单元电路论文精选(九篇)

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第1篇：单元电路论文范文

关键词：FPGA；原理；硬件设计；应用技术

1 FPGA的简介

当前使用硬件的描述语言完成电路设计，都可以通过简单的汇总和合理的布局，然后快速烧录到FPGA器件上进行基本的测试，这也是当代数字系统设计进行检验的主流技术。这些可编程器件可以用来实现基本逻辑门的电路，也可以实现一些更复杂的组合功能例如数学的方程式、解码器等等。大多数的FPGA器件里，包含着一些记忆性元件，如触发器，或者一些其它的更为完整、性能更为优越的记忆块。

设计师可以根据自己的需要按照可编辑的链接将FPGA器件内部的逻辑模块连接在一起，仿佛一整个电路的实验板被装在一个电子芯片内，这些出厂后的FPGA器件的连接方式以及逻辑块的使用都可以根据设计者不同的设计而进行改变，从而能完成不同的逻辑功能。

当你在进行的电子设计使用到FPGA器件时，你不得不需要努力地解决好电源管理、器件配置、IP集成、完整信号输出等硬件系统的设计问题。在进行硬件设计时，你需要注意以下几个问题：

1.1合理分配I/O信号

无论是哪种情况，在进行I/O信号分配时，都必须牢记以下共同的步骤：

1）用表格列出所有需要分配的I/O信号，并按照他们的重要性依次进行排列，比如电压、端接方法、I/O标准、相关时钟等；

2）检查校验模块之间的兼容性；

3）利用以上的表格和兼容准则，先把受限制最大的信号分配到引脚上，最后分配那些受限最小的信号。因为受限制大的信号往往只能分配到特定的引脚上；

4）将剩余的信号分配到较为合适的地方。

1.2注意静态功耗的降低

虽然静态电流所带来的功耗和动态功耗相比可以忽略不计，但对一些供电设备却十分重要。引发静态电流因素众多，比如没有完全接通或关断的I/O 端口、三态电的驱动器的下拉或上拉电阻，除此之外，保持编程信息也会需要一定静态功率。

2 FPGA应用技术的设计原则

从上文中对FPGA内部的硬件结构分析可看出，FPGA器件的时序逻辑非常丰富，不同于其他的可编程器件。因而对于FPGA来说，应该有一整套能够有效利用其内部丰富的时序逻辑功能的技术，而不同于其他一般的可编程器件的设计技术。由于其独特的优越性，FPGA被越来越多的设计人员所使用，其设计技术被许多的设计者所掌握。在FPGA的实际应用中，使用最合理的设计方法，能很大程度的改善FPGA在应用中出现的漏洞和问题，进而全面提高设计性能。

2.1使用层次化的设计技术

使用层次化的设计的系统一般分成若干顶层模块，而每一个顶层的模块下又有若干个小模块，并以此类推。层次化的设计模块，可以是描述原理图的结构图，也可以是经过逻辑语言所描述、表现的实体。

使用层次化的设计对于系统的模块划分非常的重要，模块划分的不合理，将会导致整个系统的设计不合理，从而使系统的性能下降，这样层次化的系统甚至要比没有经过层次化设计的系统效果更差。

使用层次化设计的主要优点有以下两个方面：增强设计可读性，增加设计重复使用的可能性。

2.2使用同步系统设计技术

所有时序电路具有同一个性质――如果要使所设计的电路正常工作，必须严格的执行事先定义好的逻辑顺序。如果不按照此顺序执行，将会把错误数据写进存储单元，从而导致错误的操作。同步系统的设计方法，也就是使用全分布周期性的同步信号使系统中所有的存储单元进行同时更新，这是执行这一时序有效进行的普遍的设计方法。电路的设计功能是通过产生时钟信号并按照时序严格执行来实现的。

对于静态的同步设计，必须满足下面的两个条件：

1.每一个边缘敏感的部件其时钟的输入应该是一次输入时钟的某一个函数；并仍和一次时钟输入的时钟信号。

2.所有的存储单元都应该是具有边缘敏感特性，在该系统中不存在电平敏感的存储单元。

我们对于FPGA器件的同步设计的理解就是全部状态的改变都是由主时钟所触发，同一个系统不同的功能模块可以是部分异步的，但是模块与模块之间必须是同步的。正如CPU的设计一样，所有的电路都和系统的主时钟是同步的。相比于异步设计，同步设计具有很多的优点，但进行同步设计时仍然需要考虑很多方面的因素。例如，在选取时钟时，需要考虑以下几点：首先，由于大部分的器件都是由时钟的上跳沿触发，这要求时钟信号的延差要很小；其次，时钟信号的频率通常很高；第三，时钟信号一般是负载较重的信号，因此合理地进行负载分配是很重要的。除此之外，在进行FPGA器件的应用时，还要考虑模块的复位电路、时序同步电路等实际问题。

参考文献

[1] 周莉莉，周淑阁，井娥林. FPGA课程教学方法的探讨与研究[期刊论文]. 实验室科学，2013（3）.

[2] 夏陛龙，陈津平，胡春光. 基于FPGA的实时数据采集系统设计[期刊论文]. 计算机工程，2013（11）.

[3] 郑争兵. 双时钟FIFO在多通道高速传输系统中的应用[期刊论文]. 核电子学与探测技术，2013（5）.

[4] 李列文，桂卫华. 面向FPGA的低泄漏功耗SRAM单元设计方法研究[期刊论文]. 高技术通讯，2012（12）.

[5] 郑文荣，孙朝江，刘少伟. 复杂系统的多FPGA可重构设计与实现[期刊论文]. 电子测量技术，2012（9）.

[6] 胡圣领. 基于FPGA的多项式运算器设计[期刊论文]. 现代电子技术，2012（1）.

[7] 孙立波，雷加. 基于SRAM型FPGA测试技术的研究[期刊论文]. 国外电子测量技术，2011（5）.

[8] 周发标，杨海钢，秋小强，王飞. FPGA测试配置完备性的分析评价方法[期刊论文]. 计算机辅助设计与图形学学报，2011（10）.

