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[硕士论文] 雷嘉莹
电工理论与新技术 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:与对称单脊波导缝隙阵相比,非对称单脊波导缝隙阵体积小、无寄生副瓣、可宽角扫描、易实现低副瓣电平,因此被广泛应用于机载、舰载相控阵雷达天线系统。矩形单脊波导的横截面尺寸大、工作带宽窄且衰减严重,已无法满足现代无线通讯的要求,而且非对称单脊波导缝隙阵的设计方法多为Elliott的三组设计方程,该方法只适用于矩形非对称单脊波导缝隙阵,但无法求解复杂截面的脊波导缝隙阵。基于以上问题,研究复杂截面非对称单脊波导的传输特性,并寻找一种适合于复杂截面非对称单脊波导缝隙阵的设计优化方法,可有效提高现代无线通讯质量。
  本文基于介质填充非对称倒梯形单脊波,利用有限元法结合MATLAB编程,研究填充介质的位置和宽度对填充非对称倒梯形单脊波导的归一化截止波长、单模带宽、归一化衰减常数、功率容量和阻抗特性的影响。在此基础之上,选择传输特性最好的结构作为缝隙阵的馈电波导。
  根据设计指标,确定填充非对称倒梯形单脊波导缝隙阵的整体结构,计算出各缝隙的激励幅度分布和电导分布。根据等效传输线理论,在高频电磁仿真软件HFSS中建立10元缝隙阵模型,提取缝隙电导和物理参数。仿真分析16元填充非对称倒梯形单脊波导缝隙阵可以发现,该缝隙阵满足高增益、低副瓣和窄波束的要求,具有良好的辐射特性。与相关文献对比可知,利用介质填充非对称倒梯形单脊波导作为天线的馈电波导,可进一步实现天线的小型化。
  由于实际加工中存在的误差,缝隙阵方向图副瓣和增益应保留一定的余量。初始设计阵列的口径分布与理想天线的口径分布具有一定的差异,在分析误差产生原因的基础上,构造“近场幅相分布逼近”为目标函数,采用遗传算法对各缝隙的谐振参数进行优化。在MATLAB中编写遗传算法的主程序和HFSS建模仿真的脚本程序,通过脚本接口返回近场幅值和相位分布,计算出适应度值,实现数据间的传递。优化结果表明天线的性能得到了显著提升。
[硕士论文] 刘超英
电路与系统 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:在传统化工、冶金、核电等行业中,数字显示设备已经广泛应用。随着“互联网+”以及“云计算”概念的提出,为了实现数显设备显示数据的网络化和数字化,需要在不破坏原有数显设备基础上进行技术升级,即使用无接触式的方法读取数据。目前,数字显示仪器终端显示数据的读取和检测主要由人工进行,需耗费大量的人力物力且人为误差较大。为解决此类问题,本文通过深入分析图像识别技术,针对大部分仅仅是通过LED来显示数值且没有附带数据传送功能的数字测量仪器,在不破坏原有设备同时保障其原有稳定性及安全性的条件下,设计并实现了数字显示仪器的智能动态识别检测系统。
  自上世纪50年代以来,图像识别技术蓬勃发展,取得了诸多卓越的成就。但大部分主要是针对静态图像的处理(如车牌识别技术),而对动态显示的数字字符研究较少。本文在详细分析相关理论、调研国内外数字图像识别发展进程的基础上,以七段式数码管动态显示的识别技术为重点研究对象,借鉴前人的研究方案并进行成果分析,设计了基于图像处理的系统方案和工作流程。本系统主要分为5个模块:被检测数字显示器,图像采集部分,数据接口传输部分,PC端图像处理模块以及系统控制模块。主要完成的工作有:
  第一,选用可控CCD工业相机以及USB模块,实现数字仪器终端显示数据的采集和实时传输。
  第二,选用FPGA控制模块采集CCD相机拍摄图片的清晰度并与动态数据显示相吻合,将信号反馈给PC端用以控制相机拍摄时间,确保高效、完整地拍摄到被测仪器的动态数字显示图像。
  第三,在图像预处理部分充分分析被采集图像的特点,利用相应的图像预处理技术,对图像进行定位、灰度化、图像增强、二值化、噪声滤波、矫正、字符分割、归一化等处理,便于保证图像最终识别的效果。
  第四,分析数字字符成像特点,提出穿线法和网格法相融合的方法提取图像特征。利用所获得的融合特征,分别通过基于模板匹配法和BP神经网络法对所采集到的图像进行比对识别分析,通过实验数据证明BP神经网络识别方法要优于模板匹配法。
  第五,确定系统软硬件测试环境,完成系统测试。通过实验证明本系统对数字仪器终端数据动态显示识别具有良好的效果,具有很高的实用价值。
[硕士论文] 陈康
机械工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着信息时代的日益发展和快速推进,各种各样的信息类产品进入人们的生活当中,各行各业对显示类的产品的需求量也是日益增大,很大程度上促进了显示技术的发展,因此不同类型的电子显示器随之而生。LED显示器近几年发展迅速,成为当今显示行业中的主流产品,LED显示器的使用场景非常广泛,例如:商场、机场、车站、学校、交通等等。
  本文要研究的旋转LED显示器与传统的静态平面LED显示器有所不同。利用POV(Persistence of vision)即人眼视觉暂留原理通过旋转LED灯显示出图像,其优势很多体现在寿命长、低功耗并且不需要通过外部设备人眼就可以直接观察到3D显示效果,给人带来视觉上的全新体验。
  本文详细介绍了旋转LED显示器的硬件原理及软件算法,主要包括256级灰度全彩、24位真彩显示方式、无线电能传输控制、无刷电机控制原理、PWM波控制LED灯亮度以及图像显示的核心算法。无线传输技术是一种通过电磁感应原理进行电能的转换和传输的一种技术。旋转LED显示器由于是旋转的方式需要无线供电给该显示器的显示电路部分供电。
