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基于近场旋转技术的共形阵列天线方向图高效计算方法

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微波学报 2024年第2期40卷 14-21,34页

作者：赵黎程友峰廖成彭樊丁霄西南交通大学电磁场与微波技术研究所成都610031 电子科技大学应用物理研究所成都610054

文中提出了一种基于近场旋转技术的新型共形阵列天线方向图快速计算方法。首先,首次根据共形载体信息对单个特定天线单元近场封闭表面上的电场、磁场和采样点位置进行坐标旋转变换,进而得到其在全局坐标系下近场封闭面上的电场和磁场。... 详细信息

文中提出了一种基于近场旋转技术的新型共形阵列天线方向图快速计算方法。首先,首次根据共形载体信息对单个特定天线单元近场封闭表面上的电场、磁场和采样点位置进行坐标旋转变换,进而得到其在全局坐标系下近场封闭面上的电场和磁场。然后,基于谢昆诺夫等效原理计算单个天线单元的等效电流和磁流及其所产生的辐射场,并遍历共形阵所有单元计算其在全局坐标系下的辐射场。进一步地,将全局坐标系下所有单元方向图进行矢量叠加得到共形阵列天线的远区总场。最终,通过两个具有不同载体平台与不同阵元的共形阵列天线方向图算例,并与全波仿真以及基于远场旋转技术的计算方法相比较,验证了所提出方法相较于远场旋转技术在计算精度与效率上的优势。

关键词：共形阵列阵列方向图计算近场旋转技术谢昆诺夫等效原理

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基于改进环境编码的无线电环境地图预测方法

无线电工程 2024年

作者：田茂源冯菊唐彪薛文杰西南交通大学电磁场与微波技术研究所

深度学习比起传统预测无线电环境地图方法有着预测时间快，精度高的优点。然而模型为了保证预测的精度往往需要设计复杂的网络进行训练，导致耗费大量的训练时间。为降低模型的训练时长，实现无线电环境地图快速构建，提出了一种改进深... 详细信息

深度学习比起传统预测无线电环境地图方法有着预测时间快，精度高的优点。然而模型为了保证预测的精度往往需要设计复杂的网络进行训练，导致耗费大量的训练时间。为降低模型的训练时长，实现无线电环境地图快速构建，提出了一种改进深度学习模型结合环境编码的无线电环境地图构建方法。该方法在深度学习网络结构中，通过利用MobileViT模块替换传统模型的卷积模块，增加了模型的全局视野；在输入数据预处理中，引入电波传播机理，提高了模型的可解释性与图像的一维熵，通过结合经验公式计算的路径损耗与天线位置图进行环境编码，进而与城市环境地图作为共同输入。仿真结果表明，改进模型在训练阶段具有更快的收敛速度；所提出的数据预处理方法能够对模型训练起到加速的作用。

关键词：电波传播无线电环境地图路径损耗预测深度学习图像生成

集成波前转换与极化转换功能的低散射超表面设计

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电子元件与材料 2024年第4期43卷 481-489,504页

作者：梁敏尚玉平崔浩冯菊廖成西南交通大学物理科学与技术学院电磁场与微波技术研究所四川成都610031

针对复杂电磁环境中的多功能微波复合材料设计问题,提出了一种兼具通带内波前转换与极化转换以及通带外雷达散射截面减缩功能的超表面设计。超表面在两个正交的横向方向上维持相同的透射相位梯度以及固定的π/2透射相位差异,以实现具有... 详细信息

针对复杂电磁环境中的多功能微波复合材料设计问题,提出了一种兼具通带内波前转换与极化转换以及通带外雷达散射截面减缩功能的超表面设计。超表面在两个正交的横向方向上维持相同的透射相位梯度以及固定的π/2透射相位差异,以实现具有平面波前的圆极化电磁波与具有球面波前的线极化电磁波之间的互易转换。同时,通过级联频率选择有耗层构造了电路模拟吸波结构,以使超表面在透波窗口外的雷达散射截面得到有效减缩。进一步,由一副线极化渐变缝天线单元作为置于球面波相位中心处的初级辐射源,在透射后的主瓣方向上宽频范围内观察到了具有增强增益和圆极化特性的次级辐射,增益增强带宽为57.14%,主瓣方向3 dB轴比带宽为35.50%。在透波窗口外的低频端,不低于10 dB的雷达散射截面减缩带宽可达113.12%且该减缩效果具有良好的斜入射稳定性。实测结果和全波仿真结果的良好吻合验证了该设计的有效性。