第2篇：单元电路论文范文

摘要 ..........................................................................I

第1章绪论 .....................................................................4

1.1课题背景................................................................... 4

1.1.1智能建筑面临的机遇与挑战 .................................................4

1.1.1.1智能建筑发展现状 .......................................................4

1.1.1.2主要技术发展趋势及问题 .................................................5

1.1.2智能火灾智能火灾报警监测系统的新动向..................................... 6

1.2本论文的工作与论文结构......................................................7

第2章智能火灾报警监测系统基础..................................................8

2.1简要介绍智能火灾报警监测系统................................................8

2.2对传感器的详细介绍......................................................... 8

2.2.1与传感器有关的常见术语....................................................9

2.2.2热释红外探测器 ...........................................................9

2.2.2.1热释红外探测器的基本概念.................................................10

2.2.2.2热释红外探测器的工作原理和特性..........................................10

2.2.2.3热释红外探测器的安装注意事项............................................11

2.2.2.4热释红外探测器的调试 ...................................................12

2.2.2.5热释红外探测器的防宠物功能..............................................12

2.3对四运放集成电路LM324的介绍 ................................................13

2.4对芯片AT89C51的介绍 ........................................................15

第3章系统硬件分析与设计 .......................................................17

3.1复位电路部分 ...............................................................17

3.2时钟电路与时序 .............................................................18

3.2.1内部时钟方式 .............................................................18

3.2.2外部时钟方式 .............................................................19

3.3 AT89C51的内外程序存储器选择控制端 .........................................20

3.4系统的选址单元电路 .........................................................20

3.5系统的报警信号产生电路 .....................................................20

3.6系统的多机通讯技术......................................................... 20

第4章电路的软件设计 ...........................................................21

4.1软件程序内容 ...............................................................21

4.2软件总体流程图 .............................................................22

4.3报警信号发生子程序......................................................... 24

4.4键盘接口子程序 .............................................................26

4.5数码显示子程序 .............................................................27

4.6本章小结 ...................................................................28

第5章电路调试与仿真 ...........................................................29

5.1硬件焊接 ...................................................................29

5.2调试....................................................................... 29

5.2.1硬件调试方法............................................................. 30

5.2.2软件调试方法 .............................................................31

5.3仿真中出现的问题及解决办法 .................................................31

5.3本章小结................................................................... 32

结论.......................................................................... 33

参考文献....................................................... ................34

源程序 .........................................................................35

第3篇：单元电路论文范文

电压电流检测

如图3-7所示，电路的控制及触发信号的产生均由DSP芯片产生。电路的控制很简单，在DSP检测到充电电容的电压达到要求值后，关断IGBT的驱动信号即可。其检测信号由霍尔电压传感器来完成。霍尔电压传感器把检测到的电压信号经过A/D转换器输入到DSP内，DSP把进来的电压信号与设定的信号进行比较，当电压信号大于设定值时发出控制信号，关断PWM波输出。

图3-11 霍尔传感器

端子说明：

IN+：输入电压正；

IN–： 输入电压负；

+：正电源；

-：负电源；

M：输出端；

：公共地。

霍尔传感器的输出端M接A/D转换器，把数字信号转换为电压信号输入给DSP[10]。

输出电流也采用霍尔电流传感器采集信号，为DSP提供控制信号和保护信号.

IGBT的驱动

IGBT的驱动信号充分利用了DSP的功能，DSP产生PWM驱动信号，但此PWM信号的驱动能力较差，不能直接驱动IGBT。DSP的驱动信号需经放大信号放大在进行驱动。在此选富士电机公司的EXB841做为IGBT的驱动器。

图3-12 EXB系列集成驱动器的内部结构框图

EXB系列驱动器的各引脚功能如下：

脚1：连接用于反向偏置电源的滤波电容器；

脚2：电源（ ＋20V ）；

脚3：驱动输出；

脚4：用于连接外部电容器，以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器）；

脚5：过流保护输出；

脚6：集电极电压监视；

脚7、8 ：不接；

脚9：电源；

脚10、11：不接；

脚14、15：驱动信号输入（—，＋）[11]。

由于本系列驱动器采用具有高隔离电压的光耦合器作为信号隔离，因此能用于交流380V的动力设备上。 a)过电流检测器 b）关断时集电极电流波形 c）栅极电压产生

图3-13 过电流检测及相关电流波形

DSP的选择 TMS320F24具有一个32位的中央算术逻辑单元和累加器。CALU具有独立的算术单元和辅助寄存器算术单元，执行一系列的算术和逻辑运算。乘法部分由乘法器、乘积寄存器(PREG)。暂存寄存器(TREG)和乘积移位器四部分组成。高速乘法器使F240可以高效地完成卷积、相关和滤波等数字信号处理中的基本运算。在将乘积寄存器的值送入CALU之前，乘积移位器将对乘积寄存器值进行定标操作。TMS320F240还包含辅助寄存器算术单元。这类算术单元独立于CALU。ARAU的主要功能是对8个辅助寄存器(从AR0到AR7)执行算术操作，该操作可与CALU中的操作并行进行。

为加强信号处理能力，TMS320F240采用改进的哈佛结构，即独立的程序和数据存储空间和总线结构。程序总线传输程序存储空间内的指令代码和立即操作数，数据总线将数据存储空间与CALU。辅助寄存器等部分连接到一起。而且程序和数据总线都可以在一个指令周期内将片内数据存储器、片内或片外程序存储器中的数据送入乘法器以完成一次乘加运算。TMS320F240具有很高的并行机制，数据在CALU中被处理的同时，在ARAU中还可以进行算术操作。这种并行机制的结果是在一个指令周期内可以完成一系列算术、逻辑和位操作。

图3-14 DSP引脚图

TMS320F240是该系列DSP控制器推出的第一个标准器件，它确定了单片数字电机控制器的标准。其指令执行速度是20MIP/S，几乎所有的指令都可以在一个50ns的单周期内执行完毕。这种高性能使复杂控制算法的实时执行成为可能，例如自适应控制和卡尔曼滤波。非常高的采样速率也可以用来使环路延迟达到最小。TMS320F240不仅有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构特点，而且它有为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设备。F240是利用亚微米CMOS技术制造的，达到了较低的功耗。

作为一个系统管理者，DSP必须有强大的片内I/O端口和其他外围设备。TMS320F240的时间管理器与其它任何DSP均不同，这个应用优化的外围设备单元与高性能的DSP内核一起，使在所有类型电机的高精度、高效、全变速控制中使用先进的控制技术成为可能。事件管理器中包括一些专用的脉宽调制PWM发生函数。三个独立的双向定时器，每一个都有单独的比较寄存器，可以用来支持产生不对称的或对称的PWM波形。

以下是F240的特点： （1）32位的中央算术逻辑单元(CALU);

（2）32位加法器; （4）三个定标移位寄存器;

（5）8个16位辅助寄存器，带有一个专用的算术单元，用来做数据存储器的间接寻址。

2．存储器

（1）片内544 X 1 6位的双端口数据/程序RAM;

