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缪子对撞机储存环磁体概念设计研究新进展:基于REBCO高温超导磁体的性能极限与工程实现
在探索粒子物理前沿的道路上,科学家们不断追求更高能量、更高亮度的对撞机,以揭开宇宙最基本构成物质的奥秘。大型强子对撞机(LHC)之后,下一代对撞机面临诸多挑战:强子对撞机因同步辐射限制难以继续提升能量,电子对撞机则受限于同步辐射损失而难以实现高亮度。缪子对撞机作为一种革命性方案应运而生——缪子作为基本粒子,质量比电子大200倍,同步辐射极弱,同时又能像电子一样提供精确测量。然而,缪子寿命极短(约2微秒),这要求整个加速器系统必须在极短时间内完成缪子的产生、冷却、加速和对撞。这一特殊性质对缪子对撞机储存环磁体提出了前所未有的技术要求。磁体需要产生高强度磁场以确保环形轨道紧凑,最大化缪子在对撞前的
来源:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
时间:2025-11-27
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金属绝缘REBCO跑道型线圈在CEA巴黎-萨克莱的研发突破:实现12.3T峰值磁场下的高电流密度超导磁体
在粒子加速器领域,实现更高磁场强度始终是推动科学前沿发展的核心驱动力。传统低温超导磁体虽已广泛应用,但其磁场强度上限约8T的瓶颈制约着新一代高能物理实验装置的性能突破。高温超导材料REBCO因其卓越的载流能力与高场性能,被视为实现12T以上磁场的关键技术路径。然而,REBCO材料的高成本与复杂绝缘处理工艺成为实际应用的突出障碍。CEA巴黎-萨克莱实验室创新性地将金属绝缘技术应用于REBCO跑道型线圈设计。该技术通过共绕制30μm厚Durnomag金属带替代传统绝缘层,使线圈整体电流密度提升至传统加速器磁体的4-5倍,同时显著降低超导材料用量。研究团队采用分步验证策略,先通过单跑道线圈验证基础性
来源:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
时间:2025-11-27
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通过自旋-动量锁定实现的高性能圆偏振天线
摘要:圆极化(CP)辐射在现代无线通信和雷达系统中至关重要,然而传统的CP天线设计往往受到可调性有限、结构复杂以及对微小偏差高度敏感的制约。本文提出了一种实现高纯度CP辐射的通用方法,该方法利用了衰减波固有的自旋动量锁定(SML)现象。通过设计一种有效的耦合机制来促进伪表面等离子体(SSPs)的辐射,这种方法规避了许多传统CP天线设计中的结构复杂性和潜在敏感性问题。为了验证这一概念,本文提出了一种低矮的CP天线,并通过对结构配置的系统性探索,获得了关于如何优化增益增强或极化纯度的见解。仿真结果显示,在13.4–14.0 GHz频段内实现了高纯度的CP辐射,平均轴比(AR)为1.48 dB,最小
来源:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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CERN高场Cos-θ FalconD-C超导二极磁体研发:面向未来环形对撞机的12 T Nb3Sn磁体设计、机械结构与保护策略
随着高能物理实验对粒子碰撞能量要求的不断提升,下一代环形对撞机需采用更高场强的二极磁体以引导粒子束流。欧洲核子研究中心(CERN)提出的未来环形对撞机(FCC-hh)方案要求二极磁体在1.9 K超流氦温度下产生14 T的磁场。然而,基于铌钛(Nb-Ti)超导材料的传统磁体已接近其性能极限,亟需开发采用铌三锡(Nb3Sn)超导材料的高场磁体技术。尽管Nb3Sn具有更高的临界磁场,但其脆性特质和复杂的制造工艺(需高温热处理)对磁体机械结构和线圈设计提出了严峻挑战。在此背景下,CERN的高场磁体(HFM)计划启动了FalconD项目,旨在开发一种工作场强达12 T的Cos-θ型二极磁体。该设计采用双
来源:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
时间:2025-11-27
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通过切除周期性宏观结构元素来改善磁性微波吸收层的阻抗匹配和微波吸收性能
摘要:通过微观和介观尺度上对吸收剂的调控,进一步降低磁性微波吸收层(MALs)的介电常数变得越来越困难,这限制了阻抗匹配和微波吸收性能的提升。本文采用宏观尺度的超材料调控方法来提升性能。厚度为1毫米和2毫米的基于羰基铁(CI)的MALs的吸收频段分别为8.4 GHz至13.6 GHz和3.8 GHz至6.6 GHz。通过从2毫米厚的MAL中切割出周期性圆柱形宏观结构元件,制备出了一种新型的超材料(meta-MAL),其介电常数显著降低,吸收频段扩展到了7.7 GHz至18 GHz。与具有相同厚度和表面密度的传统MALs相比,meta-MAL在阻抗匹配特性和带宽方面均表现出更好的性能。实验验证了