  根据本设计需要基于OpenCV开发一个视频及图像的取模软件将转换成的数据用于显示器的播放,OpenCV是一个基于BSD许可(开源)发行的跨平台计算机视觉库。本设计采用Keil uVision5IDE嵌入式开发软件作为软件的开发环境,使用该软件比较方便程序的调试。为了能达到设计性能的要求,本文选用了ST公司所生产的STM32系列的MCU作为主控芯片,是32位的Cortex-M7内核高性能的芯片,主频最高可达72MHz、512Kbytes的Flash以及256Kbytes的SRAM,其主要外围硬件电路包括LED灯驱动电路、无线供电收发电路、电机控制电路、无线遥控电路、红外对管接收电路、电源模块。通过Altium Designer画图软件绘制电路图。
  基于上述基础,完成了本设计的硬件和软件,并达到了预期的显示效果。
[硕士论文] 陈润
物理电子学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:绝缘体上的硅(SOI)由于其紧束缚特性和高非线性响应,这种材料被认为在构建片上全光集成光路方面具有十分重要的应用潜力。本文主要研究了两个课题:一个是SOI波导中,双光子吸收对孤子捕获的影响;另一个是SOI波导中,亚皮秒艾里脉冲的传输特性。
  脉冲的传输特性遵从麦克斯韦方程组,通过一系列推导,得出了描述脉冲传输规律的非线性Schr?dinger方程(NLSE)。进一步通过分步傅里叶法,利用Matlab软件求解NLSE可获得脉冲的传输特性图像。
  文章中研究分析两个课题:第一个课题是在SOI波导中,孤子脉冲的自捕获现象。讨论了孤子捕获的形成,以及SOI波导中的克尔效应,双光子吸收效应以及自由载流子效应对孤子捕获形成的影响,以及自由载流子寿命对孤子捕获所产生的影响。第二个课题研究了亚皮秒艾里脉冲在SOI波导中的传输规律。研究中发现了群速度色散和三阶色散的作用使得脉冲发生时域翻转,在克尔效应的作用下,有孤子脱离以及产生新的艾里脉冲。讨论了群速度色散,三阶色散,克尔效应,双光子吸收效应,自由载流子效应等因素对艾里脉冲传输特性的影响。
[硕士论文] 张文君
通信与信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着北斗卫星定位导航系统在世界范围内的快速发展,对于用户的终端设备的需求也更加广泛。考虑到用户对终端设备的可携带需求以及接收卫星信号的圆极化特性和北斗定位导航系统的多个频率段传输信号的特点,可携带的终端设备的天线应当具备包括小型化、圆极化和多个频率段工作在内的特点,所以在北斗卫星导航系统的用户终端设备中小型化圆极化多频率段的天线有着比较有意义的探讨价值。本文在分析了国内外比较经典的北斗天线的设计方法之后,完成了两款基于北斗卫星导航系统的多频段微带天线的设计。
  设计了一款双层贴片的北斗天线,该天线具有两个相对独立的馈电点和两层圆形贴片结构,且覆盖了BDS-2B2和BDS-1S两个频段。通过在天线的圆形贴片中间开一条狭窄缝隙实现了圆极化,在传统的馈电方式的基础上增加一个馈电点即使用了两个相对独立的馈电点,且引入了金属通孔来增加两个端口的隔离度,通过在圆形贴片周围开不同长度的细缝来实现了小型化。通过计算和软件优化分析了天线主要的结构参数对于天线性能的不同影响,根据这些分析结论确定了该天线的尺寸,为70mm×70mm×3.2mm,与同类的天线对比,不仅覆盖了北斗卫星导航系统两个频段,且天线的尺寸相对减小。
  设计了一款单层贴片的北斗天线,该天线具备单个馈电点和单层圆形贴片结构,且覆盖了BDS-2B1和BDS-1S两个频段。天线通过在圆形贴片中间开缝的方式实现了圆极化,同时在45°、135°、225°和315°位置上开C型缝隙实现了天线的小型化。天线的最终体积为50mm×50mm×1.6mm,和与其他的北斗天线对比,不仅覆盖了北斗系统的两个频段,而且天线尺寸也比较小。
  仿真结果表明,这两款北斗天线都满足了北斗系统对终端设备的指标要求:双层贴片北斗天线在B2频段的轴比为1.119dB,增益为1.69dB,在S频段的轴比为0.82dB,增益为1.74dB;单层贴片北斗天线在B1频段的轴比为0.89dB,增益为1.7dB,在S频段的轴比为1.02dB,增益为1.6dB。
[硕士论文] 孙烨
通信与信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,左手材料(Left-Handed Metamaterials,LHM)由于其奇异的电磁特性在物理学、电磁学、光学以及材料学等研究领域受到了广泛的青睐。本文主要研究了LHM及其在微带天线中的应用,设计出了基于LHM的新型微带天线。
  首先,介绍LHM的基本理论,总结了LHM的发展及研究现状,对负介电常数和磁导率的实现机理进行了理论推导,并分析了LHM的电磁特性;通过研究SRR结构和八边形单面开口谐振环(Split Single-Ring Resonator,SSRR)结构,验证了LHM具有负介电常数和负磁导率的特性,并深入研究了影响八边形SSRR结构LHM特性的结构参数,为LHM在微带天线中应用奠定了基础。
  其次,简单阐述了微带天线的基础理论,采用加载八边形SSRR结构LHM覆层的方法,设计了一款高增益的微带天线,并且具体分析了LHM覆层距离天线不同高度时对其电磁特性的影响。加载八边形SSRR结构LHM覆层后,微带天线的增益提高了2.9dB,半功率波束宽度降低了41°,谐振频率和带宽基本不变。验证了LHM覆层对天线具有汇聚电磁波束,提高增益的作用。
