2023年, 第43卷, 第06期　
刊出日期：2025-06-18

  

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  广西应用数学中心(桂林电子科技大学)

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 428.

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  <正>广西应用数学中心(桂电)于2022年7月由广西壮族自治区科学技术厅批准设立,中心主任为罗笑南教授,执行主任为刘期怀教授。应用数学中心现有教授、研究员等固定人员40人,其中博士生导师29人,拥有国家杰青、广西八桂学者、广西杰青等高层次人才14人。应用数学中心围绕国家和广西重大需求及数学学科基础前沿研究,加强数学与电子信息领域的合作与交流,推进数学与广西新一代信息技术的对接融通,全面提升数学支撑广西创新驱动发展战略及经济社会高质量发展的能力和水平,对于培养广西电子信息、人工智能和大数据等行业发展急需解决核心问题的高层次人才有着重要作用。
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  基于应变迁移率模型对应变沟道AlGaN/GaN HEMT器件电子输运特性的研究

  刘子玉, 陈永和, 马旺, 孙远远, 杨叶

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 431-438. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.011

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  为了进一步提升AlGaN/GaN HEMTs的电流特性，提出了一种在非栅下沟道插入InGaN弛豫层的应变GaN沟道AlGaN/5-nm-GaN/InGaN HEMT（SGC-HEMT）器件结构。通过Sentaurus TCAD仿真研究了SGC-HEMT器件电子输运特性。基于修正的应变迁移率模型，通过改变InGaN弛豫层的In组分调整沟道应变的大小，同时考虑了5-nm-GaN沟道应变和AlGaN势垒层的附加应变，讨论了极化诱导电子气分布与沟道应变的理论关系。仿真结果表明，应变的引入显著增加了器件的漏极饱和电流，当In组分为0.02时，应变GaN（GaNs）沟道层和AlGaN势垒层的拉伸应变为0.225%,SGC-HEMT的漏极饱和电流为0.914 A·mm^-1，相比传统GaN/AlGaN HEMT的0.701 A·mm^-1提高了30.63%；随着沟道拉伸应变的进一步施加，散射机制不断增强，漏极饱和电流和有效迁移率的增长趋于平缓，栅极泄漏也逐渐恶化。此外，由于栅极下方的沟道未施加应变，阈值电压基本不随应变而变化。最后，提取了不同拉伸应变下的有效迁移率，发现随着沟道拉伸应变的增加，低电场区的有效迁移率较高，而高电场区的衰减较慢。对应变沟道GaN HEMT电子输运特性的研究成果有利于进一步提高AlGaN/GaN HEMT的电学性能。
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  一种利用多P埋层的低导通电阻高压SOI LDMOS结构

  姜焱彬, 李琦, 王磊, 杨保争, 何智超

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 439-445. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.005

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  为了实现低比导通电阻(R_on,sp)和高击穿电压(V_BV)，提出并仿真一种利用多个P埋层与阶跃掺杂漂移区的低导通电阻高电压SOI LDMOS（PL-SOI LDMOS）结构。PL-SOI LDMOS结构由多个不同的P埋层组成，其长度与浓度均在垂直方向依次递减。利用多个P埋层不仅可以增加漂移区的掺杂浓度，而且可以调制漂移区的电场，从而使R_on,sp降低和V_BV提升。另外，采用阶跃掺杂漂移区的SOI LDMOS结构，阶梯掺杂分布在器件表面引起电场峰值，可调制表面电场分布。阶梯掺杂漂移区掺杂浓度从源极到漏极升高，可提高器件的V_BV，同时可容纳更多的杂质原子，提供更多的电子来支持更高的电流，从而降低R_on,sp。PL-SOI LDMOS拥有较低的R_on,sp（15.8 m?·cm²）和改进的V_BV（281 V）。采用Silvoca软件对结构进行设计和仿真，分析结构参数对器件性能的影响。仿真结果表明，在相同的漂移区情况下，与传统的SOI LDMOS相比，PL-SOI LDMOS的R_on,sp降低了35.8%,V_BV提高55.2%。提出的结构具有较低的导通电阻和较高的V_BV，器件性能得到了改善。
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  Eu³⁺掺杂β-Ga₂O₃的水热法制备及其光学性能

  张法碧, 何婷波, 周娟, 周飞

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 446-452. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.007

