碘化铯（CsI）光电阴极广泛应用于超快诊断中，光电子的空间分布、能量分布、时间分布等与条纹变像管的整体性能有着密切的关联。本文联合粒子仿真软件Geant4和三维电磁软件CST实现了对CsI光电阴极的光电子产生与控制过程的全动态模拟。采用Geant4软件对CsI光电阴极的光电转换过程进行建模，分析了二次电子出射能量、时间、位置、角度等发射特性；通过数据交互，统计了出射光电子的分布规律，然后将其应用于CST中建立阴极发射模型，并在CST中设计出一款弧矢、子午方向上放大倍率皆为2的各向异性聚焦条纹变像管。

针对传统的悬臂梁振动抑制系统建立动力学方程的复杂性和精确性不高等缺点, 该文提出利用多物理场耦合仿真软件搭建悬臂梁系统作为被控对象, 通过设计比例、积分、微分(PID)算法在Simulink中建立控制器模型, 对悬臂结构进行振动控制联合仿真。由于结构具有未知性,因而传统控制器PID参数的选取常需根据经验进行试凑来确定。通过提出遗传算法优化PID参数的模型, 从而实现参数在线优化实时控制压电悬臂梁振动, 仿真和实验均验证了该模型的有效性。此外还通过改变压电执行器在悬臂梁不同应力处的位置进行了振动抑制的仿真与实验。结果表明, 该算法模型具有很好的鲁棒性, 在不同位置处均可获得最佳的PID整定参数, 实现振动抑制最佳效果。

为了解决电容管电调滤波器插入损耗大的问题, 该文设计了一款以压电换能器为电调元件、介质基片为微扰片的七阶平行耦合线电调滤波器。采用高频结构仿真器(HFSS)和先进的设计系统(ADS)对滤波器的结构参数进行联合仿真和优化, 分析了滤波器的耦合系数和外部品质因数随微扰片间距变化的关系。将氧化铝陶瓷基板、压电换能器(PET)和微带滤波器组装在一起构成压电换能器电调滤波器, 并用网络分析仪测量滤波器在不同直流电压下的S参数。测量结果表明, 中心频率调谐范围为4.38~4.78 GHz时, 通带的反射损耗大于10 dB, 插入损耗小于1.5 dB, 达到了设计要求。

传统机载光电平台框架结构限制了其载荷比, 采用新型串联球面机构可以解决这一问题但缺少运动学模型作为设计支撑。基于D-H参数法, 建立面向机载光电平台的串联球面机构正、逆运动学模型; 采用MATLAB进行运动学模型的解算, 并与多体动力学分析软件ADAMS进行比对验证模型的正确性; 搭建了实验装置对实际传感器数据进行采集并进行运动学模型验证实验。实验结果表明, 运动学模型在实验装置上的计算值与实测值之间的误差在5%以内且主要来自实验系统的机械加工装调误差和传感器测量误差。建立的模型为基于球面机构的光电平台视轴指向控制等应用研究奠定了基础。

机械制冷机是提供红外载荷工作所需低温环境的主要设备, 其驱动系统的传导干扰是影响红外载荷精度的重要因素。传导干扰中的共模干扰具有较高的分析难度, 为研究其机理, 以某红外用机械制冷机及驱动系统为研究对象, 使用一种新型多物理域联合仿真的方法对共模干扰机理进行定量分析, 并通过实验测试验证了仿真模型的准确性。最终对其干扰路径及干扰源特性进行了分析, 并总结出共模干扰机理。结果表明: 测试频段内制冷机的寄生参数是影响共模干扰通路的最主要因素, 但随频率增加, 输入输出电缆的寄生参数对干扰通路的影响逐渐增大, 同时, 干扰机理显示: 系统产生的共模干扰最可能导致 CE102标准在频段500 kHz~1 MHz干扰超限。

系统级静电放电(ESD)效应仿真可以在电子系统进行测试之前进行有效的静电放电效应防护, 缩短研发周期。根据传输线脉冲测试(TLP)结果, 对瞬态电压抑制(TVS)二极管和芯片引脚进行spice行为建模, 结合ESD脉冲源的等效电路模型, PCB板的S参数模型, 采用场路协同技术完成了系统级静电放电效应的仿真。针对一个典型的电子系统, 在IEC 61000-4-2 ESD应力作用下, 完成了一款开关芯片防护电路的仿真, 并对电路进行了加工、放电测试, 仿真与测试芯片引脚的电压波形吻合良好, 验证了该仿真方法的有效性。

为了在高功率体声波谐振器的设计中考虑自热效应的影响, 提出一种声-电磁-热多物理场协同仿真方法, 来模拟自热导致的频率偏移, 并针对此频率偏移的消除问题, 提出了相应的修正方案。首先, 由常用的Mason模型设计出满足谐振频率要求的初始谐振器。接着, 通过声-电磁-热多物理场协同仿真得到自热导致的频率偏移。然后, 初步调整压电层厚度, 来抵消此频率偏移。最后, 对调整后的谐振器迭代进行声-电磁-热多物理场协同仿真, 以确定压电层厚度的调整量。结果表明: 自热效应会导致高功率体声波谐振器的谐振频率明显下偏(谐振器案例的频率偏移量为3 MHz), 通过减薄压电层厚度(案例中为1.7 nm)可彻底消除此频率偏移。所提出的高功率体声波谐振器的修正方案能有效地解决自热效应导致的谐振频率偏移问题。

为了在不同时域下获得兼具带通与带阻空间滤波功能的低频频率选择表面(FSS), 提出了一种带通与带阻型FSS可自由切换的设计方法, 即在基于卷曲技术设计的小型化FSS表面上贴装电控PIN二极管, 并利用“场-路”协同仿真的方法进行建模与计算。其中, 卷曲图案既是滤波结构, 也是馈电导线。当PIN二极管导通时, 卷曲图案缝隙处产生的电容C1与金属贴片电感L1构成并联LC回路, FSS表现为带通滤波功能; 反之, 焊盘处缝隙及反偏PIN二极管产生的电容C2与金属贴片电感L2串联, FSS切换为带阻滤波功能。采用印刷线路板及表面贴装工艺制作出了400 mm×400 mm 试验样件并采用自由空间法进行测试, 仿真与测试结果表明: 在2.45 GHz处, 当PIN二极管导通时, FSS表现为强透射性能, 反之则表现出强反射效果。这种基于电控PIN二极管开关所实现的带通与带阻型FSS自由切换方法在通信、电磁屏蔽及雷达隐身等领域具有广阔的应用前景。