2022年第04期-《电子技术应用》杂志

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2022年第04期

刊出日期：2022-04-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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技术专栏-工业以太网

WiFi-TSN低时延转换架构

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222721

作者：王博，王雪迪，时广轶，严伟

作者单位：北京大学软件与微电子学院，北京102627

摘要：无线网络与TSN(Time Sensitive Networking)的融合是目前工业界的关注点之一。传统的基于应用层软件的网关存在CPU利用率高、处理延迟长、性能差等缺点。因此提出了一种WiFi-TSN低时延转换架构，来实现WiFi网络与TSN网络的集成。该架构采用Verilog语言实现，通过硬件来保证通信信道之间可预测的延迟，能够在极短的时间内完成协议转换和协议数据的转发。采用Vivado EDA工具来完成电路的设计，并进行足量的仿真测试来评估电路的端到端延迟性能。

关键词：
TSN

WiFi

协议转换

端到端时延

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基于IEC 1158标准的现场总线芯片设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211554

作者：张立国1，刘强1，严伟2，李福昆1，吴鹏飞2，王博2

作者单位：1.燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛066000；2.北京大学软件与微电子学院，北京100871

摘要：介绍了一种符合IEC 1158标准物理层现场总线芯片架构及其设计实现。芯片设计有曼彻斯特(Manchester)编解码电路、循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)电路、载波侦测电路、极性纠正电路等功能电路。内置高级可扩展接口(Advanced eXtensible Interface，AXI)电路作为与外置处理器的数据传输总线。完成了此芯片的全部RTL代码编写工作，进行了全面的时序仿真。并以ZYNQ-7015为硬件平台，进行了芯片功能测试，测试结果表明所设计的芯片达到了设计要求。

关键词：
现场总线

IEC1158

芯片设计

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现场总线协议转换硬件架构设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222722

作者：王雪迪，王博，时广轶，严伟

作者单位：北京大学软件与微电子学院，北京102627

摘要：针对目前多种现场总线协议共存的现象，在分析了CAN总线协议、MODBUS总线协议和HART总线协议的基础上，提出了三种总线协议转换的原理，包括总线地址转换原理、总线协议帧转换原理以及总线错误通知转换等，并在此协议转换原理的基础上，提出了现场总线协议转换硬件架构，以提升协议转换的实时性。

关键词：
协议转换

Modbus

HART

CAN

现场总线

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HART调制解调芯片高速通信接口设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211551

作者：张立国1，李福昆1，严伟2，刘强1，王雪迪1

作者单位：1.燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛066000；2.北京大学软件与微电子学院，北京100871

摘要：为适应当下工厂设备间，针对设备量以及传输数据量庞大问题，设计了一种新型的HART调制解调芯接口，通过AXI4总线接口代替传统的UART接口，加速HART调制解调芯片与CPU之间的通信速度。相比于URAT传统接口按位传输，AXI4总线接口可并行传输32位8个字节，数据传输速度可达到纳秒级别。通过AXI4总线模块与CPU的互联，实现结构功能配置与数据的交互。HART调制解调芯片高速通信接口设计基于FPGA平台进行原型验证，结果表明，该架构能有效识别HART通信协议，CPU与HART芯片数据交互达到纳秒级别，调制解调正确率高达100%，满足HART通信协议要求。

关键词：
通信芯片架构

芯片互联

HART通信协议

通信接口

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工业以太网网络互联技术与发展

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222657

作者：于会群，黄贻海，彭道刚，王宜雪，马涛

作者单位：上海电力大学自动化工程学院，上海200090

摘要：随着信息技术的发展，工业以太网覆盖率日益提高，工业网络互联互通成为现代工厂向智能化、数字化转型的基础。首先对我国工业互联网发展政策、工业网络市场现状和工业以太网协议类型进行阐述，分析了目前工业网络互联的障碍。其次探索新技术推动工业以太网实现网络互联的新方法。最后针对我国工业以太网和工业互联网的发展现状，提出建设性意见，助力我国工业以太网的应用和工业互联网的发展。

