苏州市科学技术局,欧洲研发自旋转移纳米振荡

近日,欧洲NMP研发团队在小型大功率微波发射装置研制中取得突破性进展,成功研发出小型大功率产生电磁辐射的微波振荡器,能够在多个领域应用,并将产生广阔而深远的影响。

欧盟第七研发框架计划提供资助支持,由法国原子能与可替代能源委员公科技人员领导的欧洲NMP研发团队,在小型大功率微波发射装置的研制中,取得重大技术突破。开发出的小型大功率产生电磁辐射的微波振荡器,在雷达侦查、广播电视、卫星通讯,当然还包括微波炉领域,具有广阔的革命性应用前景。 纳米科技作为原子和分子尺度上的科学,正在日益快速地向各行各业渗透,应用纳米技术开发的微波振荡器,在不利用外部磁场的情况下可以对纳米磁体进行人为操纵磁化。而且,微波振荡器在适当的条件下,可以经受住持续的微波共振频率的冲击。这种被称作为自旋转移纳米振荡器的微波发生装置具有体积小、高协调性和宽温度情况下正常运行的特点。技术成功的关键是提高输出功率,NMP研发团队开发的新型技术,成功地提高了自旋转移纳米振荡器的转换效率和功率输出。提高输出功率首先要解决多振荡器震荡阶段的同步,优化设计摩擦弹簧这一在给定时间内的震荡周期运动,成为研发团队攻克的难点,为摩擦弹簧的精细化制造提出了很高的技术要求。 NMP研发团队的科技人员经过反复的对比试验,在传统生产线上实现了新型自旋转移纳米振荡器原型机的设计与制造,通过优化验证振荡器与锁定相位之间4种不同的偶合机制,结合理论推导和实验方法,最终确定了最佳同步相位。获取的结果已证实,新型自旋转移纳米振荡器的输出功率得到大幅度提升,而相位噪声得到有效降低。研发团队正在计划启动建造10台自旋转移纳米振荡器阵列装置同步优化的中试设施。

微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件。包括感应物体的存在,运动速度,距离,角度信息。是利用微波的多普勒效应来探测运动物体:它是一种主动探测技术,利用反射波的频率变化与发射物体的运动速度有关的多普勒效应来探测物体的运动。该技术在军用雷达和医用超声波上已有广泛的应用。机场、酒店自动门是微波探测器目前人们熟悉的应用,而随着微波探测器价格的降低,它在自动灯上的应用也越来越广泛,由于微波传感器比红外传感器在耐候性(不受温度、气流、灰尘等影响)和距离方面更胜一筹,微波传感器在仓库、楼道等公共场所和别墅等高档社区以及家庭酒店中逐渐取代红外传感器,并得到更多消费者的选用。

微波激射器首次实现室温下连续工作 将在医学成像、量子与深空通信领域发挥潜力

该装置由法国原子能与可替代能源委员公科技人员领导的欧洲NMP研发团队开发,获得了欧盟第七研发框架计划提供的资助。该微波振荡器应用了纳米技术,能够对纳米磁体进行人为操纵磁化,避免了对外部磁场的依赖。

来源:科技部

微波传感器的原理

科技日报北京3月22日电 英国《自然》杂志21日发表了一项最新技术成果,英国科学家团队对一种微波激射器做了改进,成为全球首个可在室温下连续工作的微波激射器。未来,这一新型装置有望用于磁共振成像、精密测量、太空通信及安全通信领域。

该装置也被称为自旋转移纳米振荡器,体积小,协调性高,能够在宽温度下正常运行,并且可以在适当条件下经受持续的微波共振频率冲击。研究人员通过研发新技术,显著提升了振荡器的转换效率和输出功率。同时有效的降低了相位噪声,使其更具有适用性。该微波振荡器能够广泛应用于雷达侦查、广播电视、卫星通讯、微波炉等领域。

由发射天线发出的微波,遇到被测物体时将被吸收或反射,使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物体或由被测物反射回来的微波,并将它转换成电信号,再由测量电路处理,就实现了微波检测。微波传感器主要由微波振荡器和微波天线组成。微波振荡器是产生微波的装置。构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。由微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输,并通过天线发射出去。为了使发射的微波具有一致的方向性,天线应具有特殊的构造和形状。

