基于光学微腔模式劈裂的角速率测量方法

传统的光学谐振陀螺(ROG)把背向散射作为重要误差源之一,须尽量抑制其影响.在光学谐振腔的品质因数极高时,背散光得到足够的增强,不能再被简单地视为噪声.背向散射会引发模式劈裂,所形成的劈裂模谐振频率会随腔体旋转角速率发生变化.结合Sagnac效应,修正有源光学谐振腔模式劈裂传感原理的数学模型,推导出腔体旋转角速率与劈裂值的映射关系式.通过仿真分析不同掺杂增益系数以及不同光纤锥耦合强度下的反射谱线,发现谐振腔工作在欠耦合区域更适合角速率测量.掺杂增益介质可以提高品质因数,减小谐振峰线宽,使得模式劈裂谱线更容易观测.理论与计算机仿真分析表明品质因数为108的光学微腔测量分辨率可达10-6(°)/s,所提出的角速率敏感机制很有应用前景.      

带状注分布作用速调管多间隙谐振腔高频特性

带状注分布作用速调管(SBEIK)的典型特征是平面多间隙谐振腔及其分布式注波互作用系统.对应用于W波段微型化SBEIK的一种强耦合式五间隙分布作用谐振腔进行了研究,并结合传统的弱耦合式谐振腔与输出腔对其高频特性进行了深入分析,结果表明强耦合式腔体具备谐振模式隔离、各间隙高频场(RF)的耦合及其能量输出的良好技术优势.此外,对五间隙谐振腔周期结构引入的轴向简并模式竞争问题进行了研究,得到其工作模式与竞争模式之间的频率间隔在600MHz以上,完全可以满足SBEIK整体方案设计中100MHz带宽的要求.最后,利用三维粒子模拟(PIC)软件对优化后的强耦合式五间隙输出腔注波互作用性能进行了初步的模拟仿真,验证了其在相应工作模式上具备了高功率产生与输出的技术特征.本研究工作对毫米波和太赫兹频段高功率SBEIK的物理设计与工程研究具有重要的价值.      

一种等离子体诊断的开放式谐振器研究

本文提出了一种可用于等离子体诊断的开放式谐振器设计。谐振器由高Q型谐振腔和点聚焦天线组成,并通过强耦合孔将两者结合。高Q型谐振腔的部分能量由强耦合孔辐射至天线,经点聚焦天线将辐射能量汇聚于等离子体层。由等离子体电子密度变化引起天线反射系数的变化,该变化与高Q型谐振腔互作用后引起谐振频率和Q值的变化。经实际测试,随着等离子体电子密度的升高,谐振腔的谐振频率和Q值呈现上升趋势,可用于实现等离子体电子密度的非接触性探测。     

考虑耦合关系的故障模式消减方案决策

针对目前复杂产品研制过程中故障模式消减方案确定主要凭经验,未考虑故障模式之间的耦合关系问题,建立了考虑耦合关系的故障模式消减方案决策过程.首先,提出了故障模式关联集(FMCS,Failure Modes Correlation Set)的概念,并运用演绎理论给出了FMCS的确定方法.其次,根据故障模式消减后其发生概率变化,构建了不同层次产品可靠性指标受影响的模型,并以此为依据,给定面向可靠性指标实现的故障模式消减方案决策方法.最后,以某型直升机燃油系统故障模式消减为例验证了上述方法及模型的可行性,初步证明了可靠性定量指标与定性设计之间存在明确的量化关系,可通过其控制故障模式消减,达到以最少资源消耗和较短研制周期实现满足设计要求的产品的目标.上述方法及模型具有实用性,可进一步在实际工程中推广应用.     

电介质测量中的谐振腔Q因子特性

对同轴线-集中电容负载谐振腔, 采用传输测量使用的3dB 三频法决定有载Q_l, 计及谐振频率下的插入损耗后获得无载Q_u, 对同一腔体, 也用单端口反射测量技术的xdB 三频法, 并通过测量回程损耗在谐振点和xdB 点的输入反射系数振幅来获得无载Q_u. 在500MHz 下40 个不同的耦合状况下, 两种方法得到无载Q_u的算术平均值和标准差为2519±34. 这两种技术被用来调节和实现传输型谐振腔的输入、输出的等耦合和电介质测量, 本文从介质损耗测量的观点讨论了如何使用有载Q_l和无载Q_u.      

