西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
为了满足高功率微波系统对宽频比双频辐射天线的研究需求,提出了一种可工作在C/X双频段的高功率圆极化反射阵列天线。天线单元采用介质埋藏的贴片单元形式,贴片部分由外圈的椭圆环贴片嵌套内圈的椭圆贴片组成,分别实现低频(C波段)和高频(X波段)的辐射。这种嵌套式的单元形式使得天线可以实现较宽的频比,同时由于单元采用无突变结构且单元被埋藏在介质中避免了三相点的出现,从而具有较高的功率容量。高低频段的两种贴片都采用绕轴旋转的方式来调节反射相位,可以在反射损耗较小的基础上满足360°的反射相位调节。基于以上双频辐射单元设计了一个口径尺寸为400 mm×400 mm的20×20矩形栅格排布反射阵列天线,设计结果表明天线在4.3 GHz下的增益为22.2 dBi,口径效率为40.2%,常压空气中的功率容量为10.4 MW;在10.4 GHz下的增益为29.9 dBi,口径效率为40.5%,常压空气中的功率容量为12.2 MW。该天线高低工作频率的频比达到2.4,且具有高效率和高功率容量的特点。
高功率微波 宽频比 双频 反射阵列天线 椭圆环贴片 high-power microwave wide frequency ratio dual-band reflectarray antenna elliptical ring patch 强激光与粒子束
2023, 35(6): 063002
强激光与粒子束
2022, 34(9): 095012
强激光与粒子束
2022, 34(2): 023001
1 西南交通大学 物理科学与技术学院,四川 成都 610031
2 中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 266111
高速磁浮列车毫米波车地通信系统要求其车载天线具有小型化、宽频带、圆极化和辐射扇形波束等特点。为更好地满足这些要求,设计一种中心馈电的小型化波导螺旋阵列天线。该天线馈电系统采用同轴波导中心馈电、4路矩形波导并馈的形式,通过改变馈电波导尺寸、耦合探针长度以及末端采用波导同轴转换器等形式,实现了所有单元的等幅馈电;天线单元由低剖面螺旋天线构成,采用顺序旋转技术改善天线的圆极化性能。利用全波电磁仿真软件设计了一款中心频率为38 GHz的28单元波导螺旋阵列天线,并进行了实验测试。测试结果表明:在37~39 GHz频带范围内,天线驻波比小于1.41,增益大于21.7 dB,轴比小于3.6 dB,俯仰面波瓣宽度为4.5°~4.7°,方位面波瓣宽度为29°~29.7°,满足毫米波车地通信系统车载天线的设计需求。
毫米波 扇形波束 中心馈电 波导螺旋阵列天线 millimeter wave sector beam center feed waveguide spiral array antenna 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 884
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明:该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。
高功率微波 宽频带 螺旋天线 反射阵列天线 圆极化 high power microwave wideband helical antenna reflectarray antenna circular polarization 强激光与粒子束
2019, 31(9): 093001
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
根据半桥LLC谐振变换器的拓扑结构, 采用了一种混合控制方式, 整合了电荷控制和传统频率控制两种控制方式。与目前的电荷型控制、双频率控制等常用控制方式相比, 该控制方式增加的频率补偿斜坡, 使得补偿器的设计十分简单, 改进的线路瞬态性能可降低输出电容器值。根据基波分析法得到半桥LLC谐振变换器等效电路, 确定了直流增益与品质因数、归一化频率和谐振电感与励磁电感的比值之间的关系式, 并由该关系式设计出合适的谐振器件参数。通过混合控制方式与设计的LLC谐振参数搭建了一台5 kW/±85 V半桥LLC谐振变换器进行实验验证, 实验结果显示, 该样机动态特性良好, 能够得到稳定的输出电压和具有较高的传输效率, 验证了所采用的控制方法和基波分析法设计的LLC谐振参数的可行性。
LLC谐振 变换器 电荷控制 频率控制 混合控制 LLC converter charge control frequency control hybrid charge control 强激光与粒子束
2019, 31(1): 015002
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
介绍了一种基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器拓扑结构, 用状态平面分析法对串联谐振电路在Buck模式和Boost模式下工作过程进行分析。该方法相比于传统的基波等效分析法具有直接、精确和求解简单的特点。给出了详细的推导过程, 提出了一种控制算法。建立了Matlab/Simulink仿真模型, 仿真结果表明, 该控制算法能够实现Buck和Boost的功能, 能够得到稳定的输出电压, 输入电流谐波含量低的特点, 可以实现变换器在较宽的范围内调节输出电压。
高频交流链接技术 串联谐振 状态平面分析法 Buck-Boost变换器 HF AC-Link series resonant state plane analysis Buck-Boost converter 强激光与粒子束
2019, 31(2): 025001
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性,研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路,实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理,设计了基于平面变压器的驱动电路,在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60 V脉冲电压,提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式,提高了集电极电流上升速率。实验结果表明,在1000 V的工作电压下,通过IGBT的脉冲电流达到了470.53 A,脉冲前沿为40 ns,di/dt达到9.41 A/ns,相比数据手册提供的数据,该电流上升速度提高了7.53倍,实现了对IGBT的快速驱动。
栅极驱动 平面变压器 脉冲功率系统 IGBT IGBT gate drive current slope di/dt planar transformer pulsed power system 强激光与粒子束
2018, 30(1): 015001
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的实际结构, 建立了开关电源IGBT模块有限元等效热分析模型和双热阻模型。在开关电源实际工作情况下进行温度测量实验, 结合实际运行时的电压电流曲线, 给出模块的总损耗。仿真拟合出热特性主要参数瞬态热阻, 与厂商数据手册提供的实测热阻曲线进行对比, 两者曲线基本一致, 验证了有限元热分析等效模型合理。分别将有限元等效模型与双热阻模型进行稳态热仿真, 与实验对比分析, 得到实际工况下IGBT模块温度场分布及芯片结温。分析双热阻模型的优缺点, 并提出了改进方案。
开关电源 结温 瞬态热阻 switching power supply junction temperature IGBT insulated gate bipolar transistor transient thermal resistance 强激光与粒子束
2016, 28(7): 073001
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
利用PSpice软件,在考虑互感的情况下对直线型、L型和U1型结构的脉冲形成网络进行电路仿真,同时采用瞬态场路同步协同仿真方法对5种不同连接结构的脉冲形成网络进行三维建模和仿真,并对这5种不同连接结构的脉冲形成网络进行实验,实验结果显示:5种不同结构脉冲形成网络的输出波形的上升沿约为45 ns;U1,U2型和U3型结构的脉冲形成网络输出脉冲的半高宽分别为166,158和154 ns,且其平顶处存在较大波动。将电路和瞬态场路同步协同方法得到的仿真结果和实验结果进行分析和比较,结果表明:瞬态场路同步协同仿真方法能很好地模拟脉冲形成网络的工作过程和输出波形,实验中的匹配负载和开关电感都要比仿真中的大,U型结构脉冲形成网络有利于实现脉冲功率源系统结构的紧凑化和小型化。
脉冲形成网络 瞬态 场路协同 pulse forming network transient field-circuit collaboration PSpice PSpice 强激光与粒子束
2016, 28(3): 035002