激微波是受激放大微波辐射的意思,被认为是激光的“孪生兄弟”,但产生条件更为苛刻。而微波激射器,正是利用辐射场的受激发射原理制成的微波放大装置,其基本物理原理是爱因斯坦在1917年提出的“受激发射”的概念,该装置能够产生噪声极低的单色相干的微波辐射,此前,应用最广的微波激射器是氢原子激射器。

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有利于节能减排

而此次,帝国理工学院研究人员乔纳森:布里森及其同事,展示了一个连续波室温微波激射器,其中用到一颗有氮空位中心的金刚石。目前,微波激射器已经被用于深空通信和射电天文学,而这一新型微波激射器未来将在医学、安保和量子技术方面展现广阔的应用前景。

标签: 仪器仪表 振荡器

家用电器的普及极大地方便了人们的生活,也消耗了大量的能源。如何提高电器的效率、减少能耗是各家电厂家重点关注的问题,并投入大量研发资金改进产品的耗能。另一方面由于人们的疏忽,在无人的情况下仍没有关闭电源,从而造成能源浪费,例如办公室的空调忘关,热水器、电风扇等耗电产品在无人时的长期工作不仅浪费了大量能源,也留下了火灾等重大事故的隐患。据统计,因家电待机和无人时工作造成的能源浪费占能源消耗的10%-20%。

上世纪60年代,固态微波激射器首次开发出来,但其一般要求低温制冷和高真空系统,所以应用相对受限。后来,科学家利用有机分子晶体研发出了室温微波激射器,但是它们的热性能和力学性能相对较差,且只能在脉冲模式下工作,无法连续工作。

如果我们在空调、电视机等电器上安装多普勒运动传感器,在一定时间一定范围内没人就关闭电源能很好地解决这一问题,现在已有空调厂家和电视机厂家利用微波多普勒传感器做智能家电的应用工作。

鉴于此,科学家们才提出,要实现连续发射则需要有替代材料。为此有人提出采用无机材料,如金刚石和碳化硅,它们的热性能和力学性能优于有机材料。

提醒人们现在的能源消费情况,让人养成节约用电的习惯和人们追求生活的舒适方便有时是有冲突的。为解决这一矛盾,瑞典科学家去年发明了透明电线,就是让人们看到电线颜色的变化来提醒人们耗电的大小,这一发明曾经被美国时代杂志评选为2010年50大年度最佳发明。

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采用多普勒微波传感器的节能电源插板和目前市面上的电脑节能电源比较,前者具有显着的优点。市面上的电脑节能电源是利用检测通过的电流的大小、在电器待机时耗电量低,依此来切断电源,它只解决了电器待机时的耗电,无法解决因疏忽而未关闭电器带来的巨大浪费和潜在事故风险,而其在有人时不能自动打开电源又给使用者带来了不便。微波传感器电源在不影响人们使用习惯的情况下很好地解决了这一问题。

安防用途

多普勒微波传感器已广泛应用于安防市场,其主动性探测技术避免了红外探头的耐候性差、有盲区、距离近等缺点。由于在微波传感器输出信号中,比红外含有更多的速度、强度等信息,便于开发人员在软件上做更多的处理,来提高报警器的抗干扰和防漏报的能力。例如,利用微波传感器,可设计用于探测器,防止从室外周界和阳台、窗户侵入。

已有厂家将多普勒微波传感器应用于汽车安防,它可主动探测汽车门窗的开启运动,避免了现有报警器受外界影响而误报扰民的通病,不受普通无线干扰器影响且无漏报,它还能在停车时对车内做主动探测。最重要的是,它能够避免因人们疏忽大意,对遗留在车内的小孩和宠物造成的窒息风险。

多普勒微波传感器在车内使用时,可主动探测车门窗在停车时的运动变化,从而避免了普通汽车报警器在后装市场需要改动原车电路而造成的隐患,不需专业人员安装,即可自主安装,由于耗电极低对原车电瓶几乎没有影响,所以避免了目前市面上的报警器(一般带GSM/GPS的耗电在100毫安左右)因耗电而造成汽车不能打火的问题。

目前的民用多普勒微波传感器主要工作于C波段、X波段(10.525/10.687GHz)和K波段(24.125GHz),其发射功率小于10毫瓦,都是在国际电联规定的无需申请使用频点的ISM频段。探测方向图有全向和定向,根据天线增益和发射功率的不同,探测范围在0.1-50米。

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