关键词：
以太网

工业以太网

工业互联网

网络互联

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人工智能

面向水下目标的双目视觉测距方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211747

作者：杨戈1，2，王震尧1

作者单位：1.北京师范大学珠海分校智能多媒体技术重点实验室，广东珠海519087； 2.北京师范大学智能工程与教育应用研究中心，广东珠海519087

摘要：针对水下机器人对于探测海洋具有的高灵敏度、低成本、易携带特点的要求，设计和实现面向水下目标的双目视觉测距检测方法。采用张正友标定算法，通过使用9×9棋盘获取水下双目相机的内外矩阵模型的参数，采用SGBM(Semi-Global Block Matching)立体匹配算法，增强了图像的对比度，削弱了图像色斑的影响，保证了算法的鲁棒性，提升了匹配搜索速度。将视差图通过矩阵运算转化成深度图，并将其映射成可视化点云，构建目标物体的三维立体信息。

关键词：
水下双目视觉

立体匹配

深度信息

三维重建

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基于混合聚类与融合用户兴趣的协同过滤推荐算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212086

作者：麻天1，2，余本国3，张静1，2，宋文爱1，2，景昱1

作者单位：1.中北大学软件学院，山西太原030051；2.山西省军民融合软件工程技术研究中心，山西太原030051； 3.海南医学院生物医学信息与工程学院，海南海口571199

摘要：推荐效率低、推荐质量有待提高等问题普遍存在于传统协同过滤推荐算法中，为了改善并解决这些问题，在协同过滤推荐算法中将混合聚类与用户兴趣偏好融合，经过验证推荐质量有显著提升。首先根据用户的个人相关信息构建Canopy+bi-Kmeans的一种多重混合聚类模型，采用提出的混合聚类模型把所有用户划分成多个聚类簇，将每个用户的兴趣偏好融合到生成的聚类簇中，形成新的相似度计算模型；其次利用基于TF-IDF算法的权重归类方法计算用户对标签的权重，并使融入时间系数的指数衰减函数捕捉用户兴趣偏好随时间的变化；最后使用加权融合将用户偏好和混合聚类模型相结合，匹配到更相似的邻居用户，计算出项目评分并进行推荐。利用公开数据集对比实验证明，提出的方法能够提高推荐质量和推荐可靠性。

关键词：
推荐算法

权重标签

时间衰减系数

指数衰减函数

混合聚类

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微电子技术

热场发射电子枪在电子束光刻机中的应用研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212245

作者：郝晓亮，赵英伟，孙虎，王秀海，曹健，马培圣，任泽生

作者单位：中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄050051

摘要：介绍了电子枪的分类与特点，重点介绍了热场发射电子枪的原理、结构、特点及在电子束光刻机中的应用。阐述了电子束光刻机束流与电子枪提取极电流之间关系，并分析了热场发射电子枪各个参数对提取极电流的影响。研究了热场发射电子枪的调校对电子束光刻工艺的影响，并通过实验得出束斑与束流的关系。最后通过调整电子枪参数，制备了不同的光刻图形，满足了不同的光刻工艺要求，验证了分析的结论。

关键词：
热场发射电子枪

电子束束流

电子束束斑

电子束光刻机

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基于FPGA的大功率压电陶瓷数字驱动电源设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212146

作者：康玉宽1，郑翰琳2，黄巧2，申伟2

作者单位：1.西南科技大学城市学院，四川绵阳621000；2.西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621000

摘要：目前叠堆型压电陶瓷最高能够产生70 kN的推力，且具有纳米级的精密定位。为提高压电陶瓷驱动电源的输出性能和精确度，提出了一种基于FPGA的大功率高精度压电陶瓷数字驱动电源的设计，具有100倍固定输出增益。该驱动电源以FPGA作为控制核心，采用半桥逆变的电路拓扑，同时引入闭环控制调节输出电压。在等效电容为5 μF的压电陶瓷负载下，该驱动电源的输入带宽为10 Hz~800 Hz，输出功率可达1 kW，电压纹波小于30 mV，输出精度高达99.3%。实验结果表明，该驱动电源可应用于振动台、六足控制平台等叠堆型压电陶瓷应用领域中，具有良好的驱动性能。

关键词：
压电陶瓷

驱动电源

FPGA

大功率

高精度

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测控技术与仪器仪表

固定测速系统的光伏供电技术与节电策略

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211946

作者：李建

作者单位：西南兵器工业有限责任公司，重庆400042

摘要：在对现有高速公路固定测速系统供电方法分析比较的基础上，提出了基于光伏发电技术的固定测速供电方法。根据典型低日照地区的日照条件，对组成光伏系统的各部分进行了专项研究设计，对核心控制器涉及的太阳能电池板最大功率点跟踪技术和蓄电池充放电算法进行了设计，有针对性地提出高速公路固定测速系统节电策略与方法。试验结果表明，控制器高效、稳定，实际应用中能实现固定测速系统全年不间断电力供给，供电效率高，电压、频率稳定。