来源:IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters
时间:2025-11-27
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一种具有不同辐射方向的紧凑型辐射模式解耦MIMO天线
摘要:本文首次提出了一种紧凑型多输入多输出(MIMO)天线,该天线在各个辐射方向上均具有辐射模式解耦(RPD)特性。精心设计的多功能介质解耦器(DD)能够调节贴片天线(PA)与端射天线(EA)之间的空间耦合。DD的顶层以及与DD结合的金属结构(导向器和辐射器)使得PA和EA元件能够基于耦合场和电流的叠加抵消效应实现RPD特性。PA和EA元件的交错配置使得MIMO天线更加紧凑,并显著提高了天线的空间利用率。我们设计、制造并测量了一种MIMO天线原型,该天线配备了1×3个PA和1×4个EA,工作频段为5.8 GHz。测量结果与仿真结果非常吻合。天线元件的重叠-10 dB阻抗带宽为3.6%(5.75
来源:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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提升服装材料的介电特性:基于克拉默斯-克朗尼格关系式的扩展琼舍模型
摘要:本研究介绍了一种新型算法,用于精确表征服装材料的介电特性,这对于无线体域网络(WBANs)和5G技术至关重要。我们的混合技术结合了开放式同轴探针(CP)方法和改进的双传输线方法,能够准确测量0.5至20 GHz范围内的复介电常数。通过扩展的Jonscher模型(EJM),我们的方法显著提高了介电特性的评估精度,尤其是在低频段,以往的研究和传统模型在此方面存在不足。EJM展示了介电常数(DK)和损耗因子(LF)与频率之间的幂律关系,这一关系通过Kramers–Kronig(KK)关系得到了验证,确保了电导率实部和虚部在频率变化时的恒定比例。重要的是,我们的研究澄清了0.5–6 GHz范围内
来源:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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基于多层PCB折叠偶极子的毫米波端射天线设计及其在全双工MIMO通信中的应用
随着第五代移动通信技术的快速发展,毫米波频段因其宽频谱资源成为实现高速数据传输的关键。特别是在57-64 GHz的工业、科学和医疗(ISM)频段,其短距离传输特性使其成为芯片间、板间无线连接的理想选择。然而,毫米波信号在传输过程中易受大气吸收影响,且天线集成度要求极高,这对传统天线设计提出了严峻挑战。更关键的是,在全双工多输入多输出(MIMO)系统中,收发天线间的隔离度直接决定了系统性能,而现有天线结构难以在有限空间内实现有效的信号隔离。针对这一难题,俄亥俄州立大学的研究团队在《IEEE Open Journal of Antennas and Propagation》上发表了一项创新性研究,
来源:IEEE Open Journal of Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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面向小型物联网设备物理层安全的双频段波束赋形天线设计与定向调制研究
在当今物联网设备爆炸式增长的时代,无线通信安全面临着前所未有的挑战。由于无线信道的广播特性,传输的信息极易被非目标用户窃听,这对物联网设备的数据隐私构成了严重威胁。特别是对于计算资源有限的物联网终端,传统的加密方法往往因计算复杂度高而难以实施。物理层安全技术应运而生,其中定向调制作为一种新兴技术,能够在物理层面对信号进行空间调制,使合法接收方向上的信号保持正确的调制星座图,而在其他方向上则通过人工噪声扰乱星座图,从而有效防止信息被窃听。然而,现有的定向调制技术大多基于阵列天线结构,需要λ/2的单元间距,这在尺寸受限的小型物联网设备中难以实现。虽然已有研究尝试采用紧凑天线实现定向调制,但这些方案
来源:IEEE Open Journal of Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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CERN研制90度弯曲CCT超导二极磁体:为紧凑型强子治疗系统开辟新路径
在粒子加速器领域,如何在不牺牲性能的前提下实现设备小型化一直是重大挑战。特别是在医疗应用场景中,例如离子治疗系统所需的束流传输装置,传统超导磁体因其庞大的体积和刚性结构,难以满足紧凑型治疗舱的空间限制。这种矛盾在需要大孔径、强磁场且具备弯曲轨迹的磁体设计中尤为突出。欧洲核子研究中心(CERN)的Fusillo项目团队将目光投向了Canted-Cosine-Theta(CCT,倾斜余弦θ)磁体技术。这种采用双嵌套螺旋线圈结构的磁体设计,能够通过精确控制导体走向产生纯净的二极磁场,同时具备适应弯曲几何形状的独特优势。然而,将CCT概念转化为实际可用的弯曲磁体面临三重技术壁垒:如何加工出符合亚毫米精
