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![arXiv:2304.12744v1 [physics.app-ph] 2023 年 4 月 25 日](/simg/2\2d47c9702df5e64ff8be37fa34114b3fc2d6f749.webp)
arXiv:2304.12744v1 [physics.app-ph] 2023 年 4 月 25 日
与共面波导 (CPW) 谐振器相比，紧凑型电感电容 (LC) 谐振器具有简单的集总元件电路表示，但通常需要复杂的有限元法 (FEM) 模拟才能进行精确建模。这里，我们为一系列共面 LC 谐振器提供了一种简单的分析模型，其中的电气特性可以直接从电路几何形状中获得，并且具有令人满意的精度。我们对 10 个高内部品质因数谐振器（Q i ≳ 2 × 10 5）进行的实验结果，频率范围大约从 300 MHz 到 1 GHz，与推导的分析模型和详细的 FEM 模拟都显示出良好的一致性。这些结果展示了设计谐振频率偏差小于 2% 的亚千兆赫谐振器的能力，这具有直接的应用，例如，在超灵敏低温探测器的实现中。所实现的平方毫米量级的紧凑谐振器尺寸表明在单个芯片上集成数百个微波谐振器以实现光子晶格的可行方法。
基于...的三轴霍尔效应传感器建模
摘要 — 在本文中，我们开发了计算模型来分析集成磁集中器 (IMC) 对周围外部磁场的磁集中效应。我们提出了一种基于 IMC 的三轴霍尔传感器模型，该模型可以测量随机外部磁场的倾斜角度和绝对强度。IMC 将周围的平行磁性元件更改为垂直元件，因此允许水平霍尔板测量平行外部磁场的强度和倾斜角度。我们在 COMSOL Multiphysics 中为三轴霍尔传感器开发了一个基于有限元法 (FEM) 的模型。使用开发的模型研究和讨论了影响 IMC 磁集中效应的关键因素，包括材料特性和传感器结构。与传统的基于 IMC 的三轴角度传感器相比，传感器中不再需要参考永磁体。对于外部磁场的 α 和 θ 角，测量精度分别达到 0.8 度和 1.2 度。
大跨度输电塔气动弹性模型风洞试验
摘要：采用有限元法对某大跨度输电塔进行模态分析，并采用离散刚度法建立其气动弹性模型进行风洞试验。利用视觉位移测量仪和加速度计分别测量气动弹性模型的位移和加速度，并采用有限元计算计算塔的风致响应，与风洞试验结果进行对比。计算了阵风响应因子，并与规范和其他研究的结果进行了比较。结果表明：视觉位移仪能够很好地记录风洞中模型塔的振动；塔的加速度以一阶共振响应为主，位移以背景响应为主；纵向和横向的位移和加速度相近，表明侧风和顺风向响应大小相同。考虑雷诺数修正后试验得到的塔顶位移与数值模拟结果基本一致，风洞试验得到的塔顶阵风响应因子小于规范计算值，与有限元计算值接近。
用于模拟选择性激光熔化过程中深熔穿的温度相关热源
摘要：为了了解选择性激光熔化 (SLM) 工艺背后的物理行为，人们广泛采用了数值方法进行模拟。宏观尺度的数值模拟可以研究输入参数（激光功率、扫描速度、粉末层厚度等）与输出结果（变形、残余应力等）之间的关系。然而，有限元法求解的宏观热模型无法正确预测熔池深度，因为它们忽略了熔池中流体流动的影响，尤其是在存在深穿透的情况下。为了弥补这一限制，提出了一种易于实现的温度相关热源。该热源可以在模拟过程中调整其参数，以补偿与流体流动和小孔相关的这些被忽略的热效应，一旦关注点的温度稳定，热源的参数就会固定下来。与传统的热源模型相反，所提出的热源的参数不需要针对每个工艺参数进行实验校准。通过将所提模型的结果与各向异性热导率方法和实验测量的结果进行比较，验证了所提模型的有效性。
基于 TSV 的发夹带通滤波器，适用于 6G 移动...
摘要 针对第六代（6G）移动通信应用，提出了三种新型五阶超紧凑发夹带通滤波器。发夹单元的臂采用三维集成技术（TSV）实现，部分发夹单元由四个臂组成。本文介绍了这三种滤波器的设计方法，并通过基于有限元法的工业级仿真器HFSS验证了滤波特性。结果表明:所设计的三个滤波器的中心频率分别为0.405 THz、0.3915 THz、0.3955 THz,带宽分别为0.1 THz、0.077 THz、0.063 THz,插入损耗为2.0 dB,回波损耗分别为12.4 dB、13.4 dB、14 dB。所设计的三个滤波器的尺寸均为0.284×0.0325 mm2(1.29×0.148λg2)。关键词:第六代(6G)移动通信、太赫兹(THz)频段、发夹带通滤波器、硅通孔(TSV)分类:电子器件、电路和模块(硅、化合物半导体、有机和新材料)
使用开源 k 选择最佳功率线圈 ...