谐振器工作在两频率上的简接幅频效应

使用单个石英谐振器,能够在加上几种激励电压情况下,同时得到几种谐振频率。几个振荡器可以使用同一个谐振器。但在信号幅度增加时,不会出现线性效应。各种不同振动之间的耦合,主要由下列两方面引起:1)振荡器之间的电子耦合。2)振荡材料本身引起的耦合(通过非线性效应)。文中只考虑了两个谐振频率之间的耦合,其实验数据符合 B.V.A 谐振器。为了消除振荡器之间的电子耦合,可用两个隔离的频率综合器对谐振器进行无源测试。主振模的频率变化,是根据其它模的幅度进行测量的。为了明确起见,把这种效应称做间接幅频效应(或引入的幅频效应)。这里介绍的一些特殊情况包括:采用三次和五次泛音和 B 模的5兆赫 AT 切和 SC 切晶体。本文给出了一些实验结果和曲线图,同时提出了一些应用。     

大功率同轴谐振器连接缝隙EML和PIM研究

在大功率工作环境中,射频电路经常发生电磁泄漏(ElectroMagneticLeak,EML)和无源互调(PassiveInter Modulation,PIM)等现象。而在同轴谐振器中,不稳定连接缝隙处成为增加电磁泄漏EML和PIM问题风险的隐患部位。文章通过对同轴谐振器等效电路建模和电磁场建模给出了缝隙位置与电磁场表面电流的关系,并分析了3种不同结构同轴谐振腔EML特性。结果表明通过微调连接缝隙,使其有效偏离同轴谐振器的电流波幅点位置,可以降低大功率同轴谐振器的连接泄漏,从而减小无源互调的风险。依据分析结果选取了3种同轴结构(单螺钉连接、法兰内连接、法兰外连接)中连接泄露最小的结构作为大功率器件的基本结构,小批量器件在大功率测试和试验中无EML和PIM现象。     

集成微光学陀螺研究现状、发展趋势和挑战

随着集成光子学和微纳工艺的飞速发展,微光学陀螺以其在芯片化、集成化上的优势广泛应用于下一代高精度小型化惯性导航系统中,在国防武器、微型飞行器以及无人机器控制等领域发挥重要作用。本文充分调研了国内外微光学陀螺研制方案及研究现状,介绍了包括干涉式、谐振式、布里渊散射式光学陀螺以及微光机电陀螺等四类微光学陀螺的工作原理和性能指标;光学微腔作为微光学陀螺中角速度核心敏感器件,其性能直接决定着陀螺系统精度指标,因此充分论述了氮化硅波导以及回音壁模式等新体制微腔的特性及优点,并针对其传输损耗、品质因子和陀螺性能等指标进行了对比和分析;最后总结了微光学陀螺芯片化的发展趋势以及在分立元器件性能提升、系统耦合与封装上遇到的机遇和挑战。     

自适应阈值突发模式光接收机的性能分析

在考虑判决阈值的衰落时间和噪声特性对光接收机性能的影响后,提出了一种分析突发模式光接收机误码性能的综合模型,并分析了与传统的交流耦合光接收机相比较时,突发模式光接收机的灵敏度损失.     