关键词：波前转换极化转换吸波材料多功能超表面

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基于周期性枝节加载的微带线串扰抑制研究

电子元件与材料 2024年第4期43卷 461-467页

作者：李恪鹏钟选明尚玉平廖成西南交通大学物理科学与技术学院电磁场与微波技术研究所四川成都610031

针对当前印刷电路板上相邻微带线之间的串扰抑制问题,提出了一种在超宽带频率范围内利用周期性耦合枝节来抑制微带线远端串扰的电磁兼容设计。在串扰的形成原因分析基础上,该设计将沿传统微带线纵向方向加载的周期性开路枝节进一步与相... 详细信息

针对当前印刷电路板上相邻微带线之间的串扰抑制问题,提出了一种在超宽带频率范围内利用周期性耦合枝节来抑制微带线远端串扰的电磁兼容设计。在串扰的形成原因分析基础上,该设计将沿传统微带线纵向方向加载的周期性开路枝节进一步与相邻两条微带线之间周期性加载的工字型耦合枝节相结合。微带线上的开路枝节以及线间的耦合枝节主要用于增加微带线等效自感和线间等效互容,并减小线间等效互感,由此显著降低远端串扰强度。同时,线间等效互感的减小能抑制因容性耦合增大而导致的近端串扰上升。全波结果表明,该设计在1~20 GHz范围内可使相邻微带线的远端串扰强度小于-48 dB,且物理结构中不涉及金属化通孔,具有几何结构简单、成本低和可布线空间大等特点。

关键词：串扰微带线防护线超宽带周期加载

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基于DNN的二维抛物方程电波传播修正模型

无线电工程 2024年第1期54卷 142-149页

作者：薛瑞冯菊田茂源刘屹然西南交通大学电磁场与微波技术研究所四川成都610031

针对二维抛物方程(Two-dimensional Parabolic Equation,2DPE)只能对二维通信链路进行建模,无法计算电磁波在城市环境下对建筑物的横向绕射和后向反射效应的缺陷,提出一种基于深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)的2DPE修正模型。通... 详细信息

针对二维抛物方程(Two-dimensional Parabolic Equation,2DPE)只能对二维通信链路进行建模,无法计算电磁波在城市环境下对建筑物的横向绕射和后向反射效应的缺陷,提出一种基于深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)的2DPE修正模型。通过数字高程地图建立城市建筑物三维模型,提取出传播距离、传播角度和建筑覆盖率等7个特征,对传播路径上的建筑物分布和收发天线的部署情况进行表征。结合实测数据,构建用于修正2DPE的数据集;通过DNN进行训练,构建2DPE的修正模型,使其适用于复杂三维环境下的电波传播预测。仿真结果表明,相比于线性回归、支持向量回归和决策树模型,基于DNN的2DPE修正模型在三维传播环境中计算精度高,在测试集上的预测误差最多降低了46.8%。

关键词：电波传播城市环境二维抛物方程机器学习

基于磁心与线圈参数优化的非侵入式磁场取能系统功率密度提升方法

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电工技术学报 2024年第2期39卷 313-324页

作者：李勇罗海军杨环宇闫一骅西南交通大学国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心成都610031

非侵入式磁场取能系统具有结构简单、供电稳定等优点,是解决变电站母排环境中状态监测传感器电池供电寿命有限的有效手段,但因功率密度较低制约了其应用。对于非侵入式磁场取能系统,磁心与线圈参数对其功率密度的影响非常显著。然而,现... 详细信息

非侵入式磁场取能系统具有结构简单、供电稳定等优点,是解决变电站母排环境中状态监测传感器电池供电寿命有限的有效手段,但因功率密度较低制约了其应用。对于非侵入式磁场取能系统,磁心与线圈参数对其功率密度的影响非常显著。然而,现有方法对磁心与线圈参数的分析相对独立,优化磁心时仅以互感为指标,忽略了该过程线圈参数变化对功率密度的影响。对此,该文考虑磁心尺寸对线圈参数的影响,以功率密度为指标,详细分析线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度对系统功率密度的影响。并在此基础上,提出一种优化磁心与线圈参数的功率密度提升方法,即设计线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度的最优值,以获取更高的功率密度。最后,基于所提出的方法制作了系统样机并进行测试。实验结果表明,对于限定磁心尺寸为30 mm×30 mm×40 mm的系统,在100 A母排电流下,系统经磁心与线圈优化后功率密度可达4.18 mW/cm~3,提升至系统优化前功率密度的35倍,验证了所提出方法提升功率密度的有效性。