  最后,研究了LHM实现微带天线小型化的理论依据,采用不同的加载方法,设计了两种小型化微带天线:基于左手传输线的小型化天线和圆形单开口谐振环(Circular Split Single-Ring Resonator,CSSRR)的小型化天线。贴片上加载左手传输线结构的微带天线,在谐振频率1.74GHz处,尺寸比普通微带天线的尺寸减小了50.83%。接地板上加载CSSRR结构的微带天线,在谐振频率5.8GHz处,尺寸比传统微带天线的尺寸减小37.52%。对天线进行了实物加工,并测量了其回波损耗,测量结果与仿真结果吻合较好。因此,加载LHM可以减小微带天线的尺寸,实现天线的小型化设计。
[硕士论文] 曹其栋
通信与信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,无线通信技术飞速发展,给人们带来了诸多便利,现代化生活越来越依靠无线通信。对有限的频谱资源,单频通信设备很难满足苛刻的通信要求,双频和多频通信成为研究热点。频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)作为一种特殊的滤波器,可以完全反射或全透射某些频率的电磁波,从而改变原有的电磁波传输特性,成为多频通信系统的重要组成部分,在军事和民用领域均有广泛应用。本文着重研究了多频FSS的设计及其在微带天线雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)缩减中的应用,主要工作和创新点如下:
  (1)简要介绍了FSS的研究背景及意义、研究历史和现状;分析了贴片型和孔径型FSS的工作原理,基于Floquet定律推导了模式匹配法和谱域法求解FSS的基本思路,分析了影响FSS传输特性的主要参数和栅瓣的产生及抑制。
  (2)在分析传统方环及其互补结构组成的FSS的基础上设计了一种工作于X/Ku波段的新型双通带FSS,该FSS由两层介质加载三层金属贴片组成。借助HFSS软件分析了FSS的传输特性,研究了相对介电常数和介质厚度对FSS传输系数的影响。仿真结果表明,设计的FSS具有宽频特性,通带内平坦,阻带抑制效果好,对不同入射角度和极化方式的电磁波不敏感。
  (3)基于不同尺寸谐振单元设计了一种四频段FSS。通过方环形贴片和不同尺寸的八边形环以及八边形贴片组合的形式得到了一个阻带和三个通带,阻带位于X波段,三个通带从低频到高频依次位于Ku波段、K波段和Ka波段。仿真结果表明设计的四频段FSS对不同入射角度的TE波和TM波均具有良好的稳定性。
  (4)将设计的新型双通带FSS作为天线罩加载到微带天线上方,分析加载FSS前后微带天线的增益变化以及RCS缩减情况,发现加载FSS之后天线的方向性有所改善,增益最高增加了4.9dB,且在7~11GHz范围内天线的RCS均有不同幅度的缩减,最大缩减为13.67dB,由此证明了设计的双通带FSS在基本不影响天线反射系数的情况下可以提高天线增益,大幅缩减工作频段内外的RCS。
[硕士论文] 王超
通信与信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着Bluetooth,WCDMA,LTE等无线通信技术的快速发展,通信天线也在不断更新换代。天线作为射频前端,它在很大程度上决定了无线通信系统的性能。设计出具有低剖面、高性能特征的天线对于提高通信系统的整体性能具有重要意义。为此,本文以电磁偶极子天线理论为基础,研究和设计了两种新型低剖面电磁偶极子天线如下:
  第一种为贴片型端射电磁偶极子天线。通过将矩形金属贴片作为电偶极子,将空心等腰三角形金属贴片作为等效磁偶极子,实现了良好的波形互补。该天线实现了超过19dB的辐射前后比,其交叉极化低于-40dB,增益达到4.93dBi,阻抗带宽为2.281GHz至2.536GHz(S11<-10dB),覆盖了ISM-2.4GHz频段。该天线虽与微带天线外形相似,但其交叉极化水平远低于微带天线。
  第二种为低剖面宽频带电磁偶极子天线。该天线包括一对矩形金属片,两个连接矩形金属片和金属底板的垂直金属壁,一个中间开槽的U形反射板和一个Г形馈电针。其中,矩形金属片作为电偶极子,垂直金属壁和其间的金属底板连同Г形馈电针共同组成了等效磁偶极子。通过设计尺寸合适的Г形馈电针,实现了较宽的工作频带;通过在金属底板上开槽,延长了底板上的电流路径,降低了天线的剖面高度;通过使用U形反射板,增加了天线的增益。该天线的增益达到8.83dBi,交叉极化低于-39dB,辐射前后比高于20dB,阻抗带宽为1.824GHz至2.877GHz(S11<-10dB),覆盖了LTE1900,WCDMA频段和LTE2300等多个频段。
  对上述两天线进行了实物加工和测试,测试结果与仿真结果基本一致,证明了本文所提出的天线设计方案的可行性。
[硕士论文] 牟永飞
信号与信息处理 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:电磁波在地下的传播与在空气中相比,最主要的区别就是衰减严重,极大地限制了通信距离。为了克服大地的衰减作用,需要采用甚低频或者超低频电磁波进行通信,但这样不但使得信道容量很小,而且需要尺寸很大的天线。本文的研究是基于负磁导率超材料特性设计并优化天线结构,依据主要是磁感应通信原理,着重于解决天线面积过大、通信距离过短两个问题。