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  采用高温水热法合成稀土Eu³⁺掺杂β-Ga₂O₃荧光粉，研究不同热退火温度对其发光性能的影响。利用X射线衍射仪对样品的物质结构信息进行表征，样品衍射峰发生小角度偏移，表明Eu³⁺进入β-Ga₂O₃晶格中。通过拉曼光谱仪对样品的物质结构和组态进行检测，样品的拉曼峰与β-Ga₂O₃结构的拉曼峰位置一致，并在800℃达到最大峰值，说明此温度下样品的结晶度最好。使用扫描电子显微镜对样品的表面形貌进行观测，不同热退火温度下荧光粉颗粒分布均匀，表明热退火处理后样品的结晶质量良好。在395 nm波长激发光谱作用下，可以看到2种不同的发射光谱，591 nm处为Eu³⁺（⁵D0→⁷F₁）跃迁产生的橙光发射，612 nm处为Eu³⁺（⁵D0→⁷F₂）跃迁产生的红光发射，并以发射红光为主。随着退火温度的不断升高，样品的发射光谱强度先增大后减小，并在800℃下达到最大值，表明热退火温度为800℃时荧光粉样品的发光效果最好。水热法合成工艺简单且成本低廉，合成的样品纯度高。高温热退火处理可通过应力作用减少材料中的缺陷，提高结晶度，从而提升荧光粉的发光性能。
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  基于二氧化钒超材料的带宽可调太赫兹偏振转换器

  杜皓天, 胡放荣, 江明珠

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 453-458. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.014

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  设计了一种基于二氧化钒（VO₂）超材料的带宽可调太赫兹（THz）偏振转换器，在考虑工作频率、激励方式和微加工工艺等条件下，利用有限积分技术对该器件的性能进行了设计和仿真。器件的单元结构是一个5层周期性阵列结构，在x和y方向上的周期为100μm，自上而下分别是金属倾斜分裂环谐振器（OSRR）、第一聚酰亚胺（PI）隔离层、VO₂薄膜、第二PI隔离层和金属底板。仿真结果表明：当VO₂处于绝缘态时，在0.8 THz频率内可实现宽带交叉偏振转换效果，偏振转换率（PCR）高于90%；当VO₂从绝缘态转变为金属态，在2个谐振频率附近可实现窄带交叉偏振转换，PCR接近100%。通过分析表面电流分布，发现VO₂薄膜相变导致器件工作的物理机制发生变化，从而实现了带宽可调的偏振转换功能。所提设计方法为反射式偏振转换器件的带宽调控提供了一种新思路。
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  基于超表面的双频带极化不敏感吸波器

  李孜涵, 陈名松, 田硕

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 459-464. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.009

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  针对现代雷达隐身技术对超表面吸波器高吸收率和多频带特性的需求，利用简单的圆形和三角形金属结构，设计了一种双频带极化不敏感的超表面吸波器，其能够更好地减小雷达散射截面积。该吸波器的吸波频段和吸波率大小主要由其几何结构参数决定，通过设计表面金属结构，使其具有2个吸波频带。CST软件仿真结果表明，该吸波器在10.11 GHz时的吸波率为98.1%，在15.63 GHz时的吸波率为99.8%。由于单元结构为轴对称，器件具有极化不敏感特性。该超表面结构简单而紧凑，满足了雷达隐身的设计需求，并为多频带极化不敏感超表面器件的研究和设计提供了新思路。
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  一种高精度8T SRAM存储阵列存内计算电路

  韦雪明, 周立昕, 尹仁川, 许仕海, 蒋丽, 李建华

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 465-472. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.003

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  为解决传统“冯·诺依曼”架构功耗墙瓶颈，提升人工智能应用中点乘求和计算能效，设计了一种基于8T静态随机存储器阵列的存内计算电路，可有效解决“内存墙”问题。通过对存储单元的偏置电压设计来稳定充放电电流，可改善位线放电线性度，提高计算准确性。同时，在保证放电电流相同的前提条件下，减少了模数转换器(ADC)阈值编码，存储阵列的面积明显减小。电路基于65 nm CMOS工艺设计，通过8×72存储阵列的并行计算结构完成了64 Byte二进制点乘累加计算功能。仿真结果表明，在3位ADC输出、8 bit比较输出模式下，使用0.8、1.2 V的核心电源电压和250 MHz的时钟频率，可达到每比特1.69 GOPS/W的计算能效。与理论值基线相比，计算输出的平均计算偏差最大为1.05%，有效提高了计算准确率，并减小了电路面积。
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  联合图卷积和超图卷积的半监督分类

  刘晨晨, 张文辉, 农丽萍, 王俊义, 吴子珎

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 473-479. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.004