关键词：传感器非侵入式磁场取能磁心线圈功率密度

基于T形四周期谐振慢波结构的X波段高功率微波产生技术的理论与仿真

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物理学报 2024年第9期73卷 95-102页

作者：骆新耀薛宇哲徐彻杜创洲刘庆想西南交通大学物理科学与技术学院成都610031

优化设计了T形四周期谐振慢波结构,并进行了高频理论分析.利用镜像法将T形波导单元进行脊波导化等效设计,并通过等效电路分析了等效脊波导的高频特性,由此进行T形波导的谐振频率与结构解析理论分析.在此基础上构造了T形四周期谐振慢波结... 详细信息

优化设计了T形四周期谐振慢波结构,并进行了高频理论分析.利用镜像法将T形波导单元进行脊波导化等效设计,并通过等效电路分析了等效脊波导的高频特性,由此进行T形波导的谐振频率与结构解析理论分析.在此基础上构造了T形四周期谐振慢波结构,对该结构进行色散特性分析,确定谐振模式和频率,得到了模式同步电压范围.最后基于提出的T形周期谐振慢波结构进行对应的相对论扩展互作用辐射源的仿真验证.通过三维粒子仿真模拟分析及优化设计,在448 kV注电压、400 A注电流和0.4 T的均匀轴向磁场条件下,得到了频率为9.8 GHz、平均输出功率71.4 MW的高功率微波,对应电子效率为39.8%.本文提出的以T形波导为单元的新型谐振慢波结构有效地利用较少周期实现高效率、高功率微波产生,为高功率微波科学提供了有效的高频结构的紧凑化方案.

关键词：高功率微波扩展互作用慢波结构渡越辐射振荡器

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平板式永磁电动悬浮系统设计与实验研究

电工技术学报 2024年第5期39卷 1270-1283页

作者：石洪富邓自刚柯志昊向雨晴张卫华西南交通大学信息科学与技术学院成都610031 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031 西南交通大学机械工程学院成都610031

该文提出一种以汽车为载体的平板式永磁电动悬浮系统,并从结构设计、等效实验、原理样机测试三方面对电磁特性开展研究。首先,阐述系统的结构及原理,依托自主研制的最高时速600 km的动轨实验台,分析在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳... 详细信息

该文提出一种以汽车为载体的平板式永磁电动悬浮系统,并从结构设计、等效实验、原理样机测试三方面对电磁特性开展研究。首先,阐述系统的结构及原理,依托自主研制的最高时速600 km的动轨实验台,分析在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证有限元模型的准确性。其次,对悬浮磁体、导向磁体、导体板进行计算分析。最后,改装汽车,加装间隙调节机构、简易悬浮架、车载磁体及测试系统,并搭建长50 m的铜制导体板轨道,开展原理样机测试。整车约为1500 kg,最高实验速度为70 km/h,最大悬浮间隙约为35 mm。实验结果验证了导向磁体的有效性,展现出平板式永磁电动悬浮系统较强的载重能力。

关键词：永磁电动悬浮等效实验原理样机高速实验台导向磁体

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CFQS中离子温度梯度模的同位素效应研究

核聚变与等离子体物理 2024年

作者：覃程黄捷李沫杉西南交通大学物理科学与技术学院聚变科学研究所

基于中国首台准环对称仿星器(CFQS)，利用回旋动理学弗拉索夫代码GKV率先开展准环对称仿星器中离子温度梯度模(ITG)的同位素效应研究。模拟结果表明，CFQS中存在明显的ITG同位素效应，随着氢同位素质量的增加，ITG的增长率显著下降。通... 详细信息

基于中国首台准环对称仿星器(CFQS)，利用回旋动理学弗拉索夫代码GKV率先开展准环对称仿星器中离子温度梯度模(ITG)的同位素效应研究。模拟结果表明，CFQS中存在明显的ITG同位素效应，随着氢同位素质量的增加，ITG的增长率显著下降。通过扫描等离子参数，如不同氢同位素混合的比例、密度梯度以及离子与电子温度比，研究了这些等离子体参数下CFQS中同位素效应的变化。此外，在不同的环向或径向位置处研究了CFQS的三维磁场位形对ITG同位素的影响，发现ITG的同位素效应在不同的环向和径向位置均普遍存在。

关键词：同位素效应离子温度梯度模准环对称仿星器 CFQS