（2）16K字X16位的片内PROM或闪存EPROM; （4）有软件等待状态发生器的外部存储器接口模块，具有16位地址总线和16位数据总线；

（5）支持硬件等待状态。

3．程序控制

（1）4级管道操作;

（2）8级硬件堆栈;

（3）六个外部中断:电源驱动保护中断、复位、非屏蔽中断NMI和三个可屏蔽中断。

4．指令系统 （2）单指令重复操作；

（3）单周期的乘法/加法指令；

（4）程序/数据管理的存储器块移动指令；

（5）牵引寻址功能；

（6）基于2快速傅立叶变换的位反转索引寻址功能。

5．电源

（1）静态CMOS技术；

（2）4种低电源模式以降低电源损耗；

（3）仿真:与片内扫描仿真逻辑相连的正EE标准11491测试访问端口；

（4）速度:50ns(20MIPS)的指令周期，多数指令为单周期。

6．事件管理器 （2）三个16位通用定时器，有6种工作棋式，包括连续递增和连续加/减计数；

（3）三个16位全比较单元，有死区功能；

（4）三个16位简单比较单元；

（5）四个捕获单元，其中两个有正交编码器脉冲接口功能。

7．双10位模数转换器(ADC)。

8．28个独立可编程的多路复用110引脚。

9．基于锁相环的时钟模块。

10．带实时中断(RTI)的看门狗（WD）定时器模块。 PWM波的形成

PWM波形的产生主要利用了TMS32OF240的事件管理器模块［13］。现在重点介绍其中的通用定时器，与全比较和简单比较单元相关的PWM单元。

事件管理器中有三个通用定时器。在实际应用中，这些定时器可以用作独立的时间基准，如:控制系统中采样周期的产生和为全比较单元以及相应的PWM电路产生比较/PWM输出的操作提供时间基准。 输出以及和比较单元的匹配信号等。

通用定时器的计数方式有六种，分别为：停止/保持、单个递增计数、连续递增计数、双向递增/递减计数、单个递增/递减计数以及连续递增/递减计数。

要产生一个PWM信号，需要有一个合适的定时器来重复产生一个与PWM周期相同的计数周期，一个比较寄存器来保持调制值。比较寄存器的值不断与定时器计数器的值相比较，当两个值匹配时，在响应的输出上就会产生一个转换。当两个值之间的第二个匹配产生或一个定时器周期结束时，响应的输出上会产生又一个转换。通过这种方法，所产生的输出脉冲的开关时间就会与比较寄存器的值成比例。

图3-15 DSP内部PWM发生电路框图 为了获得对称PWM输出，我们在软件上只须做以下工作：

（1）配置ACTR来定义全比较输出引脚的极性；

（2）配置 COMCON来使能比较操作和禁止空间向量模式，并设置ACTR和CMPRX的重载条件为下溢；

（3）GP定时器1置为连续加/减计数模式并启动操作。

另外，为了避免同一桥臂上串联的两个功率开关器件的开启时间不会互相重叠以至击穿，6路PWM脉冲还带有可编程死区。设置死区定时器的控制寄存器(DBTCON)的相应位来确定死区时间[13]。

电路的理想波形

如下图3-16所示，分别是谐振电流波形Z，及Z和Z的理想驱动波形。

图3-16谐振电流波形及Z、和Z、Z的驱动波形

电源输出波形如图3-17。

图3-17 电源输出电流波形

脉冲电容的理想波形如下图3-18。

图3-18 脉冲电容C上的电压

本章小结

本章主要介绍了高压软开关充电电源的设计过程。详细讨论了串联负载型DC—DC变换电路的工作原理和三种工作方式，并指出串联负载型DC—DC变换电路是最适合与给高压脉冲电容充电的电路形式。本章还介绍了用霍尔传感器进行电压和电流的检测方法，以及用EXB841对IGBT进行驱动的方法，以及用DSP产生PWM驱动信号所要做的工作。给出了充电电源的理想驱动波形和电容电压波形。

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结论

经过一个学期的学习和研究，我对开关电源的理论和设计方法有了更深刻的认识，结合作者在完成论文过程中所学到的知识及获得的经验，可得到以下结论：

1．串联谐振开关电路工作于恒流源状态。综合考虑充电效率、电路实现难易程度、体积等该电路是最适合电容器充电的。在基本电路的基础上进行技术革新,提高充电稳定度,能使其适应大范围的重复频率及储能电容的容量变化。应用前景将十分广泛是传统充电电源的升级换代品。

2．采用了当前比较流行的PWM与谐振变换相结合的主电路拓扑结构实现软开关，这大大减小了开关损耗。采用高频开关功率DC/DC变换技术，从而大大减小了电源的体积和电源的噪声，基本消除了噪声对环境的污染。

第4篇：单元电路论文范文

关键词：硬件描述语言，VerilogHDL，ITL，Tempura

 

1、引言

几十年前，人们所做的复杂数字逻辑电路及系统的设计规模比较小也比较简单，其中所用到的FPGA或ASIC设计工作往往只能采用厂家提供的专用电路图输入工具来进行。为了满足设计性能指标，工程师往往需要花好几天或更长的时间进行艰苦的手工布线。硕士论文，ITL。工程师还得非常熟悉所选器件的内部结构和外部引线特点，才能达到设计要求。这种低水平的设计方法大大延长了设计周期。

近年来，FPGA 和ASIC 的设计在规模和复杂度方面不断取得进展，而对逻辑电路及系统的设计的时间要求却越来越短。硕士论文，ITL。这些因素促使设计人员采用高水准的设计工具，如：硬件描述语言（Verilog HDL 或VHDL）来进行设计。

然而，Verilog HDL 硬件描述语言缺乏对于电路逻辑关系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于时序的逻辑描述。这对于化简和检验正确性都带来了麻烦。而ITL语言描述则提供了另一套基于时序的形式化解决方法，对Verilog HDL 硬件描述语言起到了很好的补充作用。

2、ITL简介

区间时态逻辑(interval Temporal logic，ITL)是一种用于描述离散区间或时段的逻辑系统，它是时态逻辑的一个分支。我们可以把一个区间(interval)看作是一个有限的状态序列;这里的状态就是从所有变量到其值的映射。区间的长度定义为该区间内状态数减 1。因此，只含有一个状态的区间的长度为0。一个区间s0… sn 的长度是n。一个只有单个状态的区间的长度是0。