来源:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
时间:2025-11-27
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CERN高场磁体研发计划中全Nb3Sn与混合Nb3Sn/NbTi四层余弦-θ偶极磁体设计对比研究
在粒子物理探索不断迈向更高能量前沿的今天,下一代对撞机需要比大型强子对撞机(LHC)现有磁体产生更强磁场的加速器磁体。欧洲核子研究中心(CERN)的高场磁体(HFM)研发计划正致力于攻克这一挑战,目标是在50毫米孔径内实现14特斯拉的标称孔径磁场,并保持至少20%的负载线裕度。然而,随着磁场强度的提升,机械制造挑战日益凸显,磁体设计需要在性能、复杂性和保护约束之间找到最佳平衡点。在这项发表于《IEEE Transactions on Applied Superconductivity》的研究中,由M. Elisei领衔的CERN-INFN合作团队提出了两种创新的四层余弦-θ偶极磁体设计方案。余
来源:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
时间:2025-11-27
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近场MIMO系统的空间复用特性分析及有效自由度指标的评估
摘要:本文对比分析了近场多输入多输出(MIMO)系统中有效自由度(EDoF)指标的性能。研究重点考察了三种主要的EDoF指标:Ψ(基于信道格拉姆矩阵特征值分布的EDoF),
来源:IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters
时间:2025-11-27
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宽带双极化端射开槽喇叭天线,配备紧密耦合的双极子和单极子探针阵列
摘要:在这项工作中,我们提出了一种新型的宽带双极化端射阵列天线,适用于5G毫米波(mmWave)应用。该天线设计结合了用于水平极化的紧密耦合偶极子阵列(TCDA)和用于垂直极化的紧密耦合单极子探针阵列(TCMPA),以及一个带槽金属喇叭,以实现宽带操作。带槽金属喇叭增强了TCMPA的辐射和阻抗匹配,使得两种极化可以在同一孔径下同时工作。TCMPA和TCDA都在23.8–42.3 GHz频段内工作,其全向辐射时的增益为−10 dB, fractional bandwidth为56%,覆盖了3GPP规定的频率范围n258(24.25–27.5 GHz)、n257(26.5–29.5 GHz)、n2
来源:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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基于耦合路径分析的MIMO介质谐振器天线的解耦
摘要:本文介绍了一种用于多输入多输出(MIMO)介质谐振器天线(DRAs)的新型自解耦方法。与传统基于现象的方法不同,这些方法依赖于电流或场消除来实现天线的解耦,而本文侧重于对DRAs中耦合路径的理论分析。对于双端口DRA,理论模型确定了两种主要的耦合路径:1)场间耦合,由具有相同共振频率的特征模式之间的空间场重叠和相互作用决定;2)源到场耦合,由激励效率和源与每个特征模式之间的空间对齐程度决定。为了实现内在解耦,构建了两个叠加模式,分别为:a_1 = C_M + a_2和a_2 = C_M - a_1其中 和分别代表共模和差模分量,其特征为同相和反相激励。因此,a_1 和 a_2 之间的场间
来源:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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基于IE的零厚度超表面正向求解器分类与分析:统一框架下的等效性证明与数值比较
在电磁超表面设计领域,正向求解器扮演着至关重要的角色。它们如同超表面性能的“验证官”,用于模拟和评估设计成果是否符合预期。近年来,基于积分方程(IE)的零厚度超表面正向求解器因其高计算效率而备受青睐。这类方法仅需对超表面结构本身进行网格剖分,避免了有限差分等技术需要对整个问题域离散化的高昂计算成本。然而,一个有趣的现象是,尽管解决的是相似的问题,学术界却独立发展出了多种IE-based零厚度方法,例如基于广义薄层过渡条件(GSTC)的IE-GSTC方法和基于阻抗边界条件(IBC)的IE-IBC方法。这些方法在文献中大多被孤立地讨论,使用不同的符号体系和问题假设,使得研究人员难以洞察它们之间的内
