近期，电气信息工程学院张吉涛副教授和姜利英教授团队在电子与电气领域国际顶级期刊《IEEE Transactions on Industrial Electronics》上发表题为“Efficient Power Splitting and Conversion in Ferrite/Piezoelectric Transformer Magnetoelectric Composites” (铁氧体/压电变压器磁电复合结构的高效功率分割与转换)的研究论文。
传统低频功率分配技术依赖于效率不高且电气隔离性能较差的分立式电阻元件，如何为多通道分布式低频机械天线通信系统开发紧凑高效的功率分配装置面临巨大的挑战。对此，该论文对由镍锌铁氧体和罗森型压电变压器三层叠片组成的磁电功率分配器进行了建模、制造和封装，并对其电阻抗特性、共振 ME 耦合、动态磁-机转换和功率分配能力进行了测量。为了揭示层间能量损耗机理并进一步提高功率转换效率，论文采用光学多普勒测量跟踪层间能量损耗，并辅以等效电路理论来定量描述所提出的功率器件的功率分割比例。结果表明，在厚度比为 np=0.412 的定制样品中，当 RL=1kΩ 和 RL=13kΩ 时，端口 I 和端口 II 的最大 PE 值分别达到 34.45% 和 35.87%，测得的功率分割比接近等分，与理论预测值吻合较好。论文在双通道分布式低频通信系统中集成了所提出的分割器件，以实现对每个机械天线的独立激励，并在 125 cm通信距离和 3.57mW 的输入功率下实现20bps 的ASK调制信号独立辐射。
图1 (a)理论估算数据和实验数据对比曲线；(b) 三种定制方案的功率分流比与输入功率密度的函数关系；(c) 设备两个端口的输出时域波形；(d) 实验测试装置照片；(e) 器件封装照片
该论文由郑州轻工业大学、白俄罗斯国家科学院声学技术研究所和俄罗斯诺夫哥罗德大学共同合作完成，郑州轻工业大学为第一署名单位，张吉涛为第一/通信作者，硕士研究生杜金波为第二作者，姜利英为共同通信作者。
《IEEE Transactions on Industrial Electronics》创刊于1982年，是电子与电气领域的顶级期刊。该期刊重点专注于电子与电气领域的新研究，旨在促进和传播该领域相关的新技术和新知识。该期刊为中科院大类分区一区TOP期刊，2023年影响因子为7.7。
引用格式：J. T. Zhang T, et al., “Efficient Power Splitting and Conversion in Ferrite/Piezoelectric Transformer Magnetoelectric Composites,”IEEE Trans. Ind. Electron (Early Access), DOI:10.1109/TIE.2024.3368162.,
第一作者/通信作者：张吉涛
郑州轻工业大学电气信息工程学院副教授，博士生导师。主要从事磁电非互易性固态电子器件、磁电传感/换能器件和磁电高效功率器件的研发工作。截至目前发表SCI研究论文106篇，获国家发明专利8项，获河南省科技进步二等奖3项，省教育厅一等奖1项。主持国家自然科学基金2项，中原青年拔尖人才项目1项，河南省自然基金优秀青年基金1项，河南省教育厅科技创新人才项目1项。
共同通信作者：姜利英
郑州轻工业大学电气信息工程学院教授，博士生导师。先后荣获中原科技创新领军人才，河南省学术技术带头人，河南省科技创新杰出人才，河南省科技创新杰出青年，中原青年拔尖人才等荣誉称号，是河南省高校科技创新团队“生物电磁理论及传感应用”带头人。主持国家自然科学基金项目2项、中原科技创新领军人才等省级以上项目9 项。主要从事微电子与光电子、智能传感器及检测技术、新型传感器集成化等研究。主持获河南省科技进步二等奖2 项、三等奖1 项。