ITL 的基本表达式和公式的语法如下所示

表达式：

公式：

其中，μ为一个整数值;a 为静态变量(在区间内不改变);A 为状态变量(在区间内

值可变);g 是函数符号;p 为谓词。硕士论文，ITL。下面我们以RS 触发器为例来说明ITL的使用：

一个RS 触发器是一个简单的储存和保持一位数据的记忆单元。两个输入决定了互补的输出和。S（Set）为置一，R（Reset）为置零。

图1 RS 触发器结构图图2 RS 触发器的真值表

按照传统的方法，根据真值表列出输入输出变量的逻辑方程，得到：

Qn+1=S+￢R*Qn

S*R=0

而用 ITL描述可以直接把逻辑关系（动作、谓词）写出来，再化简：

把时间等参数变量考虑进去，我们就可以得到RS触发器的结构方程：

3、Tempura

用ITL 能够方便准确地描述基于时序的数字电路，然而缺乏可执行能力，运算公式不能直接进行计算机仿真和验证。Tempura 则是ITL 强有力的可编程可执行的工具集，大大增强了ITL 的实用性。Tempura 是一种可直接执行的数字电路时序逻辑设计方式，是 ITL 的一个可执行子集。发展到今天，Tempura 已经能够直接在Windows 环境下运行。硕士论文，ITL。只要熟悉ITL 的语句，对照着Tempura 自带的指导工具，使语法公式一一对应就可以进行编程和仿真，十分方便。硕士论文，ITL。

下面我们还是以RS 触发器为例来说明

用VerilogHDL采用门级描述为：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

nor (Q,R,QB);

nor (QB,S,Q);

endmodule

用VerilogHDL采用行为描述为：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

reg Q;

assign QB=~Q;

always@(R or S)

case({R,S})

2'b01:Q<=1;

2'b10:Q<=0;

2'b11:Q<=1'bx;

endcase

endmodule

而根据前文所述的用 ITL描述的RS触发器改写成Tempura 语言，代码如下：

为了检验设计结果，需要输入仿真参量，代码如下：

(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and

for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>

do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)

)

and

(S,R)latch(Q,Qbar)

仿真结果如下，和真值表一样。

图3 仿真结果

传统的数字电路设计方法繁琐且不严谨，而且往往缺乏时序逻辑的描述能力。针对这个问题，HDL的使用为硬件设计师提供了一个非常好的分析和设计数字硬件的工具，也为沟通软件和硬件提供了一种方法。然而，这些 HDL 一般是为模拟数字硬件的功能而设计，往往比较适用于较低层级的设计。同时传统的HDL 设计方法缺乏对数字硬件推理和证明的机制；对行为描述的能力较弱，缺乏形式设计或验证的支持工具。形式化的设计方法则提供另一种强有力的数字电路描述。在软件工程中，形式方法已经取得一些引人注目的成就。但是在硬件设计领域，形式方法的应用研究和成就仍然在起步阶段。在国内的面向市场的数字电路设计，情况更是这样，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特别是配以成熟高效的可执行工具，如Tempura）， 将有效提高我们描述和设计数字电路。硕士论文，ITL。正如本文开头所说，在硬件设计速度赶不上软件速度的今天，形式方法将给我们带来一种新的突破思路，这在未来的电路设计领域将有广阔的应用和发展空间。

参考文献

[1]Benjamin C. Mosszkowski. ITL HandbookDecember 6, 2007

[2]Antonio Cau. Interval Temporal Logic Anot so short introduction 2009

[3]舒风笛。《面向嵌入式实时软件的需求规约语言及检测方法》，武汉大学，2004

[4]夏宇闻。《Verilog 数字系统设计教程》，2008年，北京：北京航天航空大学出版社。

第5篇：单元电路论文范文

关键词：压力传感器，薄膜，敏感栅

 

随着社会的发展，信息处理技术、微处理器和计算机技术的快速发展和广泛应用，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。现在非电物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量、称重等技术领域[1]，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。免费论文参考网。可以说测试技术与自动控制技术水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。传感器是信息采集系统的感应单元，所以，它是自动化系统和控制设备的关键部件，作为系统中的一个结构组成，在科技、生产自动化领域中的作用越来越重要[2]。

传感器亦称换能器，是将各种非电量（包括物理量，化学量，生物学量等）按一定的规律转换成便于处理和传输的另外一种物理量（一般为电量、磁量等）的装置[3]，它能把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路3部分组成，有时还需加上辅助电源。免费论文参考网。其原理如图1所示。

其中：①敏感元件直接感受被测物理量，如在应变式传感器中为弹性元件；②传感元件将感受到的非电量直接转换成电量，是转换元件，如固态压阻式压力传感器；③测量电路是将传感元件输出的电信号转换为便于显示、控制和处理的有用电信号的电路，使用较多的是电桥电路。由于传感器元件输出的信号一般较小，大多数的测量电路还包括放大电路，有的还包括显示器，直接在传感器上显示出所测量的物理量；④辅助电源是供给传感元件和测量电路工作电压和电流的器件。

国际电工委员会IEC则将传感器定义为测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号[4]。传感器是传感器系统的一个组成部分，是被测量信号输入的第一道关口。对传感器在技术方面有一定的要求，而同时亦要考虑尽可能低的零点漂移、温度漂移及蠕变等[5]。近年来，传感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、标准化方向发展的趋势[6]。

电阻式传感器的工作原理是将被测的非电量转换成电阻值，通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。这类传感器大致分为两类：电阻应变式和电位计式。利用电阻式传感器可以测量形变、压力、力、位移、加速度和温度等非电量参数。

压力传感器是将压力这个物理量转换成电信号的一种电阻应变式传感器。传统的电阻应变式压力传感器是一种由敏感栅和弹性敏感元件组合起来的传感器[7]。如图2所示，将应变片用粘合剂粘贴在弹性敏感元件上，当弹性敏感元件受到外施压力作用时，弹性敏感元件将产生应变，电阻应变片将它们转换成电阻变化，再通过电桥电路及补偿电路输出电信号。它是目前应用较多的压力传感器之一，因具有结构简单、使用方便、测量速度快等特点而广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医学等诸多领域。

传统的电阻应变式压力传感器的电阻敏感栅是刻录在一层绝缘脂薄膜上，而薄膜又通过粘结剂粘合到弹性基片上，由于弹性元件与粘结剂及绝缘脂膜之间的弹性模量不同，弹性元件的应变不能直接传递给敏感栅，而是要通过粘结剂、绝缘脂膜才能到达敏感栅，从而产生较大的蠕变和滞后，影响传感器的灵敏度、响应度、线性度等性能。另外，由于粘结剂不能在高温条件下使用，这也使它的应用范围受到限制。

