卫星无源互调抑制及测量方法研究

介绍了卫星无源互调(PIM)的产生机理、抑制方法,讨论了天线、同轴电缆和射频连接器等部件的无源互调控制技术,以及无源互调的测量方法。针对风云二号卫星转发通道提出了一种无源互调测试方法,测试结果表明可发现PIM。     

一种基于偶极子近场耦合法测量无源互调的方法

无源互调（PIM，Passive Intermodulation）是影响微波通信系统可靠性的关键问题之一。该文提出并实现一种利用近场耦合原理诊断接触结构待测件的PIM测量方法。该测量方法通过缝隙波导激励开口缝隙附近的接触结构，并同时在波导端面接收所产生的PIM信号，从而能方便地对不同物理接触状态的接触结构的PIM产物进行测试分析。并应用电磁商业仿真软件CST对PIM测试工装进行仿真验证，结果与基于偶极子的理论分析结论一致。最后利用铝合金接触结构开展了实验验证研究，获得了三、五阶PIM产物随载波功率的变化特性，实验验证了三阶和五阶PIM产物之差随载波功率降低而增大的变化规律。     

高低温环境下测试卫星天线无源互调的系统

随着卫星通信大天线技术的快速发展,收发共用技术在卫星中得到了广泛的应用,高低温环境下的无源互调性能问题成为关注的重点.目前从设计角度通过仿真和计算解决温度对无源互调性能影响有局限性,为了提高在轨天线工作性能可靠性,在高低温环境中测试无源互调性能是一项有效的措施.研究开发了两种在高低温环境下测试PIM的测试系统,同时给出...     

一种多载波情况下的微放电检测新方法

文章基于航天器无源产品在二次电子倍增微放电过程中,多载波信号通过会在近载波产生互调产物这一机理,介绍了在多载波情况下,用检测近载波互调产物变化来检测微放电的新方法。依据无源互调的幂级数非线性分析方法,建立双载波线性模型加以分析,说明距离载波较近的三阶互调产物的功率变化比载波功率变化快,提供了这种检测方法的理论依据,最后用实验结果验证了此方法。     

空间大功率微波器件无源互调最新研究进展

针对目前限制大功率微波器件及系统性能的无源互调(Passive intermodulation, PIM)问题,系统梳理了近几年来国内外无源互调最新研究进展,介绍了无源互调产生机理的研究历史及现状,总结了无源互调分析预测方法及检测定位技术的最新研究进展,从三个方面论述了无源互调的抑制法,在此基础上,分析讨论了无源互调研究重点及发展趋势,为无源互调研究的推进提供一定参考。     

卫星转发器载波互调噪声比的工程计算

阐述了卫星转发器在多载波工作时载波互调噪声比的工程计算方法，并给出了一个实际的计算例子。     

无源互调测试误差分布特性初探

无源互调干扰是卫星通信与移动通信共同面临的棘手问题，无论是无源互调效应的基础研究还是其工程应用，均离不开无源互调测试。无源互调测试误差与载波功率精度、测试系统残余互调电平、接收机检测精度等因素息息相关。然而，现有的无源互调误差评估方法只考虑了误差的上下限，未考虑误差分布特性。基于信号矢量合成理论和蒙特卡罗模拟，研究了无源互调测试误差的分布特性，并开展了初步的实验验证。理论与实验结果均表明：当待测互调电平接近系统残余互调电平时，无源互调测试误差具有非对称分布特性，且出现正误差的概率较大；当待测互调电平显著高于残余互调电平时，误差分布呈现出对称性，出现正误差和负误差的概率基本相当。研究结果对于精细化评估无源互调测试结果具有借鉴意义。     

一种微振动条件下金属网天线反射面的PIM测试方法

为了研究金属网反射面在空间中展开受到微振动是否对无源互调效应产生影响，在工程应用的基础上，设计了一种测试金属网反射面样件微振动下测试无源互调性能的方法，测试结果表明，不同张力的金属网样件在微振动下，无源互调结果浮动小于2 dB， 试验数据为卫星工程应用提供了参考。     

低PIM吸波装置的设计与性能测试

为了解决在空间环境模拟器(简称"容器")内开展无源互调(Passive Intermodulation, PIM)测试的技术难题,验证温度变化对航天器系统级PIM性能的影响,需要在容器内建立一个低PIM的吸波环境。即在容器内安装一种封闭的低PIM吸波装置,使星上被测无源器件完全被其包敷,然后通过模拟温度应变过程完成测试工作。文章介绍了PIM指标小于-150 dBm的低PIM吸波装置的设计思路和常压热循环测试过程,并对测试结果进行了分析,确定该吸波装置PIM性能满足试验测试要求。     