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  超图在现实场景中拥有高阶建模能力，近年来超图深度学习的方法被用于超图数据的半监督分类任务。但当前的超图神经网络仍存在不足：在多层卷积节点邻域扩张过程中引入噪声会导致难以提取具有鉴别力的特征；在传统多通道卷积过程中存在比较高的模型复杂度。为解决上述问题，提出一种联合图卷积和超图卷积的神经网络。在原始超图数据上采用超图卷积提取高阶相关信息；将超图构建成图，并将获取的高阶节点特征与图结构相结合；在节点的一阶相关邻域内利用图卷积聚合局部信息分别在3个引文网络中进行节点分类实验。实验结果表明，相比现有算法，所提算法能获得更高的分类精度，且参数量和训练时间约为传统多通道超图神经网络的一半。
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  基于图像坐标映射的电力线弧垂测量方法

  吴越, 何宁, 蒋红艳, 吴晨晨

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 480-485. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.013

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  针对弧垂测量中电力线形态特征提取与重构的问题，提出一种基于图像坐标映射的电力线弧垂测量方法。分析了边缘检测技术和弧垂测量原理，描述世界坐标系与图像坐标系之间的映射过程。依据图像内外方位元素计算像点在世界坐标系下的投影变换矩阵。建立实验模型进行仿真分析，得到电力线在实际运行中与标记参考点的空间关系，最终实现对电力线弧垂特征点的准确测量。通过合理选取电力线塔标记参考点，算法能有效进行弧垂尺寸的估计测算。实验结果表明，测量误差满足实际环境下电力线巡检的要求，提出的测量方法可为后续应用研究提供参考。
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  工艺参数、退火温度对钽氮化物薄膜生长速率、相结构及电学性能的影响

  李海鸥, 牟凯瑞, 刘兴鹏, 杨曌

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 486-492. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.010

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  钽氮化物（TaNx）因其优秀的物理、化学稳定性及低电阻温度系数（TCR）等特性被广泛运用于薄膜电阻材料。采用反应磁控溅射设备在Si(100)基片上制备钽氮化物（TaNx）薄膜，通过调节不同溅射参数，对比研究了氩氮总流量、氮气含量、溅射功率等条件对薄膜的影响。通过台阶仪、XRD、电学测试等方式表征其薄膜沉积速率、薄膜结构、TCR及电阻率，并总结其影响规律。实验结果表明，薄膜溅射过程中氩氮总流量、氮气含量、溅射功率等工艺参数均会对TaNx薄膜沉积速率产生明显影响；同时工艺参数还会直接改变薄膜的物相结构，影响薄膜结晶质量，从而带来薄膜TCR与电阻率的变化。此外，通过调节退火温度，探究了真空退火温度对薄膜性质的改变规律，并通过SEM表征薄膜形貌。实验结果表明，退火有效提高了薄膜晶粒尺寸，促进了薄膜二次结晶；退火温度的上升使得TaN(111)相强度增大，并在达到300℃后出现TaN(200)相与TaN(111)相；随着退火温度提高，薄膜电阻率呈上升趋势，薄膜TCR的绝对值先减小后增加，在退火温度达到800℃时，膜层出现明显开裂。研究结果表明，通过控制调整制膜工艺可改善TaNx电阻薄膜的沉积速率、物相结构与电学性能。
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  基于二维卷积神经网络的模拟电路故障诊断方法

  范海花, 尚玉玲

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 493-500. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.008

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  传统的基于机器学习的模拟电路故障诊断方法依赖复杂的信号处理技术和专业知识来进行故障特征提取，其故障诊断过程复杂。针对上述问题，提出一种基于二维卷积神经网络(2D-CNN)的模拟电路故障诊断方法，将被测电路的原始输出电压转换成故障灰度图(fault gray image,简称FGI)，作为2D-CNN模型的输入，使用模型的卷积层自动提取故障的深层特征，并在模型中通过添加批量归一化（Batch Normalization,简称BN）层对数据分布进行正则化，以减小数据分布偏移带来的影响。该方法在Sallen-Key带通滤波器电路和四阶二运放高通滤波器电路的故障诊断实验中分别实现了100%和99.46%的故障诊断率。该方法不仅简化了故障诊断流程，还保证了故障诊断精度，并具有较强的泛化能力。
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  基于SFO优化SELM的模拟电路故障诊断

  谈恩民, 李莹

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 501-508. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.001

