波导R型开关射频转子的设计方法

根据波导R型开关的工作原理，介绍了波导R型开关射频转子的设计方法。通过对1/4波长阻抗变换器以及非工作状态通道本征模的研究，将该理论应用于波导开关转子设计当中。该方法可有效满足对波导开关低插损、低驻波以及高隔离度的性能需求。通过相关理论计算给出了各微波参数的控制方法，结合HFSS仿真软件并通过优化最终得到理想的波导R型微波开关，实测与仿真结果一致性好。     

一种射频同轴矩阵开关的设计

针对在微波测试仪器和系统中信号路由选择、传输环路备份的灵活性和可靠性的需求,设计了一种具有1×5、2×4、3×3三种工作模式的射频同轴矩阵开关.首先,确定了矩阵开关的整体结构,并设计了一种平衡旋转式的电磁驱动系统;然后,在确定了同轴射频组件的微波传输频率和介质撑的材料后,通过理论计算和仿真优化得到了其最终尺寸;最后,为了避免矩阵开关本身结构特性所造成的指标恶化,通过减小搭接处的传输簧片宽度和对搭接处的射频连接器内导体进行台阶变换,抵消了其产生的电容效应,从而补偿了同轴组件到边缘线型传输线过渡段的不连续性.对设计进行仿真验证的结果表明:矩阵开关的性能指标满足要求.对设计出的产品进行实测,在DC～20 GHz的频段,开关的电压驻波比小于1.2,插入损耗小于0.5 dB,隔离度大于90 dB,满足设计要求.结果 表明:矩阵开关具有比普通微波开关更加灵活的传输切换方式.矩阵开关在保证传输切换灵活性的前提下避免了因此而产生的指标恶化,因此具有一定的经济效益.     

航天器太阳电池阵分流技术研究

对航天器太阳电池阵分流技术进行了归纳总结,对PWM,S3R和S4R三种开关分流调节技术进行了详细的原理分析,比较总结各自的技术特点。并对S3R和S4R技术进行了深入研究,对S3R技术进行了详细的设计与计算,对S4R技术典型工况进行了详细分析与实验验证。同时对三种开关分流技术做出了评价。     

一种基于3D打印技术的太赫兹天线设计

太赫兹天线工作频率高(100GHz～10THz)，对加工、装配精度要求严苛。合理有效的天线结构设计是太赫兹天线工程化亟待解决的技术难题之一。文章结合型号研制了一套工作在93.9GHz的太赫兹天线，并采用3D打印技术，详细阐述了天线结构、各组成结构材料和关键点，并根据使用环境，对天线结构进行了验证和电性能测试。地面试验结果表明，整套天线满足各项指标要求，也验证了该天线结构设计的合理性和有效性。本设计的创新点是极小尺寸双反天线的3D打印设计与工艺，且工艺方法和设计思路具有普遍性。基于3D打印的太赫兹天线将在航天领域得到越来越广泛的应用。     

Ka波段宽带波导-微带转换结构设计与应用

为探索毫米波功放高功率稳定输出特性，设计研究了一种适用于Ka波段的共面输出新型波导-微带转换结构，采用HFSS仿真软件分析了结构可行性，并在样机上进行组装验证。通过优化转换结构，设计两段式微带的一体化结构矩形波导口作为射频输出，波导口尺寸为2.0mm×711mm，通过在波导微带探针结构中引入共面波导间的宽带互联结构，采用键合金丝串联微带与探针完成阻抗匹配，在确保薄膜探针可靠性组装的同时，可有效确保射频输出指标的一致性。最终产品性能测试覆盖33.5GHz～35.5GHz，实现了毫米波信号的优良传输，输出功率稳定保持40dBm～42dBm。该两段式微带-波导转换方式，具有功率较高、损耗较低的特点，加工一致性好，在微波毫米波领域具有非常广阔的应用前景。     

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。     

一种W波段波导衰减器的设计与验证

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及控制的需求,设计了一种工作于75 GHz～ 110 GHz毫米波频段的大功率高精度波导可调衰减器.文章采用了吸收式衰减的方案,设计了一种插入式衰减的波导衰减器的衰减结构.首先确定波导可调衰减器结构要求;其次运用HFSS软件对衰减器射频指标进行设计仿真,并对衰减片方阻、厚度、外形结构等进行参数分析;最后通过制造出波导可调衰减器实物并进行测试,验证了设计方法及设计结果准确.结果 表明:波导可调衰减器的驻波比与衰减片外形有关,衰减平坦度与衰减片方阻值相关.在75 GHz～110 GHz频段,衰减器的电压驻波比小于1.2,插入损耗小于1.0 dB,衰减量调节范围为0 dB～ 30 dB,耐功率为500 mW,实现了低驻波比、小插损、大衰减范围、高精度的技术要求.     

