星用C频段50W固态功率放大器设计

为了满足通信卫星对于固态功率放大器高功率、高效率、高集成的要求，文章提出了一种星用C频段固态功率放大器的设计方法。首先通过采用半导体单片集成电路芯片，对射频电路进行创新性设计，将电调衰减、数字增益控制、功率放大等功能集成在一个模块中，实现功率放大器的高集成；其次，通过整机热设计，并结合红外热像仪测试，优化高功率氮化镓器件的散热途径，在实现整机大功率输出的同时，保证整机的高可靠应用；最后，对电源电路进行优化设计，使得固放电源具备高效率、高稳定的特点，为射频电路提供稳定的供电。温度循环、热真空等试验结果表明，所研制的C频段50W固放性能稳定、可靠性高，满足星载应用要求。     

星用小型化Ku频段8W固态功率放大器设计

为了满足卫星分系统对于固态功率放大器小型化的要求，提出了一种星用Ku频段8W固态功率放大器的设计方法。首先采用集成化设计技术，将所有射频功能集中在单个模块中，实现固态功率放大器整机的小型化；其次，通过优化整机热设计，使得微波功率单片满足结温降额要求，实现整机高可靠；最后，通过优化电源电路设计，提高电源的抗干扰能力，实现整机的高稳定。利用以上技术，实现了输出功率大于8W、效率高于22%、重量仅为770g的Ku频段星载固态功率放大器研制，相比传统的分立器件单机，体积缩小了近1/2。空间模拟环境试验结果表明，所研制的Ku频段8W固态功率放大器具有较高的可靠性，满足宇航应用要求，目前已实现在轨运行。该单机非常适用于我国“快、智、廉”卫星型号的应用，未来具有广阔的应用前景。     

一种新型星载QPSK调制模块的设计

调制模块是光学遥感卫星、微波遥感卫星及载人航天数据传输系统中必不可少的一部分，同时QPSK调制也是星载输出传输系统中最常用的调制方式。文章介绍的新型QPSK调制模块创新点在于：1)使用微带到槽线的过渡结构实现巴伦的功能及调制的功能，使调制模块达到更优的幅相指标；2)采用基带数据通过微带线通孔传输数据的方式代替金带压焊的方式，避免了金带压焊环节带来的人为风险；3)采用1/4波长电桥的设计方法替代Lange桥实现载波相位相差90°功分的功能，解决了Lange桥电装过程中金带压焊困难的问题。在设计过程中，采用场路联合的仿真设计方法，从阻抗匹配和场模式两方面对该结构进行了分析，应用Advanced Design System和Computer Simulation Technology联合仿真对电性能进行仿真优化，实现了QPSK调制电路良好的幅相特性和匹配特性。目前，该创新型设计方法已应用于工程化的调制模块设计中，在提升调制模块模块的性能的同时降低了生产制造难度。     

基于LTCC的三维功分器设计

低温共烧陶瓷(LTCC)技术是实现微波电路与系统小型化、高密度组装和互联的有效途径。文章研究了基于LTCC工艺的三维微波传输特性,设计了两种X波段三维结构功分器。利用高频仿真软件HFSS进行了建模仿真和性能优化,并加工了实物进行了测试。测试结果和设计结果性能吻合很好。     

星载C频段100W脉冲固态功率放大器设计

为了满足卫星系统对星载固放产品的小型化、高集成的要求，文章应用国产氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN high electron mobility transistors, GaN HEMT），设计实现了一款星载C频段100W脉冲固态功率放大器（Solid state power amplifier, SSPA）。针对系统对固放性能的要求，采用阶梯阻抗变换匹配的方法，应用ADS电路设计软件，对功率放大模块中输入/输出匹配电路进行了精确仿真及性能验证，以保证功率放大电路在稳定工作的前提下，其输出功率和效率均能满足指标要求，最后给出了固放整机的实际测试数据。该固放在40MHz工作频带、脉宽1.8ms、占空比18.7%的条件下，输出功率大于108W，发射链路增益大于57dB，整机直流功耗小于60W，实现了C频段星载大功率脉冲发射机的固态化。经环境试验考核和系统联试验证，在工作温度范围内，固放的输出功率大于100W，变化小于0.3dB，表明该固放可完全满足卫星雷达系统的使用要求和可靠性要求。     