来源:IEEE Open Journal of Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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使用多模态多层超图对自闭症谱系障碍进行子类型划分
摘要:异质性一直被认为是自闭症谱系障碍(ASD)治疗的一大障碍。最近的研究发现,ASD存在多个亚群,这些亚群在大脑结构上表现出不同的变化。然而,大多数研究主要关注个体之间的成对相似性,且仅依赖单一的成像模式。这导致了对个体间关系复杂性的低估以及多模态图像所提供丰富信息的忽视。为了捕捉个体之间的高阶关系,我们采用了多任务方法,基于大脑结构和功能构建了多层超图。随后,我们开发了一种新颖的协同优化社区检测算法,该算法能够同时优化超图层的模块结构,旨在通过融合多模态信息来对ASD亚型进行分类。将所提出的方法应用于自闭症脑成像数据交换库的数据(n = 287/303,ASD/典型发育[TD]),我们发现
来源:IEEE Transactions on Affective Computing
时间:2025-11-27
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基于本体增强小语言模型的智能家居设备端意图推理框架CIDER
随着现代智能家居进化为包含众多互联设备的复杂物联网生态系统,用户与家居环境的交互方式正从简单的开关指令转向更加自然、模糊的意图表达。想象一下,当你在客厅随口说"这里太热了",一个真正智能的系统不仅需要理解你想降低温度的意图,还要综合考虑室内外温度、设备状态、用户习惯等动态上下文,才能决定是开启空调、调整 thermostat 还是打开窗户。这种场景对传统的智能家居系统构成了巨大挑战。现有的智能家居系统,如基于触发动作规则(Event-Condition-Action, ECA)的自动化或固定模式的语音命令方案,往往过于僵化,缺乏适应性的推理能力。它们难以动态整合多样化的上下文因素来推断用户未明
来源:IEEE Access
时间:2025-11-27
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一款适用于6G中高频段应用的6–21 GHz双极化平面宽扫描相控阵天线
摘要:本文介绍了一种基于紧密耦合非对称偶极子阵列(TCADA)的双极化平面超宽带(UWB)相控阵,该阵列具备宽角度波束扫描能力,适用于中频第六代(6G)通信。该阵列采用具有非对称臂高的偶极子来实现宽带阻抗补偿,从而在无需复杂平衡器的条件下,在整个频段内获得低至中等的有源输入阻抗,简化了设计过程。此外,所提出的TCADA架构支持在最高频率下元素间距超过半个波长,解决了传统紧密耦合偶极子阵列(TCDAs)在高频应用中的局限性——在这些应用中,对于给定的孔径需要密集的发射/接收(Tx/Rx)通道。通过对单极化TCADA进行详细的等效电路分析,开发出了这种双极化阵列。仿真结果显示,在±60°扫描范围内
来源:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
时间:2025-11-27
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用于商业应用的情绪刺激电子图书馆(EL-CUES):一个经过注释的图像数据库,用于情绪诱导研究,并在德国人群中进行了验证
摘要:在许多行为实验中,诱导参与者产生特定的情绪状态是关键步骤。研究人员通常依赖提供经过验证的刺激材料(如图片)的数据库来引发情绪反应。然而,这些数据库存在诸多局限性,例如图片集过时、无法适用于不同的人群群体,以及仅适用于基础研究环境,这限制了它们在商业研究和应用科学中的使用。在这里,我们介绍了“适用于商业使用的情绪刺激电子图书馆”(EL-CUES)——该数据库包含210张图片,由532名德国评估者对这些图片的效价、唤醒度和基本情绪进行了标注,平均每张图片获得了116次评分。基于这些标注,我们使用k-means聚类方法将EL-CUES数据库中的图片分为八组情绪反应类型。我们提供了一个工具,可以
来源:IEEE Transactions on Affective Computing
时间:2025-11-27
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SAFF-ConvNeXt:一种用于医学影像中肾脏疾病检测的尺度感知特征融合与SE注意力增强框架
慢性肾脏病(CKD)是一个严峻的全球性健康问题,影响着超过10%的人口,且往往在晚期才被发现,可能导致肾衰竭、贫血、骨质疏松和心脏病等严重并发症。早期检测对于改善患者预后至关重要,然而,目前的诊断方法缺乏早期、非侵入性的解决方案。全球范围内,尤其是在发展中国家,肾病专家和放射科医生的短缺进一步限制了及时、准确的诊断。尽管人工智能(AI)在医学影像分析领域展现出巨大潜力,但现有研究多局限于小数据集或单一疾病分类,且大多依赖传统的机器学习方法或超声数据,其全面性不如CT扫描。为了应对这一挑战,研究人员在《IEEE Access》上发表了一项研究,提出了一种名为SAFF-ConvNeXt的新型深度学
来源:IEEE Access
时间:2025-11-27