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  为了提高模拟电路故障诊断精度，解决网络隐层参数难以选择的问题，提出了一种基于旗鱼算法（SFO）优化堆叠式极限学习机（SELM）的模拟电路故障诊断算法。通过训练极限学习机自动编码器（ELM-AE）形成SELM网络，ELM-AE具有强大的表征能力，但其隐层参数的随机化会导致数据自身一部分有效特征信息丢失，并产生一些训练误差，而SFO具有收敛速度快、寻优精度高的特点，因此采用SFO寻优SELM的网络参数，使SELM具有更强的泛化能力。将两级四运放双二阶低通滤波器电路作仿真实验电路，并与遗传算法（GA）、粒子群优化算法（PSO）优化后的SELM进行比较，实验结果表明，SFO具有较强的寻优能力，可准确地对故障进行诊断，证明了该算法的可行性。
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  多普勒模糊下的FMCW MIMO雷达目标参数估计方法

  覃俊慧, 晋良念, 欧阳缮, 廖可非

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 509-516. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.006

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  近年来，随着智能驾驶技术的不断发展，毫米波雷达作为汽车安全控制系统的核心组件受到了广泛关注。时分复用（TDM）多输入多输出（MIMO）调频连续波（FMCW）雷达因具有低硬件成本和高角度分辨率的优势而被广泛应用于汽车雷达，但TDM MIMO在实际应用中还存在对运动目标检测易出现速度模糊和角度模糊问题，导致检测误差变大，对于自动驾驶场景存在一定的安全隐患。为解决上述TDM MIMO FMCW雷达存在检测误差高的问题，提出了在多普勒模糊下的FMCW MIMO雷达目标参数估计方法，在不增加额外硬件开销的前提下，可确保算法在低复杂度下提升监测的时效性，解决了速度模糊和相位偏移问题；利用加Kaiser窗FFT波束形成方法对目标角度进行测量，从而得到更精准的目标信息。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。
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  一种高隔离度毫米波双极化天线

  刘耀, 姜兴

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 517-522. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.012

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  针对毫米波雷达高隔离度的要求，利用金属柱负载和交叉缝隙设计了一种毫米波双极化天线，其具有双线极化、宽带和高隔离性能。该天线的宽带特性由辐射贴片和寄生贴片的大小决定；高隔离特性是由于2种极化分层馈电，且加载金属柱于交叉缝隙旁，使缝隙更容易耦合能量。仿真结果表明，所设计天线的带宽为24.0～28.5 GHz，相对带宽为17.1%，频带内隔离度均高于47 dB，交叉极化比大于22 dB，实现了宽带、高隔离、低交叉极化的特性，适用于毫米波双极化雷达。
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  基于机器视觉的电触头瑕疵检测与分类

  刘威, 熊经先, 刘思尧, 闫坤

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 523-529. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.002

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  在电力系统中，电触头材料在开关电器中不可缺少，其表面出现瑕疵时会导致接触面的电阻增大，继而使接触面发热，严重时可能会使开关电器失灵，影响高压电器的质量及使用寿命，且目前很多企业对零件表面质量检测还在用人工方法。针对上述问题，提出一种基于机器视觉与机器学习的电触头表面瑕疵检测与分类方法。该方法基于电触头的瑕疵种类和瑕疵特点搭建检测平台，并对采集的基于机器视觉与机器学习的电触头零件图像进行预处理，采用模板匹配的方法对图像中的电触头零件进行定位及表面优劣判断，对预筛选后的电触头图像进行表面降噪，并采用Otsu阈值分割算法对瑕疵区域进行分割。为了能有效地对瑕疵进行分类，对瑕疵区域进行多特征提取，通过设计的特征选择算法对特征进行最优选择，用决策树分类器进行瑕疵分类，分类准确率达92.6%。与支持向量机(SVM)算法相比，决策树分类器在分类时间和效率上优于SVM算法。实验结果表明，对分类数据集进行特征降维可提高分类的准确率。
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  基于FDA雷达的近场波束形成及改进

  乔睿萌, 刘庆华

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(06): 530-537. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.06.015

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  针对频率分集阵列(FDA)雷达近场波束成形问题进行研究，通过分析频率分集阵列雷达近场方向图及距离损耗补偿因子，建立单基地收发阵列模型，推导距离损耗的补偿权值，提出了2种非线性频偏以改进能量聚焦的性能。此外为了使波束方向图形成的效果更好，提出了2种非线性的频偏，使之更接近于一个点状波束图，以提高能量聚焦精度。仿真结果表明，所提方法能提高距离聚焦分辨率，使聚焦能量达到更好的分辨率，并减少能量浪费。