  本课题主要研究内容是在2MHz工作频率的前提下,对半径为0.05m、匝数为8匝的线圈天线结构进行优化,优化天线的内部线圈半径为0.015m,优化后天线球的半径为0.05m。论文工作主要分为三个阶段为:(1)选择合适的线圈类型、验证超材料壳的材料增强作用,并确定超材料壳的厚度。仿真分别采用了圆形、方形线圈进行分析,验证了圆形线圈的磁场分布更均匀;然后从理论分析了超材料壳的最佳厚度,并验证了半径为0.05m的超材料天线球,其超材料外壳的最佳厚度为0.025m。(2)通过加入铁氧体和钢棒的方式对内部线圈进行优化。铁氧体选择了镍锌铁氧体,钢棒选择了不锈钢棒,然后基于FEKO软件建立了相关模型进行了优化,得出了最佳尺寸;最后将完整优化模型带入到Comsol软件中进行地下模型的仿真,仿真结果验证了优化后的天线较同尺寸的天线,磁场强度提升了约两个数量级,在磁场强度高于10?10/的前提下,优化的天线将传输距离由3m提升至5m。(3)分析天线性能。根据之前得出的天线模型分析整体系统特征,分析了天线放置方向对通信强度的影响,天线放置方向与信号传播方向一致时效果更佳;然后对超材料天线进行了点对点和磁中继建模仿真,验证了磁中继通信的优越性,以及发射端采用优化结构的优势;最后分析了天线匹配的作用、原理,并基于2MHz进行了天线的匹配,得到了匹配电路。
[硕士论文] Yasin Muhammad
通信与信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:With the fast adoption of LTE and IEEE802.11N,in order to increase themaximum data rate of asystem andto make the communication link more reliable most of thedevices areemploying multiple antennas.Traditionally,fixed antennas are used in such devices.Nowadays,reconfigurable antenna are designed for the purpose offurther increase the performance,which maintain or exceeds the performance of fixed antenna,and by changing their radiation characteristics can adopt to changing wireless channel.This thesisis about studythe possibility of increasein performance by the use ofpattern reconfigurable antennas as receivers.Firstly the performance potentialwas estimated usingsimulations,and thenrepresentedusing two ESPAR versespair of monopole antennas on BER(bit error rate)testbed.This thesismainlyfocused on study aboutpotential performance gains with pattern reconfigurable antennas in themulti-antenna system,and representedin real-world measurements,favorableperformance increases overequivalent systemwith an Omni-directional antenna.For an effective demonstration,two ESPAR antennas were designed,fabricated and evaluated on a hardware BER testbed,and both the captured BER curves as well as the computed channel capacity indicated the superiority of the ESPAR antennas over a pair of monopoles in a multipath-richindoor environment.
  Reconfigurable antennas have been a common area of research for MIMO related applications,and pattern reconfigurable antennas have received considerable attention.Even thoughchannel measurements had shown capacityimprovements with novel pattern reconfigurable antennas in many cases whilelittle work has been done in this field to studythe performance impactin MIMOand the relationship between power and diversitygain,andtheir effects to increasethe data throughput.This thesis investigated these issues and presented a novalanalysis through both simulated and experimentallymeasured results.
[硕士论文] 侯焕存
