基于硅基MEMS三维集成技术的片式多波束发射前端

基于多波束发射前端的相控阵,具有波束灵活扫描和多目标同时通信的能力,是低轨互联网通信卫星的重要微波子系统。采用硅基MEMS三维异构集成技术,将多个微波单片集成电路MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)和硅基MEMS功分交叉网络等无源结构一体化集成,实现了一种K频段8波束32通道瓦片式相控阵发射前端。该器件由五个硅基封装模块堆叠而成,不同封装模块之间通过植球(金球凸点及铅锡焊球)的方式互连,内部通过TSV通孔技术实现垂直互连。为展示其性能,制备了19 GHz～21 GHz频段的样件,尺寸为16.25 mm×14.25 mm×6.3 mm。经测试,单通道发射增益≥18 dB,输入输出端口驻波≤2.0,同时具备6位数控移相和5位数控衰减功能。     

宽带高集成多级射频互连技术

针对微波电路三维集成结构的迫切需求,开展宽带高集成多级射频互连技术研究。主要设计了两种电路结构,多级水平互连电路与多级垂直互连电路。多级水平互连电路中,通过优化同轴-微带线的水平过渡以及倒角过渡方式,得到在DC～30GHz内的仿真结果,回波损耗优于21dB,插入损耗优于0.16dB;多级垂直互连电路中,通过优化BGA板间互连结构,得到在DC～30GHz内的仿真结果,信号的回波损耗优于13dB,插入损耗优于0.57dB。在小型化、高集成的需求下,宽带高集成多级射频互连技术是解决宽带射频信号传输问题的关键技术路径,可以广泛应用在微波电路三维集成结构中,具有重大的应用前景。     

新型双层结构小型化无线电高度表天线

提出一种新型小型化无线电高度表天线结构。天线采用两层微波电路复合而成,上层采用栅栏形状导体提高天线的线极化纯度,下层为2单元并联微带天线阵及馈电网络。应用此结构设计并实现了工作于4.3GHz频段的某小型飞行器高度表天线。仿真及实测结果表明,新型天线的微波电路占用空间为56mm×36mm×3mm,天线结构小于65mm×60mm×6mm(不含接头),3dB波束宽度为±33°×±37°,VSWR<2.0的相对带宽不小于4.5%,最大增益8dB。天线结构新颖紧凑,非常适用于小型飞行器平台。     

EHF频段低噪声接收机

文章描述了为某预研课题研制的7套EHF频段低噪声接收机组成、设计及测试结果。接收机实现44GHz的低噪声放大、44GHz/4GHz的变频、中频放大等功能,7套接收机噪声系数3～5．3dB,典型增益55～58dB,输出1 dB压缩点均大于15 dBm。本振部分采用恒温槽晶振和锁相倍频技术,提供稳定的微波本振信号。     

一种S频段小型自跟踪馈源设计

为了使2 m小口径环焦天线具有S频段自跟踪功能,设计了一种小型化紧凑型馈源网络.该馈源和通道由4波束经电桥网络形成左右旋圆极化和信号,差通道由8波束经电桥网络形成左右旋圆极化差信号,和差信号共同工作实现馈源的自跟踪功能.实测结果表明,在2.2 GHz～2.4 GHz频率范围内,和通道回波损耗S11≤-23.32 dB,端口隔离≤-17.71 dB,和差隔离≤-46.03 dB,轴比≤0.65 dB,实测结果满足设计指标要求.整个小型化馈源网络横向尺寸≤250 mm,纵向尺寸≤420 mm,在小口径面天线中有效替代传统S频段圆波导TE21模自跟踪馈源,避免其尺寸大引起信号质量差的问题.     

一种S频段小型自跟踪馈源设计

为了使2 m小口径环焦天线具有S频段自跟踪功能,设计了一种小型化紧凑型馈源网络.该馈源和通道由4波束经电桥网络形成左右旋圆极化和信号,差通道由8波束经电桥网络形成左右旋圆极化差信号,和差信号共同工作实现馈源的自跟踪功能.实测结果表明,在2.2 GHz～2.4 GHz频率范围内,和通道回波损耗S11≤-23.32 dB,端口隔离≤-17.71 dB,和差隔离≤-46.03 dB,轴比≤0.65 dB,实测结果满足设计指标要求.整个小型化馈源网络横向尺寸≤250 mm,纵向尺寸≤420 mm,在小口径面天线中有效替代传统S频段圆波导TE21模自跟踪馈源,避免其尺寸大引起信号质量差的问题.     