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。     

宇航微波开关研究现状及发展趋势

宇航微波开关大量应用于各类通信卫星中，是卫星有效载荷的基本组成单机之一，其主要功能是备份高失效率的微波通道单机，或作为路由器实现微波通道信号切换。国内外多家宇航公司对微波开关开展了多年的研究。在设计方面，微波开关涉及的学科领域包括高频电磁学、低频电磁学、力学和热学；在生产工艺方面，微波开关涉及高精密机械加工、热处理、表面处理以及精密装配，这是一种多学科交叉的空间高精密电子产品。主要对宇航微波开关国内外的研究现状、典型产品、技术方案和产品性能等方面进行了重点介绍，同时对微波开关中的关键技术进行了仿真分析，最后总结与分析了微波开关的发展趋势。     

YH-1火星探测器射频波导测试技术

研究了一种在普通厂房内对萤火一号(YH-1)火星探测器进行射频测试的天线波导射频技术。给出了发射和接收天线波导设计,以及天线波导测试的方法、步骤和测试结果。对电场辐射强度分析表明:采用该天线波导转换器可在普通厂房内进行射频无线测试,满足深空航天器射频测试要求,提高了测试的完整性和安全性。     

一种基于氧化锆陶瓷的宽带圆极化双环天线

随着射频系统工作频率的不断提高,介质天线因不受导体损耗影响而备受关注。基于高介电常数介质波导在其高次模截止区的漏波辐射以及陶瓷三维打印技术,提出了一种宽带圆极化双环介质天线。相比于同样是工作于行波模式的金属宽带圆极化环天线,该介质天线的漏波辐射更易产生。探究了介质波导的辐射机理,并详细展示了该介质天线的设计过程：先将漏波辐射的直介质波导弯曲成单环以实现圆极化,再把单环结构拓展为双环,从而展宽天线的工作带宽。通过对比单环与双环介质天线可以发现,双环结构的轴比带宽大约是单环的3倍,且两天线在工作频段内均具有良好的右旋圆极化特性。为了验证该天线设计的有效性,利用陶瓷光固化工艺（一种三维打印技术）制作了天线实物,其实测轴比带宽为3.94~5.1GHz,最大增益为8.6dBic。     

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。     

共面波导效应对射频电路板的影响及其应用

文章简要介绍了共面波导的定义及特点,详细分析了在射频PCB设计中的共面波导效应及其对微带传输线的影响,同时分析介绍了利用共面波导效应画传输线的方法。     

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。     

多端口射频开关矩阵单元的设计及应用

多端口射频开关矩阵是卫星有效载荷单机产品自动检测系统的主要组成单元,文章主要介绍了多端口射频开关矩阵产品的射频链路构造设计、控制电路设计和控制软件设计,并给出了应用范围。     

星载SAR缝隙波导天线环境适应性设计与验证

针对星载合成孔径雷达（SAR）长寿命、高可靠的需求,从天线的类型选择、构型设计和实现途径等方面介绍了某大型星载SAR平面相控阵天线的技术路线,确定采用真空钎焊技术的整块缝隙波导天线为研究对象;从机电热全面分析其在空间力学环境、热环境、真空环境和带电粒子辐射环境下的适应性设计关键技术和难点,如:通过合理减重、结构分块和布局优化等设计,解决天线的刚强度问题;对天线全流程工艺进行控制以获得满足热控要求的阳极氧化膜;采用游离设计减小天线在高低温环境下的热变形;通过合理确定电场最强处两个金属面的间距来消减天线在真空环境下的微放电现象;通过选择聚酰亚胺材料作为射频连接器的介质支撑来提高天线的抗辐射能力。环境试验和在轨验证结果证明,该缝隙波导天线设计合理,环境适应性良好,能够稳定正常工作。     

空间互联网应用的三层交换技术探讨及软实现

三层交换技术是运用现有路由技术和交换技术两者的优势,并将其有机地结合,很好地解决了网络路由器的瓶颈问题。文章提出基于Linux操作系统实现纯软件三层交换机,通过Linux网桥实现二层交换,使用开源软件Zebra进行三层路由,并且将二者有机地结合,使其实现＂一次路由,多次交换＂。最后,对软三层交换机的连通性及传输速率进行了实验验证与详细分析。     

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。     

国外微放电设计与测试标准研究进展

微放电是航天器大功率微波部件不可避免的问题,为了满足航天器有效载荷发展任务需求,近年来航天器微波部件制造工艺、技术水平都得到大幅度提升,相应的验证测试也变得更为细致严谨,美国政府及航天工业联合建立了微放电检测标准,欧洲空间标准化组织修订其微放电检测标准,我国也建立了相关微放电检测标准。文章介绍了国外微放电设计与测试标准研究进展,主要介绍了与我国检测标准不同的部分,包括美国微放电检测标准中的最低微放电准则、微波部件分类及分析方法,欧洲微放电检测标准中的微波部件分类与微放电考核方法、多载波微放电测试方法,以期为国内微放电检测研究提供参考。