通信与信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会的不断进步,人们对通信速率和通信效果提出了更高的要求。超宽带通信技术以高速率、低功耗、高稳定性等优点,满足了当代人们对高品质通信效果的追求。超宽带通信系统的工作频带范围为3.1~10.6GHz,在这一频段中还存在着诸如WiMAX(3.3~3.8GHz)、WLAN(5.15~5.825GHz)以及卫星通信X波段下行频率段(7.25~7.75GHz)等窄带通信系统,为了避免这些窄带系统对超宽带系统造成干扰,同时兼顾系统小型化、集成化的需要,研究具备天线和带阻滤波器功能的陷波超宽带天线成了近年来比较热门的一个课题。
  本文的主要目的是设计与实现能够应用于超宽带通信系统的超宽带天线。因此所设计的超宽带天线应当首先满足超宽带通信的带宽要求,此外还应满足超宽带天线对于增益、辐射方向的要求。同时为了避免与超宽带频段内的窄带系统相互干扰,通过在天线表面和底板上加载缝隙结构使超宽带天线实现相应窄带频段的陷波特性。本文使用HFSS软件对所设计的超宽带天线建模仿真并优化分析。具体研究工作包括:
  (1)设计了两款小型平面单极子超宽带天线。一款采用微带线馈电,辐射单元为六边形结构,接地板为部分接地结构。通过在接地板上开槽以及增加阻抗变换线的方式扩展了天线带宽,天线带宽为3.0~11.6GHz,相对带宽为117.8%。天线整体尺寸为35×30mm2。另一款采用共面波导馈电,矩形辐射贴片。通过对贴片和地板切角的方式扩展了天线带宽,其带宽为2.15~13.1GHz,相对带宽为143.6%。天线的整体尺寸为40×30mm2。
  (2)在所设计的两款超宽带天线的基础上,结合加载缝隙结构实现了双陷波和三陷波超宽带天线设计。其中,在共面波导馈电的超宽带天线贴片上加载倒U形缝隙和C形缝隙,实现了在3.0~3.8GHz和5.15~5.84GHz频段的双陷波特性。在微带线馈电的超宽带天线贴片上加载CSRR谐振环、在底板上加载对称J性缝隙以及在馈线上加载螺旋形缝隙,实现了在3.22~3.97GHz、4.94~5.84GHz和7.25~7.86GHz频段的三陷波特性。所设计的天线在陷波频率段的增益均能迅速下降到-4dB左右,而其他频段增益则在2dB以上。
  (3)对所设计的四款天线实物加工制作并测试天线性能,对比天线测量结果和仿真结果验证了设计的准确性和可行性。
[硕士论文] 刘敏
仪器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:电磁超材料(Electromagnetic metamaterials,EMMs)是指一类由亚波长微结构单元周期性排列组合而成的等效均匀人工复合材料。它具有的特异的物理性能是自然材料所不具备。通过将某种周期性的几何结构单元嵌入到传统的媒质材料中,制造出的人工材料具有自然媒质所不具有的超常物理特性。本文主要利用超材料概念,将新型电磁超材料与微带天线相结合,设计并加工了三款基于超材料的宽频带定向性微带天线。文中对设计的超材料微带天线的内部机理和天线的电流分布图及参数设计过程进行了详细的分析。设计的超材料微带天线很好的改善并提高了初始天线的性能(例如:拓宽了初始天线的带宽,提高了增益)。本文主要分为两大部分:第一部分,基于超材料的宽频带定向性微带天线的设计;第二部分,设计的超材料微带天线的加工与测试。
  本论文的主要框架如下:
  论文前两章主要阐述了超材料在天线中的应用和超材料及微带天线的基本理论。第三章设计了三款基于超材料的宽频带定向性微带天线,通过在辐射贴片上刻蚀平面微结构拓宽了设计天线的带宽;同样的方式,通过在设计天线的接地板上刻蚀十字交叉缝隙,这在拓宽设计天线的带宽的同时也减少了接地板与辐射贴片中心领域的耦合,增强了天线的端射,这使得设计天线的主要辐射方向为水平-x方向上,而不是传统微带天线的垂直方向上。其次,对超材料天线的内部工作机理及仿真优化过程进行了详细的分析。第四章分别将设计的三款超材料微带天线进行加工,并对加工天线的各项参数(例如:回拨损耗、增益、二维平面方向)进行了测试分析。
[硕士论文] 赵宇婷
电子与通信工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:在现代通信系统中,随着各种通信设备的高集成度与小型化发展,设备内部的空间变得日益紧凑。通信设备内部元件间间距越来越小,元件间的相互耦合,串扰等问题加剧,容易影响各元件的独立工作性能,导致通信设备整体工作性能下降,严重时甚至无法正常工作。
  本文针对无线通信设备内部的相邻传输线与微带天线间的耦合消除进行研究,并提出了两个有效去耦的方案。本文所做的主要工作如下:
  (1)设计了G型缺陷壁电磁隔离结构(Defected isolation wall structure:DIWS)并将其应用于微带天线与平面微波传输线间的耦合消除。首先利用电磁仿真软件HFSS对微带天线与平面微波传输线结构进行建模,并研究距离对两者间耦合程度的影响,为布线距离提供一些参考。针对耦合程度最高的情况,设计了一种周期性加载G型缺陷的电磁隔离结构,并对其电磁特性进行研究,结果表明所设计的DIWS结构在特定频段内具有带阻滤波特性。经过优化使其阻带工作于天线的工作频段,然后将DIWS结构应用于微带天线与平面微波传输线间的耦合消除,结果显示通过在天线与微带传输线的耦合路径上加载所设计的DIWS结构,耦合最多降低了20dB左右。最后对加载DIWS结构前后天线及微带传输线的相关性能进行研究,结果表示DIWS结构对各自的工作性能影响较小。
  (2)针对DIWS结构作为立体电磁隔离结构不利于集成,应用局限性较大的问题,在同样的应用场景下,提出了新的去耦设计:平面缺陷微带线结构(Defected microstrip line structure:DMS)。为了进一步对传输线与微带天线间的耦合与DMS结构的去耦作用进行研究,采取场路结合的方式,利用HFSS电磁仿真与ADS等效电路联合仿真进行分析。首先在去耦合前利用等效电路对传输线与微带天线进行建模。然后基于缺陷微带线结构能改变电流走向及具有滤波特性的工作原理设计了新的DMS结构,并对其等效电路进行建模。最后将所设计的DMS结构应用于传输线与微带天线间的耦合消除,研究其去耦作用,并进行等效电路建模。经过优化,结果显示去耦效果良好,能在较宽的频带内将两者间耦合降低到-25dB以下,且全波仿真结果与等效电路仿真结果的对比显示两者吻合度较高,验证了所设计等效电路的有效性。