毫米波频段LTCC微带到带状线过渡结构设计

文章研究了两种可应用于毫米波频段的LTCC微带到带状线的过渡结构,包括一种微带到带状线的垂直过渡和一种微带到带状线的同层过渡.利用三维电磁场仿真软件对这两种互连过渡结构进行仿真和优化,仿真结果表明在25GHz～ 40GHz的工作频带内微带到带状线垂直过渡的回波损耗大于22dB,在35GHz内端到端插损优于0.5dB,40GHz内插损优于1dB;微带到带状线同层过渡的回波损耗大于32dB,40GHz内端到端插损优于0.5dB.测试结果表明,在40GHz内两种过渡结构的性能优良,能很好地满足工程应用的要求.     

UHF频段输入滤波器

UHF频段输入滤波器为交指式带通滤波器,由4个30mm×30mm×180mm的方腔构成。其主要功能是以极低的插入损耗通过通带频率范围内的微波信号,对通带外的;微波信号进行衰减。UHF频段输入滤波器位于卫星转发器分？系统的接收前端,选取微弱的通信信号,并滤除其他频率上的谐杂波,实现转发器的收发隔离。     

Ku波段低噪声放大器的设计

设计一款Ku波段低噪声放大器,放大器采用两级PHEMT晶体管(VMMK1225)级联结构,单电源供电模式。应用微波仿真软件ADS对匹配电路进行优化设计,在11.7GHz～12.5GHz的工作频段内放大器噪声系数小于0.23 dB,带内增益大于31dB,输入、输出驻波比小于1.6。仿真结果表明,设计完全满足性能指标要求。     

基于双驱动调制的低噪声微波光子混频器

微波光子混频技术是利用光域频谱搬移间接实现微波信号与中频信号之间的频率变换，它具有工作频段高、瞬时带宽大、多通道并行处理能力强等优势。本文设计采用双驱动调制器实现光域微波信号下变频功能，通过对该微波光子混频器的建模与仿真，分析了影响混频器变频性能的因素。并且针对该架构开发了相应的变频模块，同时配置了相应的前置低噪声放大器与中频滤波器来进一步抑制噪声、改善杂散抑制度。通过测试，该模块在24GHz-28GHz频率范围内变频增益＞0dB，噪声系数＜20dB，SFDR约为102dB.Hz2/3，较传统级联调制器方案的微波光子混频器在变频效率与噪声性能方面有显著提升     

星用微波功率放大器研制

文章提出了采用S参数获得功率场效应管的输入输出阻抗的方法。在对PA绝对稳定性分析的基础上,采用基于有限元思想的MOMENTUM法设计匹配网络,在设计中将高频寄生和耦合效应加以考虑,提高了设计的准确性。对PA进行了热分析与设计,提出了加入铜载体来改善大功率器件结温的方法,来满足温度设计的要求。成功研制出电路尺寸为96．4mm×23mm的小型化三级PA。试验测试结果为：1dB带宽为125MHz（1647MHz～1772MHz）、P-1,为38．75dBm、增益为51dB、PAE为37．2％。     

Ka波段微波通道的仿真设计

简述Ka波段微波通道的设计要点,以Agilent ADS软件为平台建立仿真模型,选用S参数和谐波平衡仿真工具对接收和发射信道进行设计仿真,得到了满足信道要求的仿真指标,其中接收信道变频增益10dB,噪声系数11.5dB,发射信道输出功率28dBm,变频增益23.7dB,实现了微波通道方案的可行性验证。     