太阳闪烁影响下的星际通信链路参数设计

针对太阳闪烁作用于星际通信链路而产生的幅度闪烁、频谱扩展、相位闪烁、时延扩展问题，提出一种适用于星际通信链路的参数设计方法。该方法根据通信链路与太阳的几何关系，计算太阳风中等离子体作用于无线电波的幅度统计特性、时间谱特性，将计算结果作为通信链路的频率选择、传输信号带宽设计、调制方式选择、锁相环路带宽设计的约束条件，并以某空间探测任务为例进行了S、X、Ka三种频段下的信号传输性能仿真分析，结果表明，在太阳闪烁指数m<0.3的情况下，采用Ka频段+8PSK调制相结合的方式，对于太阳闪烁的抵抗能力最强。该方法设计的参数能够降低太阳闪烁对通信链路的影响，可作为工程实际系统设计的参照。     

一种多通道高隔离度毫米波发射组件的设计

随着雷达技术的发展,毫米波单片集成电路技术日趋成熟,小型化、轻量化、多功能的毫米波雷达在国内外得到了深入的研究和应用。为满足毫米波雷达的需求,设计了一种多通道高隔离度毫米波发射组件。采用普通FR4多层板实现电源和控制信号走线,其中功分器芯片、电容、电阻等器件装配在FR4多层板的表层;采用低损耗的Rogers 5880微波板材进行毫米波射频传输。为提高通道间和级联功放间的隔离度,进行金属隔墙处理,以获得更好的物理隔离。通过对腔体进行电磁仿真,使腔体的谐振频率高于工作频带。该组件质量仅为41 g,输出功率不低于35.5 dBm,发射效率大于16%,可应用于毫米波SAR和固态发射机等场景。     

抗辐照通用扩展SiP芯片设计

研究微小卫星综合电子系统的SiP技术实现方法。首先介绍微小卫星综合电子系统结构的组成和采用SiP技术的必要性，然后对综合电子系统进行功能模块划分，并对其通用扩展模块进行详细的SiP设计，包括抗辐照器件选型、原型验证、SiP原理图、基板管壳一体化设计、建模仿真、制造加工、实装测试验证等，通过SiP技术实现了一种星载综合电子系统中通用扩展SiP芯片产品，经过实际验证测试，在保证模块功能和性能的前提下，整体模块重量从230 g减轻到48 g，体积由180 mm?130 mm?17 mm减小到46 mm?46 mm?8 mm，很好地满足了星载功能模块小型化、轻量化设计需求。     

微波功率均衡器的小型化设计

文章设计出一种小型化的微波功率均衡器。分析了均衡网络中谐振吸收枝节的特性,并讨论了谐振单元间匹配网络的设计原则与约束。对谐振单元和级间匹配网络的参数进行设定和调整,并利用仿真软件进行优化分析,可以设计出满足目标响应的均衡器。基于该方法,设计了频段为1GHz-2GHz、小型化的微波功率均衡器。     

基于高性能信息处理模块的相变散热技术研究

设计了一种高性能信息处理模块,并对高功耗元器件布局、功耗特性、结构特点及工作温度等要素进行分析,提出了一种基于相变储能散热技术的解决方案并进行工程实现。通过热仿真与散热性能测试试验,验证相变储能模块控温能力,满足模块散热要求。目前该方案已应用于新一代运载火箭产品中,为航天产品散热技术优化与发展提供了技术支撑。     