为了消除绝缘薄膜层和粘结剂层对传感器性能的影响，可以尝试采用真空镀膜方法及光刻技术，在弹性元件上直接刻录敏感栅，弹性元件与敏感栅直接接触，以克服常规工艺导致的滞后和蠕变大的缺陷。另外，如果弹性材料和结构选择恰当，还可制成耐高温、耐腐蚀的全隔膜式薄膜压力传感器。

一、器件研制

采用真空镀膜技术在弹性基片上蒸镀一层约300nm金属栅材料的薄膜，用半导体光刻技术，在弹性基片上直接形成电阻敏感栅，最后利用耐高温、耐酸碱腐蚀的环氧树脂粘结剂，将制作好的芯片封装在工件中，组成压力传感器探头。经过热老化、电老化，待封装应力趋于稳定后，进行电性能测试。

在制作薄膜电阻应变式压力传感器中，采用的工艺流程如图3所示。

第6篇：单元电路论文范文

关键词 回馈制动；超级电容；双向DC/DC变换器；MATLAB/Simulink

中图分类号U46 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0123—02

0引言

超级电容器是20世纪七八十年代逐渐发展起来一种新兴储能器件，与电池储能相比，具有充放电电流不受限制，响应速度快，循环使用寿命长，环境友好等优点。

随着新能源汽车研究的兴起，制动能量回收作为延长其续驶里程一种可行方法备受人们关注，本文针对如何在不影响蓄电池性能的情况下对制动能量进行储存和释放这一问题，设计了一种基于超级电容器存储，利用单片机控制的制动能量缓存装置。仿真结果表明，该设计可有效实现制动能量的存储与释放。

1超级电容存储单元

超级电容器的单体电压电容值较低，一般需要进行串并联组合才能达到要求的电压与电容等级。但单体器件参数差异，串联单体电容电压在工作过程中的存在不一致现象，导致一部分单体电容电压偏低，容量不能被充分利用，而另一部分电压过高，内部电解液发生分解而失效。因此，需要进行串联均压处理，来提高电容器的容量利用率和安全性。

超级电容串联技术，就其工作原理可大致分为稳压管法、开关电阻法、飞渡电容器电压均衡法和电感储能电压均衡法等方法，各有其优缺点与适用场合。本文采用均衡效果相对较好单飞渡电容器电压均衡法，利用一个小容量的普通电容器作为中间储能单元，将电压高的超级电容器中的能量向电压低的超级电容器中转移，适合在电动汽车等中小功率的应用场合中使用[1]。

2硬件电路设计

2.1双向DC/DC变换器

由于在电机回馈制动系统中没有隔离和绝缘的要求，故采用由IGBT、快恢复二极管与储能电感组成的非隔离型双向半桥DC/DC变换器。它具有开关元件电流电压应力小，有源元器件导通损耗小，元器件数量少及电路结构简单等优点。

2.2缓冲电路

利用电容电压与电感电流不能突变的特性，本文设计了一种缓冲电路，抑制开关元器件在开关瞬间的电压与电流变化率，同时把吸收的能量传递给负载，其原理图如图1所示。电感L1，电容C1、C2以及二极管D1，D2，D3组成缓冲电路，要求电感和电容的谐振频率远远高于开关管频率，二极管反向恢复时间足够小。

2.3控制电路

ATMEGA48作为主控芯片，产生的PWM控制信号，经光耦隔离后，调节开关管S1与S2，并通过电流、电压及温度传感器对装置的瞬态运行状况进行监测。

2.4元器件参数选取

为避免开关元件的损坏，变换器一般工作在连续导电模式下，且开关元器件的耐压值应是实际峰值的1.5～2倍。因此需确定储能电感的参数，以保证其在升压模式（Boost）与降压模式（Buck）下均能储存足够能量。两种模式下电感计算公式分别为：

与分别为双向DC/DC变换器高压侧和低压侧的电压；（、、）和（、、）分别为Buck与Boost运行模式下的占空比、工作频率及电感脉动电流。

由（1）（2）可得储能电感值：

滤波电容直接影响负载R的电压脉动，以电压的极限脉动量为临界值，选用最大占空比可求得电容极大值为：

3控制策略分析

超级电容存储单元串接在变换器的低压侧，高压侧接入电机驱动电路的直流母线。当电机启动或加速时，开关管S1工作，变换器处于Boost模式，可提供额外功率支持。电机减速或制动时，开关管S2工作，变换器处于Buck模式，超级电容器对制动能量进行吸收存储。同时通过温度传感器对超级电容采取实时温度监测，当大于临界值时，即执行中断程序。

3.1 Buck模式

采用超级电容侧充电电流环和电压环的双闭环PI控制。当电容电压较低时，电压环输出值饱和，此时超级电容处于恒流充电状态；而当超级电容电压达到预定值时，电压环起作用，此时处于恒压充电状态。图2为Buck模式下变换器控制框图。

3.2 Boost模式

采用超级电容侧充电电流环和高压侧输出电压外环的双闭环PI控制。参考电压设置与蓄电池电压同步相同。图3为Boost模式下变换器控制框图。

4实验与仿真

利用MATLAB/Simulink构建电动汽车制动能量缓存装置的仿真模型。其仿真参数为：高压侧为初始电压300V的电容，超级电容容量12.5，串联内阻0.28，并联内阻10，参考充电电压和电流为70V与50A，储能电感0.01H，滤波电容0.001F，输出参考电压200V。

图4为Buck模式下低压侧电压波形，图5为Boost模式高压侧输出电压波形。

5 结论

本文在双向DC/DC变换电路的基础上，设计了一种基于超级电容的制动能量缓存装。仿真结果表明，可有效实现回馈制动能量的存储与释放，具有一定的实际应用价值。

参考文献

[1]李海东.超级电容器模块化技术的研究[D].北京：中国科学院电工研究所博士论文，2006.

[2]吴延平.超级电容器储能系统的直流变换技术研究[D].大连：大连理工大学硕士论文，2011.

[3]王司博，韦统振，齐智平.超级电容器储能的节能系统研究[J].中国电机工程学报，2010，30（9）：105—110.

第7篇：单元电路论文范文

关键词 汽车电控系统 单片机 课程考核 计算机仿真

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.12.012

Assessment Reform Research for the Course of Automotive

Electronic Control Unit and Interface Technology

ZHANG Zhiyong， LIU Zhiqiang， DU Ronghua

（College of Automobile and Mechanical Engineering， Changsha University

of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract The course of automotive electronic control unit and interface technology is a specialized course which integrates the single chip microcomputer principle and the automotive electric control system. The traditional method of test paper method can only study the single chip microcomputer principle， the basic concept of the control system， the master degree of programming language， which cannot investigate the students for the control system designing， program debugging and other practical ability. Course assessment reform integrated with the classroom quiz， after-school simulation experiments， classroom experiments， the on-computer test together， which can comprehensively study of the degree of students knowledge， as well as the practical ability of the design and control system.