一种基于共面线的毫米波宽带预失真线性化技术

针对毫米波卫星通信前端发射系统中固态功率放大器的非线性失真问题,提出了一种新型毫米波模拟预失真线性化技术。该技术采用毫米波共面线集成非线性器件,与传统的基于微带线集成非线性二极管器件的方法相比,避免了接地电感等不连续性干扰,提高了工作频率,拓展了工作带宽,在毫米波频段实现了宽带预失真非线性补偿。试验结果表明:在Ka波段13GHz(25~38GHz)频率范围内,由该技术实现的预失真线性化电路在输入功率15dB变化范围内,实现了3dB左右的增益幅度扩张和20°左右的相位压缩。将该预失真线性化技术应用于改善一型工作频率为29.6~30GHz,输出功率为5 W的毫米波功率放大器的线性性能。双音信号测试结果表明:功放在1dB压缩点回退7dB的条件下,三阶交调失真改善度高于10dB,并在29.8GHz时达到19dB。该技术可用于满足现代大容量、高速无线通信,特别是毫米波卫星通信前端系统的需求,实现高质量、低误码率的数据无线传输链接。     

用于微波无线能量传输的无衍射电磁超表面设计

微波无线能量传输作为一种远距离能量传输技术受到广泛关注,但是电场随着距离增加会快速衰减。为了减缓电场衰减趋势,提高接收端功率,文章推导出了用于产生无衍射波束的相位计算表达式。另外,设计了一款相位覆盖360°,传输系数优于-3dB的相位控制单元,并利用该单元设计了一个口径为500mm的超表面。仿真和实测数据显示,在加载电磁超表面后,电场明显增强,能量更加集中。微波无线传输实验结果表明,在发射总功率为36dBm时,相较于无电磁超表面情况下,接收端接收的能量最大可以提升9倍之多,证明了设计出的电磁超表面助于提高微波传能系统的传输效率。     

新型大尺度空间微波功率发射阵列的考虑

以空间太阳能电站为应用代表的微波功率传输系统中,微波功率发射阵列是其中的核心组成部分。为保证特定传输距离限制下的波束收集效率,目前国际上多种空间太阳能电站方案中收发天线口径都达到了km级以上。在空间构建大尺度的微波功率发射有源相控阵,面临的主要问题有：发射阵列电性能的高要求、发射阵列折叠状态的总体积限制、大功率发射阵列的热控问题。针对这些问题,文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列的一些研究及设计考虑,主要包括大尺度阵列同源分发倍频的频率分配方案;高效率高集成功率发射组件技术;大尺度阵列相位同步与误差自校正技术;低剖面天线结构及型面误差补偿技术;大型天线3D打印在轨建造方案设想以及空间微波功率发射阵列热控新思路等。文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列3个方面的6个主要问题,可为空间太阳能电站系统提供可优化、开放性的设计与发展思路。     

基于3D打印技术的微波开关设计与实践

文章介绍了一种基于3D打印技术的R型波导开关的设计方法,并对影响微波开关性能指标的射频参数、切换时间进行了验证。验证结果表明,微波开关的射频指标无恶化,切换时间缩短,微波开关可靠性得到提升。通过3D打印技术的应用,减轻开关重量17%以上,生产周期缩短60%以上。文章论述了微波开关射频指标、切换时间的设计过程和验证结果,解决了X频段R型波导开关切换时间长和重量大的不足,为波导微波开关制造提供了一种新的途径。     

基于深度学习的毫米波和亚毫米波成像仪的图像增强技术

风云四号卫星毫米波和亚毫米波成像仪(MMSI)数据根据采样方式分为过采样和非过采样数据。由于采样方式的影响,非过采样数据在采样过程中会有一定的信息损失。为解决采用简单的线性插值方法做精细化处理时提升精度有限问题,采用基于深度学习的方法增强MMSI亮温图像,设计卷积神经网络重建风云四号卫星MMSI的亮温图像和风云三号卫星微波成像仪亮温图像。实验结果显示:相比传统的双三次插值方法,在风云三号卫星微波成像仪亮温图像样本上峰值信噪比提升了1.13dB,结构相似度提升了0.01。实验结果表明:对于非过采样亮温数据,采用基于深度学习的方法增强图像具有更高的精度,同时可在其他微波探测仪数据中使用,具有很强的普适性。     

100 W微波等离子推力器固态源研制

为了实现微波等离子推力器的小型化,利用固态器件、衰减器和检波器一体化设计技术及液体冷却技术,研制出小型化的微波等离子推力器固态源,其输出和反射微波功率可由固态源输入电压和检波器的输出电压进行控制与检测,固态源的质量与体积分别是磁控管微波源的15%和6%。对采用固态源的推力器分别进行了地面和真空实验,结果表明固态源能稳定可靠地工作。