能在空气潮湿、高粉尘、高油污等恶劣环境下良好工作、可实现远距离信号传输、易于与其它光纤光栅传感器联合组成网络以实现多参数分布式在线监测等明显优势。针对所提的这种方法,本文进行了研究。现阶段所做主要工作包括以下几个方面：（1）研究了叶片振动产生的机理以及反应叶片振动的三个主要参数：振动应力、振型、固有频率;在此基础上列举了叶片的静频以及动频的理论计算公式,为后面研究叶片振动监测打下理论基础。（2）在前人的基础上研制出了光纤光栅与磁铁探头相结合的传感器,并将其作为叶尖定时传感器来使用。根据传感器叶尖定时信号同步转换理论分析,光纤光栅解调仪解调出光纤光栅中心波长λB（t）的最大值所对应的时间信号即为所求的叶片端部到达叶尖定时传感器的时间脉冲信号。此时光纤光栅中心波长λB（t）最大值只是作为阀值使用。这从原理上论证了该传感器作为叶尖定时传感器用于叶片振动监测思路的可行性。（3）运用ANSYS对光纤光栅磁耦合传感器结构进行了模态分析,得出了其前10阶振型以及每阶振型所对应的理论固有频率。从第一阶振型开始,依次分析传感器各阶振型,发现其第三阶振型是膜片带动光纤光栅沿磁铁探头轴向振动,所对应的理论固有频率为79.5Hz是本文所需重要参数。（4）通过振动实验得知传感器实际固有频率为85Hz左右。通过静态位移实验和转速实验确定了传感器安装时磁铁探头与所测叶片之间的合适距离范围为2.5mm-4mm。分别进行正常叶片以及在某一叶片上开一个长17mm、宽1mm缝隙的破坏叶片振动实验,对比分析两组叶片均在831r/min下的振动数据,可得正常叶片振动实验时,4个叶片振幅均为0.339mm;破坏叶片振动实验中开缝叶片振幅为1.372mm,与其成180度角的叶片振幅为0.339mm,其余两叶片振幅为0.248mm。通过对比分析可知运用本方法监测叶片振动具有可行性。

关键词：叶片振动叶尖定时光纤光栅磁耦合传感器

分子间相互作用与其磁耦合相互作用的关联研究

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分子间相互作用与其磁耦合相互作用的关联研究

作者：张程程山东师范大学

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多年来自由基分子间磁耦合所显示的强反铁磁相互作用和自旋跃迁性质是分子基磁学领域的研究热点,但影响自由基分子间的磁耦合强度因素远未了解清楚。因此,探索了解影响自由基分子间磁耦合强度的因素的工作则具有十分重要的理论与现实应... 详细信息

多年来自由基分子间磁耦合所显示的强反铁磁相互作用和自旋跃迁性质是分子基磁学领域的研究热点,但影响自由基分子间的磁耦合强度因素远未了解清楚。因此,探索了解影响自由基分子间磁耦合强度的因素的工作则具有十分重要的理论与现实应用意义。本论文使用量化计算的方法,通过对影响自由基分子间磁耦合的短距离接触原子上的电子自旋密度和短距离接触原子对间的重叠积分这两种主要因素,对文献报道乙基取代的spiro-biphenalenyl中性自由基,配合物[NH2 bzql][Ni(mnt)2]中配阴离子自由基和中性自由基有机化合物[1,3,2]-pyrazodithiozol-2-yl(PDTA)这三个显示自旋跃迁的自由基分子间由于?-?重叠短距离接触所导致的磁耦合机理进行了研究;同时,对文献报道的配合物[H2DABCO][Ni(mnt)2]中的配阴离子自由基,有机盐{[1,2,5]Thiadiazolo[3,4-c]}{[1,2,5]thiadiazolidyl}2中阴离子自由基,丁基取代的spiro-biphenalenyl中性自由基和中性有机2,5,8-tri-tert-butyl-phenalenyl自由基间由于?-?重叠短距离接触所导致的强反铁磁耦合机理,以及中性双自由基1,1?-Bis(verdazyl)ferrocene内?-?重叠短距离接触所导致的强反铁磁耦合机理分别进行了研究。研究首次揭示和进一步证实:1.首次揭示:若自由基分子间或自由基离子间?-?重叠短距离接触原子对上的电子自旋密度同时大于0.1,则有可能导致强的反铁磁耦合强度;而自由基分子间或自由基离子间非?-?重叠短距离接触则不可能导致强的反铁磁耦合强度。2.首次揭示:自由基分子间或自由基离子间短距离接触所导致的反铁磁耦合强度与短距离接触原子间的重叠积分绝对值密切相关,其重叠积分绝对值越大,则反铁磁耦合强度就越大。3.进一步证实了:自由基分子间或自由基离子间?-?重叠短距离接触所导致的反铁磁耦合强度与短距离接触原子上的电子自旋密度密切相关,短距离接触原子上的电子自旋密度大,其反铁磁耦合强度就大。本论文的研究结果将对设计合成理想的分子基器件将具有重要的理论与现实指导意义。