Key words Automotive electronic control system； single chip microcomputer； course assessment； computer simulation

0 前言

“汽车电控单元与接口技术”是车辆工程和汽车服务工程两个专业本科生的专业核心课程，为学生将来从事汽车电子与控制技术工作提供理论基础。通过对本课程的学习，使学生熟悉目前国内外汽车电控系统发展的最新动态，掌握嵌入式控制系统的基本结构、工作原理和软硬件设计知识，培养学生运用嵌入式控制芯片、电子元件设计控制系统、人机接口界面的实践能力。因此，在有限的课时中如何让学生既掌握嵌入式控制系统的特点、工作原理、设计方法，同时还要使学生具备一定的实践能力，如分析问题、解决问题的能力，是本课程教学过程中需要考虑的重点，而课程考核方式是促成以上目标的重要手段。合适的课程考核方式不仅能引导学生如何去学习，提高学习积极性，同时也促进教师在教学过程中结合先进的教学方法和手段，更新教学内容等。然而，现有的“汽车电控单元与接口技术”课程考核方法仍以传统的考卷笔试为主，但这种笔试方式仅能对单片机原理、控制系统的基本概念、编程语言的掌握程度进行考查，无法考查学生的控制系统的设计、程序调试等实践能力。另外，现在的教学方法很大程度上仍继承于普通专业基础课程的教学模式，即分别利用独立章节教授独立的内容。显而易见，这样的教学方法不适应内容综合性强，且存在多学科交叉的课程教学。

鉴于该课程考核方式和教学体系存在的问题，本课程考核改革旨在探索汽车电子类课程群考核的适用模式，以及汽车电控单元与接口技术课程形成性考试和期终考试的目标、形式、题型和题量。通过本课考核的改革，指导学生在学习过程中理解把握课程的重点内容，培养学生的自学能力和创新能力。同时，引导师生树立紧贴生产实际的课程考核理念，明确课程考核目标，鼓励学生主动学习，积极主动思考，积极培养学生实际动手操作能力，提高学生素质，进一步推进由传统教学模式向应用型创新汽车人才培养模式的转变。

1 网络教学平台

本课程采用多媒体教室授课，基本知识介绍以讲授为主，在进行应用实例编程时，采用小组讨论的方式，各小组重点针对应用实例实现的目标、手段、技术等讨论，最终完成电路设计、程序设计并以电子文本的形式上交。对常用单片机类型和操作系统、编程语言等发展趋势等概述性内容进行讲解时，对学生采用文献综述报告的形式进行学习内容的考核。鼓励学生利用网络资源，查找和了解最新汽车电控单元的发展趋势，最终通过独立思考、总结形成综述性论文。另外，本课程的作业根据不同题型的特点，采用网络电子版作业与纸质版作业相结合的方式。对于问答、判断等题型，采用网络提交作业，对于计算题，则采用纸质版形式上交作业。另外，在网络课程的讨论区积极发言与回复问题，也作为课程考核的内容之一。

本课程考核方式采用多种立体式考核方式，考核形式包括上课考勤、实验动手能力与实验报告完成情况考核、网络课程讨论区发言、综述性论文以及期终考试等五部分。上课情况与网络课程讨论区活跃度的考核成绩占总成绩的15%，实验动手能力与实验报告完成情况占总成绩25%，综述论文成绩占总成绩的10%，期终考试成绩占总成绩的30%，平时上课出勤率在90%以上方能参加期终考试。

2 形成性考核方式

为了全面考核学生的综合素质，采用的形成性考核内容的设计遵循下列原则：（1）简便性原则。考核形式简便，不拘泥于形式，可随机提问考核，可课堂做作业，便于老师掌握学生理解知识的程度；（2）针对性原则。考核内容符合学生实际，紧密结合课程教学的实际需要，解决教学中的重点难点问题；（3）灵活性原则。对考核内容可适当拓宽，引导学生阅读与课程内容和教学进度相关的参考书，体现注重培养自学能力的特点。

形成性考核成绩占考核总成绩的40%，其中大作业共计安排4次，单次考核按20分制进行评定，4次考核合计40分，24分及格，分别包括控制系统设计和实验或仿真实验。

（1）第一次形成性考核。考核内容：指令系统及汇编语言程序设计；考核形式：以指令系统中的数据传送指令运用为基础，分组假设数据传送条件，掌握基本的数据传送指令运用方法；考核时期：完成相应章节的教学任务后，在课堂外完成。

（2）第二次形成性考核。考核内容：单片机I/O口功能运用的Proteus仿真；考核形式：结合单片机I/O口的工作方式，选择数码管驱动方案，并给予说明；考核时期：完成相应章节的教学任务后，在课堂外完成。

（3）第三次形成性考核。考试内容：单片机中断系统的Proteus仿真；考试形式：完成相应章节的教学任务后，引导学生设计中断触发方式和中断响应处理方案；考试时期：完成相应章节的教学任务后，在课堂外完成。

（4）第四次形成性考核。考试内容：定时器/计数器的Proteus仿真；考试形式：完成相应章节的教学任务后，引导学生设计定时器/计数器的应用案例；考试时期：在课堂外完成。

其中形成性考核评分标准为：（1）8～10分：按时交作业，程序与电路设计正确，仿真结果正确，电路正确规范；（2）6～7分：按时交作业，程序与电路设计基本正确，仿真结果基本正确，电路基本规范；（3）3～5分：交作业滞后，程序与电路设计不够全面，但仿真结果部分正确，电路设计无大错；（4）0～2分：严重拖交作业，程序与电路设计错误较多，仿真结果不正确，电路设计错误。

3 教学内容与方法改革

为了与课程考核方式相适应，在教学内容和方法也应该做相应的改革。（1）在教学内容上，除了严格按照相关教学大纲的要求完成规定的教学内容之外，课程借鉴了国内外同类课程的内容体系，选择性地介绍国外内关于嵌入式系统、操作系统、先进控制方法等方面的最新成果和未来发展趋势。（2）为了配合网络平台教学和形成性考核，在课堂教学引入软件仿真技术，可直观地、实时地和可重复地将知识点形象化、具体化，同时还能与同学们进行互动，启发同学们去思考。在网络课程讨论区里面，有针对性地提出启发性的问题；在网络资源中上传了很多经典的单片机应用实例仿真程序，引导学生利用网络自主学习。（3）在课件中融入了各种视频、图片文件，充分利用网络公开课资源，演示单片机的各资源的工作原理，使教学不再空洞、枯燥，学生能利用资源对单片机原理有充分的认识和了解，进一步拓展了教学形式。