关键词：
光伏发电技术

最大功率点跟踪

充放电算法

固定测速系统

节电策略

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一种进位链TDC的实现及其抽头方式研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212120

作者：李海涛1，李斌康1，2，田耕1，2，阮林波1，2，吕宗璟1

作者单位：1.西北核技术研究所，陕西西安710024；2.强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，陕西西安710024

摘要：采用Xilinx公司的Kintex-7内部的进位链，实现了时间数字转换器(Time to Digital Converter，TDC)。采用码密度校准方法对TDC进行逐位校准，标定了TDC的码宽。码密度校准过程中发现，不同的进位链抽头位置会导致TDC的码宽不同、非线性不同，研究了2抽头、4抽头方式下的TDC的码宽和非线性，在“0tap+3tap”的2抽头方式下，TDC可以获得较好的线性，时间分辨率为25 ps(对应最低有效位(Least Significant Bit，LSB))，微分非线性范围为-0.84~3.1 LSB，积分非线性范围为-5.2~2.2 LSB。

关键词：
进位链

时间数字转换器

码密度校准

抽头方式

温度计码

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预调制多陪集采样系统

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212221

作者：黄振，柏正尧

作者单位：云南大学信息学院，云南昆明650500

摘要：目前，压缩采样系统主要有随机解调器、调制宽带转换器和多陪集采样3种，其中，多陪集采样的系统框架简单、重构成功率高，但用硬件实现时面临两个难题，一是低速模数转换器(ADC)的输入模拟带宽存在上限，二是难以实现各通道上的精准时延。借鉴调制宽带转换器在采样前先对输入信号进行预调制的思想，将预调制与多陪集采样结合，提出了预调制多陪集采样系统。采样前，在采样系统各通道上，由随机序列发生器产生周期单脉冲序列，对输入信号进行频谱调制以降低采样前信号的模拟带宽；然后，调制信号由低速ADC进行采样，且各通道上的低速ADC与随机序列发生器列共用同一个控制时钟；最后，采用多信号分类算法(MUSIC)算法近乎无失真地重构出输入信号。仿真实验结果表明，当以15%的奈奎斯特采样速率对输入信号进行压缩采样时，重构信号的均方误差仅为10-5量级。这验证了该采样系统的可行性，有效解决了多陪集采样系统的两个难题。

关键词：
压缩感知

多陪集采样

预调制

MUSIC算法

调制宽带转换器

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通信与网络

噪声中的复信号盲源分离算法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212012

作者：冯平兴1，张洪波2，李文翔1

作者单位：1.成都工业学院网络与通信工程学院，四川成都611731；2.成都信息工程大学通信工程学院，四川成都610103

摘要：复信号分析是信号处理技术常见的问题之一，在盲信号分离及处理技术中特别是卷积混合问题或频域分析等均需要建立与之相应的复值分析模型。然而在以往的分析中，由于此类问题往往是基于无噪声的约束条件，因此局限了该技术在实际中的应用。针对这一问题，将复值盲源分离问题推广到含噪声的一般环境中。通过分析高斯噪声协方差的一般特征，利用高斯噪声协方差的参数信息，导出了一种在噪声环境下盲源分离的不动点算法，该算法可以在噪声环境中通过观测信号估计与之对应的有效分离矩阵，使得复值信号在噪声环境中混合中仍然能成功分离出源信号。仿真结果表明了所研究方法的可行性与有效性。

关键词：
盲源分离

复信号处理

高斯噪声

信号恢复

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基于NOMA的移动边缘计算网络优化方案

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211682

作者：冯韶华，陈青华，欧阳中辉，李钊

作者单位：海军航空大学岸防兵学院，山东烟台264001

摘要：移动边缘计算(MEC)使智能终端能够将部分计算负载转移到位于基站子系统的边缘服务器上，以解决物联网络大量数据处理问题。通过研究非正交多址(NOMA)的多址MEC，提出了一种终端-边缘服务器资源分配方案，通过NOMA方式传输，智能终端可以将计算工作负载卸载到不同的边缘服务器，从而减少完成智能终端的计算工作负载的总延迟。该方案目标是优化资源成本最小，该系统成本考虑终端卸载的计算工作量和边缘服务器的计算资源使用成本的总延迟。通过单个终端的最优卸载解决方案数值结果验证了方案的有效性。