星载Q频段发射变频放大电路的研制

为了适应卫星通信向毫米波高频段快速发展的需求,设计实现了一款星载Q频段发射变频放大电路组件。首先,给出了发射变频放大电路的原理框图,通过优化电路布局将信号变频放大电路和本振信号倍频电路高度集成在一个组件内部,实现了组件的集成化和小型化,降低了电路的研制成本。其次,对发射变频放大电路组件的宽带特性进行优化设计,通过优化微带互联线的宽带阻抗匹配网络,同时采用加载短截线的方法增大波导-同轴-微带探针的工作带宽,有效地改善了发射变频放大电路在宽带内的增益平坦度特性。最后,对金属腔体和电源电路进行优化设计,提高电路的稳定性和可靠性。完成发射变频放大电路的加工测试并给出测试结果,整机联调验证后在型号任务中推广应用。     

高速数传X波段发射机的设计与实现

就卫星数据传输通道中采用微波直接调制技术的优点与传统中频调制再上变频方式作了比较；介绍了X波段发射机一体化的概念；详细介绍了高速X波段发射机的组成原理、设计和实现方法；最后给出了测试结果。     

一种太赫兹机电波导开关的设计

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及切换的需求，设计了一种工作于114 GHz～173 GHz频段的无间隙C型机电波导开关。首先，采用等效电路理论进行传输线匹配设计，并分析了波导口宽边和窄边错位对电压驻波比的影响；之后，依据导体损耗理论分析了金属壁电导率对插入损耗的影响，并运用HFSS软件对通道长度、表面粗糙度等因素进行参数敏感性分析；最后，提出了一种新型扼流槽加载方式。结果表明：开关的驻波比与弯曲半径成正比，考虑到定子强度及小型化设计，应选择合适的弯曲半径；采用银镀层有利于提高插损指标，且在太赫兹频段，为降低插入损耗，微波通道的表面粗糙度应优于0.8 um。最终，在114 GHz～173 GHz频段，开关的电压驻波比小于1.1，插入损耗小于0.45 dB，隔离度大于80 dB，耐功率为3000 W，满足设计要求。     

基于高效垂直互连的X频段三维交叉合路网络

针对射频微波系统小型化、一体化、低成本设计需求,利用HFSS软件3D建模仿真研究微波毫米波多层板高密度垂直互连技术,对比不同结构参数的频率特性,在结构上通过加载层间焊盘改善特定频段内传输性能,在DC^20GHz内回波损耗小于–20dB。基于该高效垂直互连技术,实现32路信号输入4波束输出交叉网络3D垂直合成,体积仅为125mm×30mm×1.8mm,经测试带内插损≤10.95dB,驻波比≤1.4,较好地实现了X频段合路输出功能。     

一种Ka频段单通道调制器的设计与实现

随着航天事业的不断发展,卫星平台及有效载荷的轻量化、小型化是未来航天系统的发展趋势。单通道单脉冲跟踪系统在航天器中有着广泛的应用,而单通道调制器是单通道单脉冲跟踪系统的重要组成部分。为顺应星载自跟踪系统轻量化、小型化发展趋势,根据工程化要求,采用多芯片微组装技术,通过合理的系统分析和仿真设计,在厚度为0.254mm、相对介电常数为2.2的ROGERS 5880介质基板上设计实现了一种Ka频段单通道调制器。该调制器实现了小型化和集成化,采用BJ260波导作为输入,其和通道增益大于30dB,噪声系数优于2.5dB,载波抑制大于50dB,调制抑制大于30dB,经过地面各项试验及在轨飞行验证,其各项指标满足要求。     

新型通用化空用数据采集系统──空用遥测基本型系统

本系统作为新一代小型化、通用型的飞行测试系统，为满足将来多种使用需要而设计。这是一种以标准化小型化模块构成的时分多路数据采集系统，具有两种总线模式，三层系统结构，可根据使用要求灵活配置系统规模和容量，系统具有开放式体系结构，允许添加组合新的模块或仪器设备。     