低相位噪声倍频微波源

使用高次泛音体声波谐振器(HBAR),可能研制出直接工作在微波频率的低相位噪声倍频微波源。最近,已研制出一个L波段的低噪声源,它能提供约以5MHz为间隔的信号,并能得到与低频石英晶体稳定和倍频的微波源相同的相位噪声抑制度,高次泛音体声波谐振器(HBAR)直接倍频到微波源需要少量硬件,以达到用任何其它方法得到倍频微波源所具有的相同的相位噪声抑制度。稳定的工作是通过利用钇铝石榴石(YAG)、蓝宝石、铌酸锂式铝酸锂等晶体的高次泛音谐振来达到的。它们的固有损耗表明,其潜在Q值近似为石英晶体的十倍。已制成的这种谐振器的频率高达10GHz。对1.5GHz频段的压缩模式,已在几个样品中得到50,000以上的有载Q值。这些谐振器由其晶片上渡漠换能器组成。单纯的反射被限制在换能器之下区域内。晶体牢牢地被装在外壳中,以尽量减小外部振动对频率稳定度的影响。测量振动灵敏度的情况在一篇参考文献中简述。此倍频微波源包括一个用自动频率控制(AFC)回路稳定的低噪声压控振荡器(VCO)。在自动频率控制(AFC)鉴频器中,高次泛音体声波谐振器是决定频率的元件。测量的相位噪声与估计的性能很一致。本文提供了噪声特性的详细情况。用附加的数字控制电路将压控振荡器予调到高次泛音体声波谐振器(HBAR)的任一次响应上,可以很容易地实现倍频。因此,用最少的硬件得到了低相位噪声用电子方法控制的倍频源。     

基于知识模型的产品设计方案失效风险评估

考虑失效模式间的关联性,提出了一种基于知识模型的机械产品设计方案失效风险评估与优选方法.该方法使用数据聚类法鉴别失效模式的主要关联关系,给出了失效模式关联系数的计算方法,实现了对失效模式关联知识的有效获取;并在产品"功能—失效模式—失效风险"知识表示的基础上,通过二维"屋顶"形三角阵和三维立方阵实现了对失效模式关联系数的表达,建立了产品"功能—失效模式—失效风险—模式关联"知识模型.在知识模型的支持下,研究了加权线性合成的关联失效模式严重度评估方法,给出了失效模式和产品功能的风险优先数计算方法,实现了基于知识的机械产品设计方案失效风险评估过程与优选.最后,通过实例说明了上述方法的有效性.      

电离层水平电场与风场的耦合模拟研究

设计了一个将电离层水平电场与风场耦合的模拟方案,研究了电流函数和风场在耦合前后的变化与差异. 研究发现,水平电场与风场相互反馈后,风场的变化比电流函数小. 经向风在白天有较明显的差异,夜晚的差异比白天小,主要出现在中高纬地区,并随高度的增加而增大,300km左右达到最大值,其后几乎保持不变. 纬向风有与经向风相似的变化,但纬向风耦合前后的差异比经向风小. 电流函数在耦合后有较大改变,两个涡旋强度都有较强增加,并且北半球的增强大于南半球,而夜晚差异较小. 结果表明,在研究的高度范围内,风场对电场的控制作用大于电场对风场的影响.      

MOEMS陀螺的谐振腔设计

微光机电(MOEMS)陀螺代表着微型光学陀螺的重要发展方向,而MOEMS谐振腔的设计是谐振式MOEMS陀螺的核心技术.提出了一种新颖的基于微纳米加工技术的MOEMS空间谐振腔结构,介绍了其工作原理和系统构成.建立了谐振腔的数学模型,并利用MATLAB软件对其重要参数进行了仿真计算及分析.为提高谐振腔清晰度及系统测量精度,优化了谐振腔输入输出镜的技术指标,并在此基础上完成了谐振腔的微加工工艺设计.结果表明:所设计的谐振腔清晰度可以达到346,陀螺极限灵敏度为0.25(°)/h,同时可以有效克服克尔效应、背向散射、偏振等光路噪声的影响.      

线缆耦合信号实时监测方法

线缆耦合是航电系统电磁干扰问题的主要来源之一,对其进行监测具有重要意义。利用线缆束中的非功能线作为监测线,实现了一种对功能线缆耦合到的干扰信号进行实时监测的方法。由于监测线与被测线具有相似的干扰场分布和布线路径,因此可以抵消二者的未知性和随机性带来的影响。将监测线与被测线视为相同的二端口网络,建立采用ABCD矩阵描述的端口电流相互关系,进而利用传输线理论建立频域解析模型,将其转化为离散时间模型并给出系统的信号流图,为硬件实现提供基础。以一个四芯传输线系统为例对本文方法进行了验证,与实测结果对比,端口电流峰值误差不超过6%,验证了本文方法的有效性和精度。     