关键词：自由基磁耦合理论计算自旋跃迁

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小型磁耦合无线电能传输关键技术的研究

小型磁耦合无线电能传输关键技术的研究

作者：赵文俊电子科技大学

学位级别：硕士

磁耦合无线电能传输技术拥有传输功率大、传输效率高、传输距离远、安全等优点广受海内外学者的关注。其应用领域包括消费类电子设备充电,涉及医疗植入人体式电子设备的电能保障,新能源汽车充电以及特殊领域等。鉴于磁耦合无线电能传输... 详细信息

磁耦合无线电能传输技术拥有传输功率大、传输效率高、传输距离远、安全等优点广受海内外学者的关注。其应用领域包括消费类电子设备充电,涉及医疗植入人体式电子设备的电能保障,新能源汽车充电以及特殊领域等。鉴于磁耦合无线电能传输技术的众多优点及其在实际中的广泛应用前景,磁耦合无线电能传输技术具备重大研究价值。在中距离范围内实现高效、大功率且可控的电能无线传输是磁耦合无线电能传输技术重要的研究方向和难题。为解决此问题,本文进行了以下工作:1)讨论磁耦合无线电能传输系统的多种结构模型和相关参数对其输出特性与系统效率的影响,其中包括对典型四种补偿结构、四线圈结构和N级LC谐振结构的特性分析;2)深入的讨论了采用二线圈电容串串补偿结构的磁耦合无线电能传输系统的特性和相关参数的优化问题。3)针对采用二线圈电容串串补偿结构的磁耦合无线电能传输系统设计了硬件电路,提出了控制方法。通过完成以上工作,发现采用二线圈电容串串补偿结构的磁耦合无线电能传输系统在硬件电路和控制方法的配合下可以实现在中距离范围内高效、大功率且可控的电能无线传输。本文的研究成果为磁耦合无线电能传输技术在实际应用方面提供了支持。

关键词：电能无线传输磁耦合输出特性系统效率控制方法

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基于磁耦合和光纤阵列的液位传感器研究

基于磁耦合和光纤阵列的液位传感器研究

作者：喻玄武汉理工大学

学位级别：硕士

液位测量几乎遍及生产与生活的各个领域之中,特别是在工业生产领域,不仅要求高精度,还需要能很好地适应工业生产现场的特殊环境,这样对液位测量提出了高精度、实时在线和稳定的要求。目前,传统的液位测量主要还是超声波、雷达以及电子... 详细信息

液位测量几乎遍及生产与生活的各个领域之中,特别是在工业生产领域,不仅要求高精度,还需要能很好地适应工业生产现场的特殊环境,这样对液位测量提出了高精度、实时在线和稳定的要求。目前,传统的液位测量主要还是超声波、雷达以及电子类传感器占主导地位,这些传感器有一个共同的弱点,就是将电带进了测量现场,这样就限制了它们在诸如强电磁干扰、易燃、易爆等恶劣环境中的应用。光纤液位传感器由于具备光纤传感器特有的本质防爆、对电绝缘、无感应性、化学稳定性、时域变换性以及低损耗、大容量、高精度、尺寸小和重量轻的特性,可以很好地应用到液位检测领域,满足工业生产对液位检测的要求。但是由于技术上的不成熟,至今还没有哪一种光纤液位传感器得到比较广泛地实际应用。近年来,研究得比较多的光纤液位传感器有光纤法-泊腔液位传感器和光纤光栅液位传感器。由于其测量精度较低和解调难度较大使得这些类光纤液位传感器未能得到很好的应用。本文提出了一种基于磁耦合和光纤阵列的光纤液位传感器,此传感器不仅具有全光的优点,适合用于强电磁干扰、易燃、易爆等恶劣环境,而且由于传感信号为光强扰动,不需要知道光强的准确值,所以传感系统的光源不稳定,光纤连接损耗和弯曲损耗等等因素对测量影响不大,测量精度取决于光纤排列密度,从理论上讲,只要密布光纤,测量精度就可以达到0.1mm以上,这几乎可以满足所有的工程应用。此传感器采用侧边抛磨光纤作为线光源,使得传感器的结构更加简单,性能更加稳定。另外,由于传感器采用特殊的结构以及特殊密封材料和技术,可以用于常温下任何腐蚀性液体和不透明液体的测量,并且本传感器对非液体容量变化引起的液位波动不敏感,所以特别适合应用在车辆、船舶、飞机等运输工具上进行液位测量。本论文的创新有以下几点： 1)采用光纤阵列检测液位高度,采用光纤束传输信号,采用摄像头成像分析探测信号,具有数字信号的特性,不需要知道光强的准确值,大大降低了对光源和信号处理的要求。 2)采用圆筒形立柱和圆筒形浮子结构,使得传感器结构更加稳定,使用范围更加广泛;3)采用侧边抛磨光纤作为光纤阵列的线光源,通过分析侧边抛磨光纤的波导传输特性,使得线光源的光强满足均匀分布。