[博士论文] 靳文星
通信与信息系统 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:互联网及物联网技术的飞速发展对当前光通信网络的传输容量造成了巨大挑战,单模光纤的传输容量达到100Tb/s已经接近香农定理的传输极限。受到非线性效应的制约,以单模光纤为骨干的光通信网络正面临严峻的传输瓶颈问题。空分复用技术作为下一代高速大容量光通信系统的可行方案引起了广泛关注。作为实现空分复用技术的少模光纤和多芯光纤,其特性及应用更是受到重点研究。本文在实验室承担的国家973项目、863项目及国家自然科学基金项目的支持下,对新型少模光纤和多芯光纤的模式特性及应用进行了重点研究,取得如下的研究成果:
  (1)总结了少模光纤在模分复用系统中及新型光器件中的发展及应用,利用光波导理论对少模光纤中的模式特性进行了详细分析,并对椭圆芯少模光纤中的模式特性进行了研究。阐述了利用MCVD法制作特种光纤的基本步骤,利用实验室的MCVD设备及拉丝塔设计并制作出D型椭圆芯的双模偏振保持光纤,对其应变传感特性进行了研究。基于D型光纤外形,设计出支持单种一阶线性模式的准D型椭圆偏芯光纤,对其模式特性进行了分析。
  (2)实验制作了双模光纤模式干涉仪,该结构由一段双模光纤通过错位熔接方法嵌入普通单模光纤之间,具有较好的滤波特性。详细研究了不同长度的双模光纤对干涉仪传输光谱的影响,利用不同波长处的两个干涉波峰或波谷作为传感监测点实现应变和温度双参量的传感测量。提出单模布拉格光纤光栅和双模光纤级联型传感器,将布拉格光栅透射峰和一个干涉波峰作为传感监测点,利用二者对应变和温度的灵敏度不同,实现应变和温度的同时测量。对双模布拉格光纤光栅的传输矩阵进行简化,研究了不同参数下双模均匀布拉格光纤光栅和均匀相移光纤光栅的反射谱和透射谱特性。利用相位掩模法制作了双模光纤布拉格光栅,通过改变光栅的弯曲状态和谐振腔的偏振态实现波长可切换的双波长激光输出。
  (3)对多芯光纤在新式光子灯笼型模式复用/解复用器中的应用进行了研究,提出强耦合型多芯光纤所支持超模模式有效折射率的计算方法。分别计算出不同纤芯数目及光纤参数条件下的各个模式的有效折射率,计算结果与有限元仿真方法进行对比,显示了提出的计算方法的准确性。利用MCVD法制作出弱耦合型七芯光纤,提出基于多模-七芯-多模光纤结构的马赫-增德尔干涉型传感器。将制作的传感器用于应变、温度和曲率的测量,实验获得的灵敏度分别为0.8pm/με、38.2pm/℃和9.478nm/m-1。
  (4)提出两种空气纤芯辅助型多芯结构的大模场面积光纤。光纤结构分别基于圆环形和蜂窝形状排列的强耦合型多芯光纤,支持严格的双模传输,在不同纤芯数目情况下对影响传输模式特性及各模式模场面积的结构参数进行了详细分析。经过优化的结构参数在实现大模场面积的同时改善光纤的弯曲性能,解决普通多芯光纤模场面积和弯曲损耗之间相互制约的问题。
[硕士论文] 仲唯舟
电子与通信工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代通信技术的不断发展,天线阵列以其高增益、高功率、低副瓣等特点,被广泛应用于民用和军事领域。天线的测量一直是天线研究领域里的一个重要课题,是与各类新型天线同步发展的。面对一套非常复杂的天线测量系统,如何快速准确的验证其准确性成为了一个急需解决的实际问题。本文根据这种需求设计了一种用于计量中的标准天线阵列,通过理论计算能够准确的得到天线阵列辐射特性,从而实现快速准确判断天线测试系统的有效性。
  论文的主要工作和创新点如下:
  (1)针对多阵元偶极子天线阵列的馈电网络设计需求,设计了一种工作频带为1.0GHz-5.5GHz的等功率分配功分器以及一种工作频带为1.0GHz-3.0GHz的用于偶极子天线平衡馈电的微带渐进巴伦。除此之外为满足宽带特性,设计了一种工作频带为DC-100GHz的功分器,这些设计都具有成本低、易于集成等特点,能够大量应用于天线阵列中。
  (2)针对可计算特性选取偶极子天线作为天线单元,设计了一种双极化偶极子天线单元。建立多阵元直线阵,分析验证了天线阵列的基本特性,并对阵元间耦合对天线单元交叉隔离度造成的影响进行了深入和系统的分析,调节合适的阵元间距,使用不同长度振子的双极化偶极子天线单元,两种天线单元中心频率分别为1.8GHz和2.0GHz,从而优化阵元交叉极化隔离度,同时也拓展了天线阵列的工作带宽。
  (3)确定天线阵列的排布方式,设计一种可分离式多阵元天线,设计两个1×8直线阵可以分离工作或拼接成1×16直线阵工作,设计工作频带为1.0GHz-3.0GHz的宽带馈电网络能够给两种状态的天线阵列每个阵元提供等幅信号输入,同时给每对振子提供平衡馈电,实现较优的工作性能。
[博士论文] 黄琳
通信与信息系统 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:石英玻璃材料具有诸多优良特性,如制造成本低、极低的光学损耗、较高的光学损伤阈值,在现代光电子学以及光纤通信领域有着广泛的应用。由于石英玻璃材料的宏观中心反演对称性,石英玻璃以及石英光纤不具有光学二阶以及其它偶数阶非线性效应。热极化技术可打破其宏观反演对称性,诱导出二阶非线性。目前对热极化的机理进行了大量的研究,虽然认为其机理为载流子的迁移,仍有较多极化现象无法解释。另外由于热极化光纤较低的二阶非线性系数,一定程度限制了其应用价值,因此在热极化光纤的优化、新型热极化光纤设计与应用方面有待进一步的工作,以增大热极化诱导二阶非线性系数、提升应用价值。本文针对于热极化光纤的载流子动力学模型、优化以及新型热极化光纤的设计与应用,开展了一系列深入的理论、仿真与实验研究。本论文取得的主要研究成果与创新点如下:
  1.提出并验证了光纤热极化二维载流子动力学模型。模型结果揭示了光纤热极化中的载流子、非线性层的演化与分布,极化诱导二阶非线性系数的演化规律。光纤热极化二维载流子动力学模型对于理解光纤热极化中的现象,为实验设计以及极化结果的优化提供理论指导。研究结果首次给出了极化后光纤电光系数的演化规律。
  2.对双孔热极化光纤的传输特性与极化特性进行了系统的研究。研究了双孔光纤电极孔参数、电极材料的种类对光纤传输特性的影响,给出了双孔热极化光纤传输特性变化规律,在此基础上,研究了电极孔参数对热极化特性的影响,提出了一种具有单偏振特性的极化优化的热极化光纤。
  3.研究了光纤热极化芯包界面阻碍效应的机制,发现芯包界面的低载流子迁移率是影响芯包界面阻碍效应的根本原因。在此基础上,研究了纤芯、包层载流子迁移率、浓度对芯包界面阻碍效应的影响,提出了克服以及增强芯包界面阻碍效应的方案。
  4.研究了光纤热极化窄非线性层形成机制,建立热极化氢类载流子双迁移率模型。通过实验结果,推导了窄非线性层载流子分布特性,由此提出了H+与H3O+载流子双迁移率机制。该模型合理解释了光纤热极化窄非线性层形成的原因,结果表明氢类载流子浓度与Na+浓度相对大小是导致宽非线性与窄非线性层现象差异的根本原因。研究结果对于高度控制非线性层在纤芯中的分布有重要意义。
  5.研究了基于双阳极热极化光纤的二阶模二次谐波产生。首次提出了热极化光纤二阶模二次谐波产生,通过合理的设计双阳极与纤芯间距、热极化时间,双阳极热极化光纤可实现HE11模、TM01模、HE21模的单独与共同产生,可应用于二次谐波产生矢量波束或多波长、超宽带二次谐波产生。
  6.提出并研究了电可调谐热极化双芯光纤耦合器。设计孔-芯-芯-孔结构热极化耦合型双芯光纤,基于光纤热极化载流子动力学模型研究了双芯光纤的极化过程,利用双芯方向相反的电光系数,提出了具有高速调谐功能的热极化双芯光纤耦合器。
  7.实验与仿真研究了多阳极阵列光纤热极化特性。实验制作了含有~50、~500锡电极阵列的钙钠玻璃光纤,极化后利用二次谐波显微镜发现非线性层形成并环绕在~50阳极阵列光纤每个阳极孔、~500阳极阵列光纤外圈阳极孔。基于二维载流子模型的仿真,发现非线性层首先从外圈阳极孔周围形成,在自调节机制的作用下逐渐从外圈阳极孔扩展到内圈阳极孔。
[硕士论文] 陈玮匀
信息处理与通信网络系统 广西大学 2018(学位年度)
摘要:在国家互联网+战略以及5G网络即将到来的大背景下,各大运营商对于移动通信基站建设数量大幅增加。而蓄电池作为基站备用电源是供电系统中的关键部分,如果在发挥作用时产生故障就会造成通信业务系统的阻断。由于通信基站具有站点环境复杂;数目巨大且分布位置广泛;无人看守等特点;而基站蓄电池作为备用电源使用时产生了较多问题,因此需要一种高效智能的基站蓄电池运维与调度系统。基站蓄电池剩余容量(SOC)监控是对基站蓄电池运维与调度的前提,因此,对蓄电池SOC进行准确估算意义重大。本文使用RBF神经网络作为蓄电池SOC的估算模型。首先引入L1/2正则化来选取适当数目的神经网络隐层节点;然后通过基于模糊理论的放缩算法提高神经网络泛化能力;接着将模拟退火算法融入梯度下降法中,从而改善了训练过程中极易产生较差的局部最优解需要大量重复训练的现象。最后介绍开发搭建的基站蓄电池运维调度系统软件和硬件,提出一种在满足基站进行紧急运维条件下,成本优化的维修站点选址以及运维调度路线算法。本文主要工作和相应内容如下:
  1.在使用RBF神经网络进行训练过程中,神经网络的性能取决于网络结构特别是隐层节点数。节点数过少时无法通过训练学习到数据特征也就无法得到准确的结果;节点数过多时对数据特征过度学习而产生了过拟合现象,导致估算过程中会产生较大误差。由于正则化具有稀疏模型的能力,本文通过L1/2正则化算法对RBF神经网络隐层节点数进行选择从而得到合适的隐层节点数。对于一个训练好的神经网络而言,其泛化能力高低是衡量该神经网络性能是否优秀的重要标准;它决定了在处理新数据时神经网络能够进行准确估算的能力;因此,通过基于模糊理论的放缩算法来提高神经网络泛化能力。而梯度下降法初始点的随机选择导致所得解极易陷入局部最小值,将模拟退火算法思想融入该训练算法中从而赋予了在搜索解过程中的跳变能力,进而摆脱不满足要求的局部最优解而向全局最优解靠近。通过实验仿真验证了上述改进。
  2.对基站蓄电池运维调度系统进行搭建与开发。对于硬件部分,阐述了在系统开发中设计制作的核心控制模块及相应实物图;对于软件部分简要描述了基于Visual Studio开发的运维调度平台的系统模块单元功能,并且对该平台的数据传输功能进行测试验证。最后结合蓄电池SOC估算,在使得基站能够得到及时运维的前提下,提出一种基于成本优化的维修站点选址以及调度路线设计和人员派遣算法方案。
[硕士论文] 李鹏
电气工程 黑龙江科技大学 2018(学位年度)
摘要:微弧氧化表面处理技术是一种直接在有色金属表面生成陶瓷性氧化膜的综合应用技术,能够解决有色金属易腐蚀、易磨损、硬度低等缺点。微弧氧化技术是包含电化学、材料学以及电力电子技术等领域的交叉学科,属于目前材料表面处理的研究热点。微弧氧化电源是微弧氧化处理工艺的核心部分,目前微弧氧化电源大部分采用不控整流或全控型晶闸管整流电路以及硬开关电路,导致电源存在大量谐波含量和开关损耗大等问题,成为制约微弧氧化电源设备推广应用的“瓶颈”。课题针对该“瓶颈”对PWM整流技术以及软开关技术进行研究,设计了以三相PWM整流器以及移相全桥ZVZCS DC/DC变换器为主电路拓扑结构的微弧氧化电源样机。