摘要 — 无线电力线圈在植入式医疗设备中具有重要用途，可实现安全可靠的无线电力传输。为每种特定应用设计线圈是一个复杂的过程，涉及许多相互依赖的设计变量；确定每对线圈的最佳设计参数既具有挑战性又耗时。在本文中，我们开发了一种平面方螺旋线圈的自动化设计方法，该方法根据输入的设计要求生成理想的设计参数，以实现最大功率传输效率。首先通过将电感耦合系数 k 与其他设计参数隔离开来降低计算复杂度。然后开发了一个简化但准确的等效电路模型，其中迭代考虑了趋肤效应、邻近效应和寄生电容耦合。所提出的方法在开源软件中实现，该软件考虑了输入的制造限制和特定应用要求。通过有限元法模拟验证了估计的功率传输效率的准确性。使用所提出的方法，线圈设计过程完全自动化，只需几分钟即可完成。
基于 COTS 电池的太空任务锂离子电池
太空系统大多数时候都需要用于发电和管理的技术。在电力子系统中，一个或一组电池构成了太空任务的辅助电源。本文展示了基于商用现货 (COTS) 电池的小型航天器锂离子电池的初始设计，从第一个配置开始详细描述了该设计的演变。该电池的尺寸满足 UNION/Lian-Hé 任务的功率要求，该任务是第三颗低地球轨道 (LEO) 微型卫星，完全由 Instituto Universitario de Microgravedad ''Ignacio Da Riva '' (IDR/UPM) 的工作人员在学术环境中设计。通过有限元法 (FEM) 建模对不同电池配置进行了结构分析，以确保设计的可行性。基于这些研究，电池的最终配置已在本研究中描述。 2020 年国家遥感和空间科学管理局。由 Elsevier BV 制作和托管。这是一篇根据 CC BY-NC-ND 许可协议开放获取的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。
地面激光扫描仪在监测中的应用...
摘要：地面激光扫描 (TLS) 有助于检测斜坡和陡坡的不安全行为。它还有助于评估土方工程的稳定性。土方结构通常由合格的地面材料制成。人们可以区分点状结构，例如土丘、堡垒和水坝，以及线性结构，例如道路、铁路和防洪堤。本文涉及监测和分析与选定土方结构不稳定行为相关影响的问题。TLS 能够以简单和自动化的方式遥感表面变化。使用激光扫描仪进行定期的多次测量，以长期监测选定物体的行为。使用有限元法 (FEM) 等离散数值模型考虑了基质的岩土特性，并允许对此类结构进行风险评估和稳定性测试。结构的数值模型以及基质的参数被引入到 FEM 包中。这样就可以分析应力、应变和位移，以及不同的载荷情况。本文介绍了几个选定的土体结构，并对其进行了上述分析。
神经外科手术中脑移位的生物力学建模
1) Lesage 等人，2020 年，IPEM，“使用公共基准数据预测内向脑移位的粘弹性生物力学模型” 2) Sun 等人，2013 年，Journal of Translational Engineering in Health and Medicine，“使用生物力学模型进行近实时计算机辅助手术矫正脑移位” 3) Xiao 等人，2017 年，AAPM，“脑肿瘤的回顾性评估 (RESECT)：低级别胶质瘤手术前 MRI 和术中超声临床数据库” 4) Poulios 等人，2022 年，开源软件，GetFEM 5) Chen 等人，2017 年，IEEE Xplore，“基于有限元法和静水力学的神经导航简单脑移位估计” 6) Bom 等人，2018 年，Acustica e Vibracoes， “基于 Arduino 的头部跟踪设备：组装和在声学中的应用” 7) Dreamstime，免版税，https://www.dreamstime.com/measuring-cups-different-fluid-levels-measuring-cups-scale-different-fluid-levels-flat-design-simple-image189837634 8) Cohen-Gadol，2022 年，《神经图谱》，“脑肿瘤：患者需要知道什么”
采用低损耗和低介电常数树脂制成的 3D 打印介电透镜的 Ku 波段/Ka 波段模拟和测试
根据电磁有限元法的轶事经验，这种复杂性估计为 O(N^2)。因此，理论上，将问题体积减少四倍可将解决时间减少十六倍。一个简单的比较示例是根据所述透镜问题在一个频率（35 GHz）下构建的，在 HFSS 版本 2021R2 中仅进行一次自适应传递，并在一台运行速度为 3.50GHz 的两台 8 核 Intel(R) X eon(r) Gold 6144 处理器的计算机上运行。（由于购买了基本多核 HFSS 许可选项，因此在这些模拟示例中仅使用了四个内核。）四分之一模型产生 47,588 个四面体并在 131 秒内解决，而完整模型产生 181,817 个四面体并在 2143 秒内解决。因此，此示例的速度提高了 16.35 倍。请注意，这些比较的是总运行时间，而不仅仅是矩阵求解时间。