关键词：
移动边缘计算

非正交多址

资源成本最小化

资源分配

最优卸载

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计算机技术与应用

基于Hadoop的应急联防移动处置平台设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211773

作者：张立志1，2，李学文2，3

作者单位：1.西安外事学院工学院，陕西西安710077；2.西安西科安全技术有限公司，陕西西安710054； 3.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安710054

摘要：针对城市安全问题，为实现视频监控的可信预警、辨别潜在的突发事件并及时处理，基于Hadoop搭建了身份识别应急联防移动处置平台，采用HDFS Streaming数据流形式读取视频数据，利用MapReduce框架在计算集群中对视频数据进行分布式分析，使用 OpenCV 集成的 LBPH 算法实现视频目标的有效跟踪。平台功能覆盖了样本信息采集、隐患发现、信息发布、应急处置等安全管理应急联防的全过程，可直接服务于应急现场管理，具有极强的适应性和便捷性。

关键词：
Hadoop

图像识别

opencv

应急联防

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智能远程多生理参数健康监护仪

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211677

作者：甄超平，曾思明

作者单位：广东工业大学实验教学部，广东广州510006

摘要：为了能让患者在家中长期地监测自身的各种生理参数，随时捕捉突发性心率失常，同时能将生理参数反映给医疗机构，方便医务人员用于指导和协助治疗，设计了一款基于单片机的智能远程多生理参数健康监护仪。通过血氧、脉搏和体温等数字信号采集模块采集原始数据，由单片机进行算法处理，在显示模块显示人体的血氧值、心率值和体温值等，用户还可通过按键配置生理参数的阈值报警、按键发送生理参数至云端。最后，与标准医用监护仪进行对比测试，验证了该设计的准确性与可行性。

关键词：
健康监护

单片机

生理参数

无线传输

MAX30102

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LoRa空口数据的同步与解调

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211637

作者：雷芳1，陈博1，吕京昭1，李平安1，杜海涛2，粟栗2

作者单位：1.重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065；2.中国移动通信集团公司研究院，北京100053

摘要： LoRa通信技术具有低功耗、远距离的特点，在生活中越来越受到关注。然而，对于底层的LoRa调制解调技术以及物理层通信链路流程，官方没有公开的技术文档说明，只有一些文献提及了这些内容。基于此，结合官方罗德仪表LoRa调制参数配置接口与文献资料，完善了物理层通信链路流程；从本质上，描述了LoRa调制解调技术的原理，从罗德仪表空口采集LoRa调制数据，对文献提出LoRa调制解调算法进行验证，提出了一种LoRa空口数据的同步算法，实现了对LoRa空口数据的解调。最后，对LoRa调制技术在5种码率下进行抗噪声性能仿真。仿真结果表明，并不是纠错码位数越多纠错效果越好；码率为4/5效果纠错最佳，抗噪声性能大约提高1 dB。

关键词：
LORA

罗德仪表

通信链路

空口数据

同步算法

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基于攻击树和CVSS的网络攻击效果评估方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200192

作者：潘刚，米士超，郭荣华，黄丽刚，王金锁，李凯

作者单位：光电对抗测试评估技术重点实验室，河南洛阳471003

摘要：为有效解决网络攻击效果评估中对指标数据的过度依赖性，提高网络攻击效果评估的准确性，提出了一种基于攻击树和CVSS的网络攻击效果评估方法。首先，采用攻击树模型描述系统可能存在的攻击路径，并利用模糊层次分析法对各叶节点的发生概率进行求解；然后，基于CVSS漏洞信息建立网络攻击效果量化评估模型；最后，采用实例进行验证分析说明。该方法能够充分利用己有的攻击行为研究成果，评估结果较为客观，且思路清晰，算法简单，具有较强的通用性和工程应用价值。

关键词：
攻击树

模糊层次分析法

CVSS漏洞

网络攻击

效果评估

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面向云计算环境的OpenFOAM网格生成服务

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211506

作者：高若辰，淮晓永，张志达，李佰文

作者单位：华北计算机系统工程研究所，北京100083

摘要：网格生成是计算流体力学仿真分析基础。由于网格生成的计算量大，适合利用服务器的高性能计算能力在服务器端运行，以云服务方式为用户提供高效的网格生成服务。提出了一种面向云计算的网格生成服务模型，基于该模型能够对传统的单机版网格生成模块进行服务化封装，实现网格生成的云服务。采用该模型对OpenFOAM的网格生成模块进行服务化封装，实现了一个面向服务的网格生成服务原型软件。通过网格生成客户端软件与网格生成云服务的集成测试，验证表明“云+端”的网格生成服务能够充分利用服务器端和客户端的计算资源，实现云端协同的网格生成优化计算。