  本课题微弧氧化电源硬件部分采用以三相PWM整流电路、移相全桥ZVZCS DC/DC变换器以及全桥斩波逆变电路构成的主电路,并对三相VSR交流侧电感、直流母线电容以及移相全桥ZVZCS电路的高频变压器、阻断电容进行设计,选择SEMIKRON公司的IGBT作为主电路开关管,IGBT驱动电路采用落木源TX-DA102D驱动器,通讯电路采用人机界面ET100,并与DSP通过RS485接口进行数据交换和显示。软件部分以数字处理器TMS320F28335为核心,对主程序、外扩ADC采样程序、数字锁相环子程序、SVPWM子程序、双闭环控制子程序、PWM控制程序以及软启动程序进行编写。
  搭建微弧氧化电源实验平台,在输入三相交流电压Uac=220V,负载RL=20Ω,输出功率Pout=2.4kW下对三相不控整流与三相PWM整流进行谐波含量以及效率测试,分析得出三相不控整流谐波含量是三相PWM整流器的20倍,且效率提升约10%;在输入直流电压Udc=560V,开关频率fs=40kHz,负载R=50Ω实验环境下对移相全桥ZVZCS电路与硬开关电路进行开关损耗测试以及效率测试,在输出功率达到4kW时,ZVZCS可以减少大约100W的开关损耗,这是硬开关开关损耗的73.8%;在所有负载条件下,ZVZCS电路的总功率损耗约为硬开关电路总功耗的50%。通过对比实验,验证了本课题所研制的微弧氧化电源具有高效纯净的性能。为了验证本课题研制的微弧氧化电源的微弧氧化处理效果,对铝片表面进行微弧氧化处理,通过对铝片加工前后外观对比以及电源输出波形分析,满足微弧氧化技术要求。为微弧氧化电源的推广应用提供实验依据和实现方案。
[硕士论文] 隋媛
电子与通信工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:现代军事装备的快速发展,对雷达系统的要求也越来越高。大带宽、大扫描角相控阵雷达日益成为雷达系统发展的重要方向。相控阵天线作为相控阵雷达的重要组成部分,也要求其具备宽频带及宽角扫描的特性。紧耦合阵列天线利用单元之间的互耦效应来扩宽带宽,同时又具备良好的扫描性能,是近年来相控阵天线的研究热点。本文主要对宽带宽角扫描紧耦合相控阵进行了研究和分析,主要研究内容如下:
  (1)提出了两款应用于紧耦合阵列的非对称偶极子天线单元。首先利用相邻单元之间紧密的交指型耦合结构产生强烈的耦合电容,以抵消反射地板带来的电感效应,实现紧耦合天线的宽带特性。其次为偶极子结构设计了低剖面渐变式微带巴伦,实现了从不平衡馈电结构到平衡馈电结构的转换,并利用渐变结构实现阻抗匹配。最后,通过加载宽角匹配层和电阻型频率选择表面进一步扩宽天线带宽。研究结果表明,“树杈”形单元天线在七倍频程(2-14GHz)内E面扫描范围达到±75°,H面扫描范围达到±45°。“圆环”形单元天线通过加载了两层电阻型频率选择表面,改善了天线在H面的阻抗特性,进一步降低了天线扫描时的驻波比,在工作带宽(2-14GHz)内E面扫描范围达到±75°,H面扫描范围达到±60°。
  (2)采用所设计的两款天线单元组阵。首先,对半无限周期阵列进行研究和分析,采用在阵列边缘加载阻性负载的方式,有效改善了有限阵列的边缘截断效应。其次,在此基础上设计了8×8的有限阵列,仿真验证了紧耦合阵列天线良好的阻抗带宽和扫描性能,在七倍频程(2-14GHz)内E面扫描范围达到±75°,H面扫描范围达到±60°,并对实现天线方向图低副瓣的几种方法进行了对比分析,使阵列天线获得了较低的副瓣电平。最后为“树杈”形紧耦合阵列设计了宽带馈电网络,完善了整个阵列结构。
[硕士论文] 胡嘉男
电子与通信工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:天线在现代无线通信中发挥着举足轻重的作用,成为人们当下研究的热点之一。与此同时,天线的测量技术也随之不断发展,然而对于天线极化特性测量的精确性还没有进行定量研究。为此,天线极化特性测量的精确性需要进行更深一步的研究。
  根据天线的极化特性理论以及天线极化的测量方法,本文主要研究了馈电不平衡对天线极化特性的影响,并通过平衡馈电技术设计了具有高极化纯度的双圆极化四脊喇叭天线。
  本文首先介绍了天线极化特性的基本理论,分析了电磁波极化的基本概念以及极化的类型,解释了相关的极化特性参数的概念,以及由于极化不匹配所造成的极化损失。通过国际上使用的天线极化特性测量方法,分别对线极化天线和圆极化天线的极化特性参数测量以及不确定度分析进行阐述,按照该方法进行了一组线极化天线的极化特性测量,得到测量数据并验证了在外推法电磁暗室中测量的精确性。
  根据微带天线设计的相关技术,运用电磁仿真软件CST设计了双馈点的圆极化微带天线。通过分析天线的轴比、主极化分量和正交极化分量方向图,重点研究了馈电的相位和幅度不平衡对天线极化特性参数所造成的影响。
  最后,结合馈电不平衡对天线极化特性的影响,本文利用馈电平衡技术,设计了双圆极化的四脊喇叭天线模型。在CST仿真软件中通过改变其中一组馈电的相位和幅度来研究其对天线极化特性的影响,仿真结果发现该天线能够在一定程度上消除由于馈电不平衡所带来的影响,使自身的极化特性参数能够保持在一个确定的范围内。结论很好的说明了该天线具有较高的极化纯度,并通过其馈电平衡设计能够在一定程度上消除由于馈电不平衡对天线极化特性的影响,验证了该天线能够初步作为一只标准极化天线并用于天线的极化测量工作中,可以极大程度的提高天线极化特性测量的精确性。
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