非接触式低无源互调波导滤波器

无源互调(passive intermodulation, PIM)是微波部件及系统中一种常见的非线性干扰,对卫星及地面通信均有着普遍影响。不良金属电接触所导致的接触非线性是PIM的主要根源。将间隙波导技术原理与PIM问题相结合,提出通过非接触电磁屏蔽消除微波部件中的金属接触,实现了稳定高效的PIM抑制效果。首先以槽间隙波导为例,开展了非接触式波导传输线的PIM实验研究,进一步采用串联短路枝节结构,设计研制了一种Ku频段非接触式波导低通滤波器。实测结果显示,非接触式滤波器在具有优秀电磁传输性能的同时,其PIM电平基本保持在测试系统残余PIM电平附近,且不受表面处理及连接力矩影响,获得了稳定的低PIM特性。该工作可为低PIM微波毫米波部件及系统设计实现提供一种新的思路。     

一种新型透波低无源互调温箱箱体的设计

收发共用技术在卫星通信天线上的广泛应用将引发无源互调（passive intermodulation, PIM）。卫星天线工作在空间高低温交变环境中，而其PIM性能对温度具有敏感性，故需开展地面试验予以验证。为此，提出一款可用于测试天线在高低温环境下PIM性能的透波低无源互调温箱，主要在透波材料选用、结构耐压、箱体保温性能等方面开展设计和验证，最终建造的温箱满足耐温-150～150 ℃，箱体结构聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）板的安全裕度为0.648，总插损＜1 dB，箱体的PIM性能基本稳定优于-150 dBm，目前已广泛应用在天线PIM性能的地面试验验证中。     

基于小波神经网络的PIM功率时间序列预测

无源互调（passive intermodulation，PIM）是影响通信系统性能的关键因素之一。研究表明，PIM信号并非一个定值，而是随时间变化的非平稳信号。基于PIM功率信号的时间序列特性，文章提出基于小波神经网络的PIM功率时间序列预测方法。首先，详细介绍小波神经网络预测模型及其预测方法；其次，以同轴连接器为验证对象，通过PIM实验测试系统获得3阶PIM功率的时间序列；最后，依据获得的PIM功率时间序列，结合构建的小波神经网络预测模型对后续的时间序列进行预测分析，并将预测结果与实验结果进行比较，从而验证小波神经网络在预测PIM功率时间序列方面的有效性。该研究对于开展PIM抑制技术具有一定的参考价值。     

基于耦合结构的双向可调无源互调参考源

文章针对无源互调测试领域中亟待解决的无源互调仪器测试校准问题提出了一种基于二极管非线性的人工可调互调参考源设计方法,该种结构使用新型的功率耦合电路网络实现了在双端口双向状态下同时输出可控的无源互调参考信号,两种验证拓扑均可在双路43dBm 载波激励情况下产生小于-110dBm 的可调三阶交调。这种被验证的双路互调参考输出结构在保留反射互调校准功能同时使得传输互调校准也成为可能。针对不同的测试需求还可以通过改变电路结构实现不同的互调调节区间,从而满足不同的互调动态范围的测试需求。在实际互调测试过程中,通过将该人工互调源接入测试回路同时调整偏置电压值,可实现在线的动态互调参考发生及互调测试仪器校准。该电路结构及基于该种结构的校准方法将有助于分析无源互调测试系统的误差水平并进一步指导提高互调仪器的测试准确度。     

基于液体金属的接触PIM抑制方法和实验验证

接触非线性是射频设备和电路中产生无源互调（passive intermodulation，PIM）信号的重要原因之一。基于对接触结点射频等效电路的分析，提出了一种基于共晶镓铟合金（eutectic gallium-indium，EGaIn）的PIM抑制方法。EGaIn不同于传统的焊锡，它可以在室温下实现接触结位置上的稳定、可重构连接。首先分析了射频（radio frequency，RF）下的金属接触结的电路模型。其次设计并实现了两个包含不同金属接触结构且工作在2.6GHz的平面倒F天线（planar inverted F antenna，PIFA）。最后比较了EGaIn焊接前后PIFA的互调水平，其中对PIM指标的最大抑制程度为35dB。验证了EGaIn可以在室温下对PIFA的接触结点进行可重构焊接，这为电连接中的非线性抑制提供了一种参考方法。     