高超声速飞行器刚体／弹性体耦合动力学建模

高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质复合材料、薄壁结构等,导致结构振动与刚体运动频率非常接近,给飞行器制导控制系统设计带来了巨大挑战.针对该类飞行器的特点,考虑结构的横向位移,将机身前后体简化为于质心处固联的2根悬臂梁,并从统一的能量观点出发,基于拉格朗日方程与虚功原理,在纵向平面推导出适合高超声速飞行器的刚体/弹性体耦合动力学模型.通过对比耦合模型与传统刚体模型的极点分布情况,发现结构振动与刚体短周期模态紧密耦合,离心力的引入影响了高度与长周期模态,对高超声速飞行器航迹运动的作用不可忽视.最后分析了飞行速度与结构阻尼变化对耦合模型动态性能的影响.结果证明飞行速度对刚体运动模态影响显著,而结构阻尼的变化主要改变弹性模态.     

低RCS齿形挂架参数选择研究

常规飞机的机翼与外挂架构成90°的二面角,成为飞机侧向的重要散射源.为求在不改变机体结构的前提下减缩飞机侧向RCS,采用齿形方案改变了挂架外形,消除了直角二面角结构,削弱了耦合效应.计算结果显示,改形的国产某型战斗机的机翼-外挂架结构的RCS在侧向重点姿态角内降低了9~13dBsm,证明了齿形改形方案能明显改善飞机侧向的耦合散射效应.在计算过程中使用了射线追踪法.      

一种新型螺旋滤波器

提出并实现了一种新的螺旋滤波器耦合结构。该滤波器的屏蔽外腔为圆筒形,螺旋谐振器被横向固定在圆筒内,谐振器间不再有膜片相隔,它们之间耦合的大小主要取决于谐振器间的相互间距和相对角度。这种滤波器不仅在结构上比普通螺旋滤波器简单,调节也更加方便;此外,它的设计带宽还可以比普通螺旋滤波器宽得多。文章列举了几组滤波器的实测结果,其中一组在不加任何特别措施的情况下,相对带宽作到了２７％,另有一组具有明显的带外衰减极点。     

氢频标蓝宝石微波腔金红石温度补偿的仿真设计

为了降低氢原子频标蓝宝石微波腔的频率温度系数,提出采用介质温度补偿技术。该技术利用负温度系数晶体——金红石补偿蓝宝石由于温度变化而引起的介电常数的变化,通过理论计算比较了补偿前后各参数的变化,最后通过软件仿真来验证理论计算的正确性,并确定补偿介质的引入不影响咂。模式。当补偿介质环高度为5mm时,微波腔的频率温度系数为-28．99kHz／℃,Q值为41648,与实验结果相近。     

高稳定度低温蓝宝石微波频率源设计

利用蓝宝石晶体在低温下具有低损耗的特点,设计并研制了本征模式为WGH_12,0,0的蓝宝石微波腔。当温度稳定在6.4K时,其Q值能够达到4.0×10⁸。以此微波腔为基础,形成正反馈振荡回路,并根据POUND电路原理对环路中振荡信号的相位进行控制,提高整机稳定度指标。为满足频率互比测试的需求,采用共用一个低温装置的方案,构建了两台低温蓝宝石微波源,一路输出频率为9.204GHz,另一路输出频率为9.205GHz,两路信号混频,并用时间间隔计数器测量差频信号的频率。经计算,低温蓝宝石微波频率源的秒级频率稳定度达到了3.28×10^-15。     

电调节砷化镓声表面波谐振器振荡器

已经用砷化镓制作出高 Q 表面波谐振器,并且用来控制振荡器的频率。由于砷化镓既是压电材料,又是半导体材料,因此有可能用来对全单片振荡器进行电调节。曾对半绝缘基片上的表面波谐振器的参数进行了研究。这些器件既有刻槽,又有金属电极反射栅。可调节频率的声表面波谐振器被制作在用肖脱基势垒电极作为谐振器栅的外延砷化镓基片上。调节频率并不显著改变介入损耗。两端对谐振器的介入损耗值典型的在15和20dB 之间,在180兆赫的负载 Q 值高达12000。虽然砷化镓的延迟温度系数为52ppm/℃,但是,可以通过加一层 Au/SiO_2对砷化镓延迟线进行温度补偿。