关键词：液位传感器光纤阵列线光源磁耦合

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基于磁谐振测量海水电导率的模型分析

国外电子测量技术 2022年第8期41卷 61-67页

作者：刘宁王韬王海涛缪远杰国家海洋技术中心天津300112

针对咸潮在线监测问题,提出了一种基于磁耦合谐振技术的海水电导率测量模型,从不同角度分析了海水涡流对磁耦合谐振系统的影响,并且推导出适用于海水电导率测量的回路补偿公式。该模型通过搭建水下磁耦合电导率测量系统进行实验研究,从... 详细信息

针对咸潮在线监测问题,提出了一种基于磁耦合谐振技术的海水电导率测量模型,从不同角度分析了海水涡流对磁耦合谐振系统的影响,并且推导出适用于海水电导率测量的回路补偿公式。该模型通过搭建水下磁耦合电导率测量系统进行实验研究,从频率、负载、补偿方式3个角度比较了海水电导率变化对系统的影响及电导率测量效果。实验结果表明,采用磁耦合谐振技术进行海水低电导率测量是可行的。针对实验结果,提出了进一步提高测量的精确度、稳定性的优化方向和系统参数选择原则。

关键词：磁耦合海水涡流非接触式海水电导率测量

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无人机磁耦合发射系统研究

无人机磁耦合发射系统研究

作者：张博长春理工大学

学位级别：硕士

无人机发射系统广泛应用于观察、气象和勘测等行业。研究无人机发射系统对提高发射质量具有重大意义和实用价值。本文围绕如何提高无人机发射技术展开研究,通过对几种传统无人机发射技术的比较分析,提出了无人机磁耦合发射系统。系统... 详细信息

无人机发射系统广泛应用于观察、气象和勘测等行业。研究无人机发射系统对提高发射质量具有重大意义和实用价值。本文围绕如何提高无人机发射技术展开研究,通过对几种传统无人机发射技术的比较分析,提出了无人机磁耦合发射系统。系统在设计中采用耦合磁力技术,在发射过程中不会产生光、声、热和烟等现象,便于发射系统的隐藏。同时不存在火控系统器材的存储、运输和管理等安全问题,也降低了每次发射消耗的器材和支援保障的费用。通过理论分析和实验证明,本文提出的无人机磁耦合发射系统具有隐蔽性好、维护方便、通用性强和机动灵活等优点。

关键词：磁耦合无人机发射系统

基于磁耦合的高稳定度平顶脉冲磁场实现方法研究

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基于磁耦合的高稳定度平顶脉冲磁场实现方法研究

作者：孙先锋华中科技大学

学位级别：硕士

强磁场已成为现代科学领域越来越重要的极端实验条件之一。同时,随着大功率太赫兹源、核磁共振等前沿大科学实验的发展,人们对磁场稳定度、强度和持续时间的要求也越来越高,因此同时具有高场强、高稳定度特点的平顶脉冲强磁场技术被提... 详细信息

强磁场已成为现代科学领域越来越重要的极端实验条件之一。同时,随着大功率太赫兹源、核磁共振等前沿大科学实验的发展,人们对磁场稳定度、强度和持续时间的要求也越来越高,因此同时具有高场强、高稳定度特点的平顶脉冲强磁场技术被提出并得到深入研究。为了实现高稳定度的平顶脉冲磁场,一般采用高频补偿电源与大电流主电源结合的方式,补偿电源在主电源电流(磁场)达到平顶阶段后,对其进行补偿,提高纹波水平。但现有的平顶脉冲磁场产生方案均未实现磁体负载电流交直流通路的有效分离,两电源相互耦合,控制难度大,补偿效果欠佳。本文提出了一种基于磁耦合有源补偿的高稳定度平顶磁场技术方案,该方案利用磁耦合滤波原理,使流经磁耦合变压器两侧的交流电流互相抵消,补偿磁体负载中的大部分基频交流分量;同时在耦合变压器二次侧加入补偿电源,进一步补偿磁体负载中的其他交流分量;可以实现负载电流交直流通路的有效分离,理论上可以使输出负载电流零纹波。在理论分析的基础上,本文利用MATLAB Simulink进行了仿真验证,并搭建了样机实验平台。实验平台使用本文提出的一种跨平台的综合测量控制系统,该系统充分利用FPGA、ARM、DSP等控制平台各自的优势,可以高速高精度测量磁场信息,同时可以进行电源的控制与数据的存储、实时显示。实验结果表明该系统可以实现跨平台的综合测量控制。同时样机实验实现了纹波率±0.80%的脉冲平顶电流波形,验证了本文提出的基于磁耦合的高稳定度平顶脉冲磁场实现方法的可行性和正确性。另外,在实验调试过程中存在一些问题,对这些问题进行了分析并提出了解决方法。最后,本文分析总结了相关实验结果,对目前样机中可以继续提高的部分提出了建议,为进一步提升平顶磁场的稳定度奠定了基础。

关键词：平顶脉冲强磁场交直流分离磁耦合补偿电源跨平台测量控制