4 结论

本课程考核改革于2011-2012第二学年在车辆工程专业、汽车服务专业两个教学班实施，授课学生人数为127人。通过本课程考核改革，学生学习积极性明显增强，表现在上课出勤率、课后提问数量、试验完成率等指标明显提高。最后基于形成性考试方法，学生考试及格率达到100%，且成绩分布服从正态分布，证明了该考核方法的有效性。

论文资助项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2014]247号），学生能力导向的机械类专业工程训练改革与实践，回归工程实践的机械类专业工程教育人才培养模式改革与实践

参考文献

[1] 张志勇，李岳林，刘志强，等.汽车电控单元与接口技术教学方法研究[J].科教导刊，2013（10）：169-170.

[2] 张志勇，李岳林，刘志强，等.基于软件仿真的单片机课程启发式教学方法探索[J].科教导刊，2011（10）：52，64.

第8篇：单元电路论文范文

【关键词】激光三角法 可控型水龙头 光电转换

微电子技术和传感器已经成为二十一世纪信息社会的重要标志。随着激光传感器的广泛应用及新型光电扫描与光电探测技术的不断提高，工业、农业、家庭、军事、医学等应用领域的传统方法得到了改善。激光传感可控型水龙头将激光位移传感器与电子信号处理技术结合，应用在了水资源节约领域。市场上的传统插卡式热水龙头在使用时难以估定水瓶内的水位，存在着极大的安全隐患和水资源浪费问题。该项日利用激光位移传感技术检测并定位水的高度，经过数字信号处理器将信号反馈到电子电路，自动切断电源。和传统插卡式热水龙头相比，基于激光位移传感器的可控节约型水龙头具有测量精度高、可靠性好、非接触、自动化、安全等突出优点，有极重要的现实和环保意义。在前期的推广中，这项技术先应用于学校水房保温瓶水位的测试。随着后期技术的成熟和市场的开发，可推广向工厂水箱水位测定等更广的领域，发挥更大的经济和应用价值。

一、激光位移传感器的研究现状

现今光电技术的发展、微机的控制、数据的处理及PSD、CCD、四象限位移探测器的改善，使传统的三角测量法有了广泛的应用。具体包括质量的检测、设备的维护、机械和生产自动化、流程和设备的监控等各个领域。

目前在国内，激光位移传感的主要应用包括：对灵敏度和精确度的分析，如何提高其使用范围以及位移、角度、同轴度的非接触测量和校准领域。不过，我国对激光位移传感器的研究仍处于实验阶段。国外很多专家对其做了大量的研究并取得成果。西班牙的研究者在三角激光位移传感器的系统中，发现周围的杂光对测量的精度有影响，并给出了相应的消除方法。目前，国内外有很多这样的产品，广泛地应用在军事技术、航空航天、检测技术等诸多领域。美国研制出红外测温传感器，使其在恶劣的环境下仍能测量出飞行器各部分的温度；城市的交通管理也运用红外光电传感器进行路段事故检测和故障排除的指挥。总体来说，国外传感器的测量范围大，线性度好，分辨率高，稳定性好。国内对激光位移传感器的研究虽不及一些欧美国家，但是却在研究的种类上屡创新奇。

二、激光三角测量技术的原理

激光三角测量法是指从光源发射一束光线到被测物体表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置，成像位移和实际位移存在一定的换算关系，通过这个关系式可以计算出被测物体表面的实际位移。由于入射光和反射光构成一个三角形光路，因此被称为三角测量法。按照入射光线与被测物表面法线的关系，可分为直射式和斜射式。本项研究采用的是直射式激光三角测量法。

如图l所示，激光发射器发射出一束光线到热水瓶水面形成光斑，光线在表面发生反射后，从另一个方向通过成像透镜，光斑成像在CCD位置传感器上。随着热水瓶水面高度的变化，反射光的角度在发生变化，光斑成像也随之发生位移。设光斑在CCD成像面上相对位移为X’，被测表面（即水面高度）的实际位移为X，则两者关系如下式：

在传感器的选择上，本项研究选用的是CCD激光位移传感器。目前应用于激光三角法测距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光电耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于横向光电效应来实现光能、位置的转换，CCD是一种新型光电转化元件，主要由光敏单元、信号输入单元和信号输出单元组成。CCD以电荷作为信号，实现电荷的存储、转移和检测。与PSD相比，CCD具有轻便、体积小、耗能小、精度高、稳定性好、时效性高等特点。基于上述考虑，最终选定了CCD激光位移传感器。

三、基于激光位移传感器的可控型水龙头系统结构

本项目研究的激光位移传感器硬件系统包括：激光电源、半导体激光器、线阵CCD驱动电路、输出信号的处理系统、单片机测量系统和水龙头阀门控制系统。如图2所示为激光位移传感器的可控型水龙头系统的总框图。

3.1 光源的选择

激光器有很多种：气体激光器、固体激光器、半导体激光器等，气体激光器单色性和方向性好，但体积和重量大，需要外部高压电源，不易安装在小型光学测头上。半导体激光器具有超小型、高效率、电压低、电能转换率高、便于安装等优点。激光光束在传播中存在散射，当测量目标越远，光能量分布不均匀，从而导致误差出现，半导体激光位移传感器可以进行体积小的短距离测量。

3.2 线阵CCD驱动电路

目前，应用于激光三角测距系统的光接受元件主要有两种：CCD――光电耦合器件和PSD――位置敏感元件。本测距系统设计中采用精度高、稳定性好的光电耦合器件CCD作为光电探测器，根据被测物体的移动距离，间接进行测量。

3.3 输出信号的处理系统

图像采集后，CCD输出的信号叠加了较大的干扰噪声，所以要先经过预处理电路后在进行二值化处理。预处理即是将CCD输出进行前置放大后进行滤波处理，放大电路将微弱的信号放大同时干扰的噪声信号也得到了放大。

所以经过低通滤波器将放大电路处理后信号中的高频成分滤除，常用低通滤波器包括：三角滤波法、高斯低通滤波器、中值滤波器等不。最后将输出的信号送入电压比较器进行二值化处理得到稳定的数字信号。最后将数字信号送到单片机系统进行脉冲计数就能得到像点位置信息。系统将计算后的结果显示在显示器界面上。