通信系统无源互调抑制技术研究进展

介绍了无源互调的概念及其对通信系统的危害，梳理了无源互调的产生原因及影响因素，重点总结了近几年无源互调抑制技术的研究进展。从无源互调的抑制优化逻辑中的工艺新方法方面总结了一般的优化抑制方法，进一步还针对新兴的无源互调抑制优化中的数字域以及模拟域对消问题进行了回顾和对比。从互调生成建模、无源器件的低互调设计、互调信号数字域优化、互调信号模拟对消等方面全面综述了无源互调失真抑制和优化的方法，并展望了无源互调抑制技术的研究趋势。     

辐射场中金属接触非线性源的无源互调仿真方法

文章提出并验证了一种可以预测被天线接收的金属接触无源互调(passive intermodulation,PIM)幅值的仿真方法。把辐射场中的金属接触界面设置为非线性电流源离散端口,以该非线性电流源作为激励源通过CST场仿真能够获取天线接收端口的PIM响应。通过少量PIM测试结果可以仿真提取待测样(device under test, DUT)的非线性参数,进而仿真预测DUT在辐射场中任意位置的PIM响应。针对铝合金金属接触DUT,首先采用方同轴缝隙天线测试辐射场中某一位置的三阶PIM(third-order passive intermodulation, PIM3)幅值,其次基于场仿真提取了非线性电流源的三阶非线性参数,最后利用确定的非线性电流源仿真预测辐射中不同位置处的PIM3响应,仿真评估和实验测试结果一致。文章为辐射场复杂场景中金属接触PIM的评估及其非线性参数的提取提供了一种可靠且方便的途径。     

非接触式低无源互调温箱穿仓接口技术

高低温循环状态下的无源互调（passive intermodulation, PIM）检测是全面评估航天微波产品PIM性能的必要手段，传统的温箱穿仓波导连接方式在温循PIM检测中时常出现因应力、温变等因素导致检测系统残余PIM恶化的问题，严重影响检测灵敏度和检测效率。针对此，提出一种非接触式低PIM温箱穿仓接口技术。在温箱穿仓部位利用非接触电磁屏蔽原理构建非接触式端口，避免了不良电接触，以实现温箱内外快速稳定的低PIM电连接。理论分析了其中非接触结构的PIM抑制特性，针对Ku频段应用设计研制了温箱穿仓接口并开展了实验验证，实测在长时间温循状态下系统3阶残余PIM＜-140dBm@2×100W，获得了稳定的低残余PIM特性，大幅提升了PIM检测性能和检测效率，可广泛推广于各类PIM检测系统应用中。     

用于热真空环境下整星微波无线测试的低PIM吸波热沉研制

随着通信卫星技术的发展,收发共用已成为通信卫星有效载荷常用的设计方法,在这种情况下,无源互调(passive intermodulation,PIM)问题就显得尤为突出。为了完成整星及转发器分系统在热真空环境下的PIM指标测试,利用碳化硅吸波材料研制了一种低PIM吸波热沉,并利用该吸波热沉建立了指标小于150 dBm的低PIM测试环境,同时兼具热流模拟功能和微波功率耐受能力。在热真空环境下圆满完成了国内首次有整星参与的微波载荷无线PIM测试试验。     

导航卫星天线收发系统耦合分析与仿真

导航卫星天线系统由接收天线系统和发射天线系统组成,发射天线系统为多频段工作模式。接收天线系统为单频段工作模式。当多个频段的信号经过发射天线系统后的三阶无源互调产物落入接收天线系统工作带宽内时,如果无源互调电平大于接收信号电平,则将严重影响导航卫星接收系统的正常工作。为此,应尽量提高发射天线与接收天线之间的隔离度,使已产生的无源互调电平得到有效衰减,从而不影响正常接收信号的工作。文章从微波网络JS散射矩阵出发,结合电磁场专用软件,给出了两种卫星平台上的发射和接收天线之间隔离度的仿真分析结果,为导航卫星天线布局提供依据。     

基于热电子发射非线性的波导结无源互调机理研究

文章通过建立微波波导连接结的金属-半导体-金属(MSM)结构模型来探讨其无源互调(PIM)产生机理。首先,依据实际镀银波导钝化工艺过程建立了波导连接结的MSM结构模型及其等效电路,然后分析了MSM结构的非线性热电子发射电流特性,最后对MSM结构的三阶PIM进行了理论计算。研究结果表明:PIM随着波导连接压力的增加而呈现出较为复杂的变化规律,并且在106Pa附近存在极小值;PIM随输入功率的增加而增加,尤其是在大的接触压力条件下,增幅更明显;钝化层掺杂浓度的增加总体上使PIM减小,但在1016cm-3～1018cm-3的掺杂范围内存在极小值点。文章理论结果对探讨PIM产生机理及工程实践具有借鉴意义。