关键词：
网格生成

云计算

OpenFOAM

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射频与微波

一种12 GHz的高增益低噪声放大器

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212377

作者：何谟谞1，胡钧剑2，高博2，贺良进2

作者单位：1.成都飞机工业(集团)有限责任公司，四川成都610090；2.四川大学物理学院，四川成都610065

摘要：通过分析GaAs pHEMT器件特性设计了一款两级高增益、低功耗的低噪声放大器。采用两级结构提高低噪声放大器的增益，设计了一种共用电流结构，降低了放大器的功耗，同时降低电路噪声。输入、输出匹配均采用LC阶梯匹配网络，具有良好的匹配性，并使用CAD软件对电路进行设计优化。电路仿真结果表明，在中心频率12 GHz下实现了增益为27.299 dB、噪声系数为0.889 dB、S11和S22均小于-10 dB的性能，工作带宽为600 MHz。此低噪声放大器作为12 GHz频段的接收机的前端设计研究，具有一定意义。

关键词：
GaAspHEMT

LNA

共电流两级结构

高增益

LC阶梯匹配网络

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1.65~3 GHz 500 W功率放大器设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212199

作者：薛新，董亮，吴佳倩

作者单位：中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴314033

摘要：现代发射系统对功率放大器的工作频带和功率等级提出了越来越高的要求，而基于新型GaN功率器件的功放设计可以满足这些新的需求。采用GaN HEMT进行基本功放单元设计，并创新性地采用非对称结构的5路径向功率合成器实现整机所需功率同时提高整机效率。该功率放大器工作频率为1.65~3 GHz，实测输出功率大于500 W(CW)，电源转换效率大于25%，较同类产品在效率体积等指标上有较大提升。该产品适用于高功率系统应用，如EMC测试、电子对抗等。

关键词：
GaN功率管

高功率

高效率

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低互调三频同轴腔体合路器的设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212364

作者：葛雪飞1，张需溥2，游彬1

作者单位：1.杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018；2.杭州紫光网络技术有限公司，浙江杭州310051

摘要：设计了一种低无源互调的三频同轴腔体合路器。通过设计公共腔的抽头结构并对其相对腔体位置进行调谐，优化设计谐振腔之间台阶的高度，以降低互调失真，从而减小三阶互调。在满足设计指标的基础上设计一款基于DCS1800、TD-SCDMA2100、WLAN2600的低互调三频合路器，并进行了加工制作和实际测量。测量结果显示，得到3个频带的三阶互调值分别小于-172.50 dBc、-169.75 dBc、-173.30 dBc，满足要求，并验证了设计的可行性。

关键词：
低互调

合路器

抽头

台阶

查看(17732)

X波段功率器件外壳端口仿真与测试差异性研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212360

作者：颜汇锃，施梦侨，周昊，陈寰贝

作者单位：南京电子器件研究所，江苏南京210016

摘要：基于探针测试方法进行X波段功率器件外壳端口的仿真与测试差异性研究。在使用仿真软件对其进行优化后,通过HTCC(高温共烧陶瓷)工艺线制备和生产，发现使用GSG探针对该端口进行测试后的插入损耗远远大于仿真结果。通过对照实验和仿真验证等实验方法，分析出插入损耗仿真与测试的差异来源于辐射损耗，导致信号在返回路径的信号完整性受到影响。对结构进行相应的优化后插入损耗大幅减小，证明辐射损耗是造成差距的原因，通过电磁屏蔽可以得到有效解决。该研究可以为大功率器件类封装外壳的设计、测试和使用提供借鉴意义。

关键词：
探针测试

X波段

大功率封装外壳

辐射损耗

查看(16010)

三模混合集成小型化滤波器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222676

作者：马瀚洋1，周雨进2，周骏2

作者单位：1.南京电子器件研究所，江苏南京210016；2.南京国博电子股份有限公司，江苏南京211100

摘要：提出了一种基于LC串联单元的三模混合集成小型化滤波器电路拓扑。该电路拓扑具有对称性，主体由4个LC串联单元所构成的“星型”结构组成，能够通过对其并联于地的LC串联单元中元件参数的调节实现对滤波器双零点的自由调节。基于奇偶模分析方法，给出了所提出滤波器拓扑的综合设计方法，并采用基于商业化硅基表贴电容的低成本混合集成技术研制一款具有明显小型化特性的三模多零点带通滤波器。所研制的滤波器仿真与测试结果吻合良好，其中心频率为2.6 GHz，3 dB带宽为1.34 GHz，插入损耗典型值为1.6 dB，能够在4~12 GHz的频带范围内实现30 dB的抑制能力，其面积尺寸为3.2 mm×1.9 mm(0.03λ0×0.02λ0)。