一种星载V频段接收机的设计

随着高通量通信卫星系统发展,为了获得更多的频率资源,系统工作频段开始向频率资源丰富的Q/V频段过渡.为了满足通信卫星系统对微波接收机向V频段的发展应用需求.文章给出了一种星载V频段接收机的设计和工程实现方法.设计基于多芯片组件技术,通过对毫米波频段电路的精确仿真,将多种功能芯片封装在同一射频管壳中,实现了设备的高集成度;通过对毫米波频段星载接收机的稳定性设计、宽带互联设计等整机集成设计技术的研究,实现了设备的高稳定性;首次使用基于MHEMT低噪声工艺的微波单片集成电路芯片(MMIC)使得设备具备低噪声特性.研制的V频段接收机的工作带宽达到2.5 GHz,是现有通信卫星载荷中带宽最宽的接收机,噪声系数小于3.5 dB,满足系统使用要求.该V频段接收机是Q/V馈电载荷的关键设备,实现了对未来高通量通信卫星重要的技术储备,可广泛应用于各类通信卫星系统.     

一种面向导航应用的电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线

文章设计了一种电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线,该天线可以工作在北斗、GPS、GALILEO和GLONASS四大导航卫星工作频段,可以用作导航系统地面终端天线.天线单元采用电容耦合四点馈电的双层空气微带圆极化天线形式,在双点谐振特性的双层空气微带天线基础上,结合电容耦合馈电技术构成三点谐振特性,进一步展宽天线带宽.为了实现低剖面、小型化、微带形式的宽带馈电网络采用双层结构集成设计,由Wilkinson功分器和宽带Schiffman移相器实现相应的幅相配置.对提出的天线进行了仿真设计和优化,仿真设计结果表明,在四大卫星导航卫星系统1.1 GHz～1.6GHz工作频段内,天线电压驻波比小于1.4,增益方向图和圆极化轴比特性都满足设计要求,该天线可以很好地应用于地面多模用户终端.     

一种X/Ka双频共用同轴馈源设计

针对深空探测通信的需求,提出了一种X/Ka双频共用同轴馈源设计。馈源由X频段圆极化器、X频段十字波导结、Ka频段圆极化喇叭等部件组成。馈源在X频段以同轴波导形式工作,在Ka频段以圆波导形式工作。从X频段波导端口馈入TE10模激励时,在空间形成左旋圆极化波束,从Ka频段波导端口馈入TE10模激励时,在空间形成右旋圆极化波束,从而实现双频双圆极化工作模式。对实际设计的馈源进行了仿真分析,结果表明:该馈源具有较好的阻抗特性和方向图特性,能够满足新一代深空探测双频通信的需求。     

V 频段卫星通信天线捕获跟踪系统研究

随着卫星通信向大容量、网络化发展,Q/ V 频段逐渐应用于卫星通信的星地馈电链路和星间链路。为了掌握Q/ V 频段卫星通信技术,课题开展了频率较高的V 频段卫星通信天线捕跟系统研究和关键单机研制。由于V 频段天线波束窄,天线指向精度要求高,课题选择了程控+自动跟踪的天线指向控制方法,天线捕获跟踪采用单通道单脉冲体制方案。针对V 频段1. 8m 天线,解决了反射面赋性设计、精加工和形面精度测试,馈源小型化、精加工和装配,以及天线增益测试等难题。解决了V 频段单通道调制器芯片电路稳定工作和参数优化方法,实现了低噪声、高增益和高的和差通道隔离特性。在单机研制基础上,搭建了V 频段天线捕跟系统,通过外场捕获跟踪试验,获取了V 频段卫星通信天线捕跟系统关键参数:天线增益大于56dBi,低噪放噪声系数小于4. 2dB,自跟精度优于0. 05°。通过课题研究,验证了天线捕跟系统优良的跟踪性能,突破了V 频段关键单机设备研制技术,为后续型号应用积累了工程经验。