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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

航天器大功率天线部件的微放电试验方法

微放电效应是制约航天器系统功率容量的重要因素,为了精确获得微波产品的微放电性能,有必要提高微放电测试方法的性能.研究了不同天线馈源产品的微放电测试需求,提出了两种典型的辐射式微放电测试架构.这两种测试的典型构架分别为采用透波真空系统方式和采用非透波真空系统与大功率真空吸波箱相结合的实现方式.透波真空系统的微放电测试系统保证了真空测试环境,以常压环境大型吸波暗室作为功率吸收载体,保证了更高的功率吸收、更好的散热和驻波性能,适用于尺寸小的天线产品;非透波真空系统的微放电试验系统在常规的非透波真空罐中实现,不受透波真空系统尺寸限制,实现了大型天线的微放电测试.这两种微放电试验方法性能良好,覆盖了各种尺寸天线的微放电性能测试需求,顺利完成西安分院多型号天线微放电试验任务,包括国内首例大尺寸天线的微放电试验,获得了良好的效果,有力提升了我国航天器的设计研制和试验验证能力.     

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。     

星载微波辐射计天馈系统噪声温度分析

星载微波辐射计在轨运行时,影响天线温度的因素与天馈系统的空间与时 间的不稳定性有关。在最坏情况下,裸露在卫星舱外的天线物理温度的变化值可达±
150℃,而且太空环境和卫星舱内环境存在一定的温度差异,使得连接天线与开关 的波导存在一定的温度梯度。依次分析了反射面对观测信号传输的影响,天线馈源物理 温度在-150℃～150℃范围内时的噪声温度,温度梯度对计算连接波导噪声温度的影响。利 用上述的分析结果,确定了天馈系统的在轨测温方法以满足星载微波辐射计精确定标的要求 。
     

卫星天线高低温热变形测量技术综述

卫星天线产品在进入轨道工作之前需要在地面进行模拟空间环境的高低温热变形测量。文章依据测量设备所处环境及测量方式将卫星天线高低温热变形测量划分为常压高低温测量和真空高低温测量，介绍了真空罐和常压高低温箱测量方式的工作模式及应用范围。此外，还对高低温热变形测量的特点、误差影响因素、现存的问题做了介绍和讨论。最后对卫星天线高低温热变形测量的未来重点研究方向给出建议。     

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。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

应用混合工质制冷技术的环模设备

在-80℃的热真空环境模拟试验采用混合工质制冷的环模设备能克服液氮制冷的不足。文章提出了环模设备混合工质制冷系统的方案,介绍了混合工质制冷技术的流程、性能,提供了采用混合工质制冷的部组件的环模设备的调试结果。结果表明该设备各系统运行稳定、可靠,满足热真空试验要求。     

双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

文章针对卫星复合材料天线在轨工作的高、低温温度环境,选择了玻璃化温度在220℃以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的候选基体。在常温、极端低温-196℃和高温＋150℃测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参数,包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层问剪切强度和热膨胀系数等。同时,对统计测试结果进行了分析,对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的复杂性,选择了改性增韧环氧树脂5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材料。     

静止轨道卫星姿态偏置对天线方向图影响的分析

地球静止轨道（GEO）卫星通常具备滚动、俯仰姿态偏置能力,即卫星滚动或俯仰姿态控制目标角度不是0°,而是某一设定角度,以便卫星定点位置改变时也能确保天线方向图覆盖满足要求。文章对某GEO卫星姿态偏置后对天线方向图及卫星其它性能的影响进行了分析,给出了卫星姿态偏置情况下天线覆盖区域的计算方法,在计算时考虑了卫星轨道倾角的影响。分析结果表明：由于卫星天线方向图设计时均有一定的设计裕度,卫星定点位置发生变化时,通过进行姿态偏置,可使其天线方向图满足用户使用要求,卫星在轨测试及运行结果也验证了这一结论。