关键词：
多模谐振器

集总参数

小型化

带通滤波器

查看(9228)

电路与系统

高性能罗兰-C接收天线设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211820

作者：高久翔1，原艳宁1，师振盛2，席晓莉1

作者单位：1.西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048；2.西安交通大学信息与通信工程学院，陕西西安710049

摘要：为了提高罗兰-C磁天线的接收能力，设计了一种顺接串联多层线圈的磁天线。理论推导了顺接串联多层线圈磁天线的信噪比和灵敏度，最终设计的磁天线大小为150 mm×150 mm。远场测试接收到了较高信噪比的罗兰-C信号，在相同信号调理电路条件下，与单层单组线圈的磁天线相比，顺接串联多层线圈的磁天线接收到3.47 V的电压信号，且信噪比高达30.87 dB，灵敏度和信噪比分别提高了82.42%和63.20%。顺接串联多层线圈磁天线提高了罗兰-C磁天线的灵敏度和信噪比，对罗兰-C系统在定位方面的应用具有重要意义。

关键词：
罗兰-C

磁天线

灵敏度

信噪比

查看(22214)

光伏发电双轴逐日跟踪系统设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211862

作者：刘伯明1，张庆海2，赵正旭2

作者单位：1.石家庄铁道大学信息科学与技术学院，河北石家庄050043； 2.青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛266525

摘要：为提高太阳能板的光电转化率，采用自动跟踪和人工调节两种模式相结合的方式，设计了一种以STC12C5A60S2单片机为控制核心的光伏发电双轴逐日跟踪系统。人工模式分为人工按键控制和无线远程控制模式；自动模式又分为光电跟踪和视日运行轨迹跟踪模式，两者通过阴晴检测电路判断阴天或者晴天。阴天时，系统利用DS1302时钟芯片结合Super Pairwise Alignment算法，计算实时太阳高度角和方位角，并通过控制步进电机，实现视日运动轨迹跟踪。晴天时，系统利用光电传感器采集的四个方向的光强差值，驱动步进电机，实现光电跟踪。实验表明：系统在混合控制策略下，受天气影响小，跟踪精确高，提高了光电转化率。

关键词：
双轴逐日跟踪系统

光电跟踪

视日运动轨迹跟踪

阴晴检测电路

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一种触摸屏数据采集系统的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211903

作者：艾凯旋1，2，刘云婷1，刘洋2

作者单位：1.中国工程物理研究院计量测试中心，四川绵阳621999；2.电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都610054

摘要：触摸屏作为人机交互的主流方式之一，具有十分重要的研究价值，其中重要方向之一是自电容式触摸屏的研制。但目前自电容式触摸屏数据采集电路的电容通道数量最多只有13个，严重限制了自电容式触摸屏研制过程中触摸点数量的拓展。针对触摸屏数据采集电路电容通道数量少的问题，设计了一种由Arduino控制的触摸屏数据采集系统，包括硬件和软件两部分，硬件部分为触摸检测电路，可以检测最多24个电容通道，软件部分为图形化界面，可以对自电容式触摸屏中触摸点的工作状态进行实时检测，并以图形化界面的形式动态显示触摸点的工作状态。

关键词：
触摸检测电路

触摸屏

数据采集系统

图形化界面

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一对多无线电能传输理论分析研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211948

作者：王迪晟，秦会斌，范翠红

作者单位：杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所，浙江杭州310018

摘要：磁耦合谐振式无线电能传输具有距离较远、功率大、穿透性强等优点，近年来一对多无线电能传输技术成为无线充电领域的热门研究方向。基于磁耦合谐振式无线电能传输的理论来对一对多无线电能传输系统进行研究，建立电路仿真模型，计算出系统谐振状态下的发射端电流、接收端电流、输出平均功率、电源内阻消耗平均功率、接收端平均功率以及传输效率等数学表达式，并利用MATLAB对模型进行仿真分析。仿真模型通过修改每个接收端回路的耦合系数的比例和另外两个接收端线圈自感的乘积来调节该接收端的功率，可以实现多个接收端的功率分配，并使电能传输效率可达90%以上。