3.4 水龙头阀门控制系统

在理想条件下，热水瓶的高度为H，由上述系统测出水面高度为X，当x的值接近L时，系统通过反馈电路来控制水龙头的阀门。

四、结束语

激光三角法采用非接触测量，以其实时性强、精度高、对被测物体表面没有特殊要求等优点得以广泛应用，本论文利用直射式激光三角法，对系统的结构参数和所选器件做出了合理的设计和选择。论文的主要工作包括以下几个方面：

（1）通过对激光测距系统在国内外的发展现状研究，并结合本系统情况，确定了本系统的测量原理。

（2）数据采集：令热水瓶的高度是定值H，从光源发射一束激光到被测物体（上升水面）表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置。通过线阵CCD对光电信号进行采集，从而计算出水面到瓶口的距离X。

（3）信号处理将采集到的数据经过滤波放大电路处理，然后将输出的结果由模拟信号转化为数字信号，最后将信号送人单片机系统。

（4）数据结果输出：通过单片机的计算被测物体的位移量，当X-H趋近于零时，将其距离显示在显示器界面上，通过电路控制水龙头阀门的关闭。

后期工作展望：

第9篇：单元电路论文范文

关键词：宽带 领结偶极子天线 匹配电路

中图分类号：TN821 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0077-02

偶极子天线是一种最基本的单元天线形式，自从无线电发明以来，应用非常广泛。简洁、高效的特征是偶极子天线得以普遍应用的主要原因，它既可以独立使用，又可以作为天线阵的组成单元，还可以用作复杂天线的馈源。但是偶极子天线不管是何种形式，其频带是很窄的，一般而言只有约1%～5%，这使其应用受到很大限制。目前已经发展了很多展宽偶极子频带的技术，形成了许多新型偶极子天线，比如锥天线、双偶极子天线等[1]。

现代偶极子天线的应用要求实现小型化、宽频带、高增益、隐蔽性强、与载体共形等特性。我们可以通过改变天线的结构、形状、材料等特性，对匹配电路进行优化设计，提高天线的工作性能。

偶极子天线设计的重点是展宽带宽，目前，展宽偶极子天线带宽的方法主要有：套筒加载、将天线轮廓设计为渐变结构、优化馈电巴伦等[2]。本文展宽偶极子的带宽没有采用常规的办法，找到了新的匹配方法。我们在偶极子天线基本原理的基础上，设计出了一种宽带领结偶极子刀形机载天线[3]，可用于民航或军用飞机上。该天线使用十分方便，可以安装在由复合材料制成的飞机的垂尾里面或者机翼里面。这样的天线不外伸，又与飞机蒙皮齐平，甚至可以与飞机共形。

1、偶极子天线简介

偶极子天线也称为振子天线，其得名来自于对称的两个振子——由馈电点中心平分天线两臂[4]。偶极子天线为平衡天线，即天线两极对称，它由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成，信号从中间的两个端点馈入，在偶极子的两臂上产生一定的电流分布，这种电流分布就会在天线周围空间激发起电磁场。偶极子的振子可以水平放置，也可以垂直放置，方向图以馈电点为对称中心。最简单的偶极子天线由导线组成，中心馈电，如图1。

对于窄带偶极子天线，常用相对带宽表示工作带宽即×100%，其中为中心频率，，天线参数变化不超过规定范围的最高工作频率和最低工作频率。

2、宽带领结偶极子天线的设计

根据偶极子天线的特性，结合工程实际，设计出的宽带领结偶极子天线内部电路如图2所示。阴影部分为辐射体，采用领结形辐射臂，改善了天线阻抗匹配，同时也扩展了工作带宽；黑色矩形内为匹配电路，这是此天线设计的重点；天线由同轴电缆为其馈电。把领结形辐射体印制在环氧板上，覆铜厚度为0.02mm，天线外形尺寸为320mm*130mm*8mm。

此天线的工作频段为机载飞机通信频段。若取领结偶极子天线的高度为，尺寸太大，外伸式天线不能使用，安装在垂尾里面也显得太大，所以选取天线的高度为，这个高度天线外伸式也可以用，装在机翼里面也可以用。

为了展宽带宽，除了设计出领结形辐射体外，还设计出振子的张角为，实验证明，此时带宽最宽。经实际测试和理论计算，得出高度为的领结偶极子辐射电阻=49，而高度为时的辐射电阻只有12，而且也很小，天线显容性。我们要用电感来匹配，电感的量值和安装位置是设计和调试过程的重点。

3、领结偶极子天线的等效电路

天线设计的目标是输出最大能量进出电路，需要仔细设计天线与自由空间以及电路的匹配，天线匹配程度越高，其辐射性能越好。

通常在天线终端用变换器或并联调谐电路来有效改善和提高匹配带宽，也可以采用集总电路元器件（变压器、电感器和电容器）或分布电路元器件（传输线），作为阻抗的变换或调谐电路的实现[5]。

领结偶极子天线匹配前的等效电路如图3（a），其值很小，可以忽略不计，但值不能忽略，需要用一个感性元件与之匹配。

经过大量的实验和仿真，使用新型感性元件后设计出的匹配电路和天线总的等效电路如图3（b）所示。

4、测试结果

对设计出的领结偶极子天线进行实际测试，天线在、、、频点处水平方向的方向图如图4所示。测试显示，此天线水平面方向图的不均匀度均小于2dB，其增益比同类同高度的天线高出1～2dB。经过功率容量测试，该天线能承受的功率可以达到100W。

图5为我们实测的领结偶极子天线驻波图，横坐标为，从图中可以看出在机载天线通信工作频段内，天线无反射板时驻波均在2.5以下，达到设计要求。而且实际测试显示，有无反射板对天线驻波影响不大。

5、结语

本文设计的领结偶极子刀形机载天线，经过多次试验，运用新的匹配方法，展宽了频带。该天线具有结构紧凑、馈电简单、易于制作等特点，而且有其自身优点，安装在复合材料制成的飞机蒙皮里面，可减少气动阻力和部分环境对天线的影响，具有工程实用性。

参考文献

[1]肖金祥,李国剑.双面印刷C形超宽带天线[A].2009年全国天线年会论文集（上）[C].2009年.

[2]李晋阳,张小苗,杨倩,赵旭东,王银行.带有新型寄生单元的印刷偶极子天线[A].2009年全国天线年会论文集（上）[C].2009年.

[3]John D. Kraus & Ronald J. Marhefka，章文勋译.天线（第三版）[M].电子工业出版

社,2006.8