Ka频段低轨遥感卫星可变编码调制应用效能研究

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星的星地数据传输能力提升提出了迫切需求,导致X频段星地数传通道压力急剧增加,而Ka频段可用带宽是X频段的4倍,理论上可大幅提升传输能力。当前低轨遥感卫星的星地数据传输通常采用固定编码调制（CCM）和可变编码调制（VCM）,均未利用地面站仰角增大时大气衰减减小所带来的信道条件改善,对链路资源造成浪费。针对此问题,对指定地面站和链路可用度,综合考虑自由空间损耗和大气衰减随接收仰角增加而同时减小的特性,提出基于DVB S2标准的Ka频段星上VCM系统实现方案,给出传输效能评估标准,并对降雨特性不同的喀什站、北京站、三亚站CCM,VCM的Ka频段传输效能进行了对比仿真分析,以寻找出适合不同站点的星地数传方案。仿真结果表明：干旱少雨的喀什站更适合采用CCM,且链路可用度高达99.82%;雨量中等的北京站可根据用户使用需求灵活选择CCM或VCM;而降雨丰富的三亚站更适合采用VCM,不仅可将传输效能提升8.37%,还可将链路可用度提升11.23%。     

日本“樱花”通信卫星系列(CS)

现在世界卫星通信中主要采用 C 频段(4/6 GHz 频带)和 Ku 频段(12/14GHz频段),而日本开拓了 C 频段及 K 频段(20/30GHz 频段)的应用。(注:通常20～30GHz 频段是指准毫米波频段,而30～40GHz 频段是指毫米波频段,两者是有区别的,但为方便起见,准毫米波频段也称为毫米波频段。)     

俄月球-全球等探测任务中的无线电科学试验

俄罗斯航天局正在规划和推进新的月球探测计划,包括月球-资源和月球-全球探测任务,它们搭载了3个无线电科学载荷:2个无线电信标机分别安装在2个着陆器上,1个Ka波段接收机安装在月球-全球轨道器上。信标机发射频率为8.4GHz和32GHz。8.4GHz的微波信号将被发回地球,利用地面VLBI监测网对信号进行测量,其结果可用于精密的天体力学观测及导航,还能用于月球天平动研究;32GHz信号将用于定轨和月球重力场研究。Ka波段信号天线轴指向着陆区天顶方向,信号由轨道器接收。本文基于对Ka波段信号多普勒频移的精确测量,通过研究着陆区附近重力场的微小变化(约3~5mGal精度),探讨月球重力场的不均匀性,其测量数据的空间分辨率约为20km。     

电磁干扰自动测量系统

电磁干扰自动测量系统可完成产品诊断测量、环境场测量和基于GJB-151/152标准的有关测量。测量频率范围为14kHz～18GHz,幅度测量精度在30MHz频率以下优于±2.85dB。在30MHz～6GHz范围内优于±3.86dB,在6～16GHz频率范围内优于±4.81dB,在16～18GHz范围内优于±5.06dB。     

霍尔推力器羽流对S波段电磁波的衰减研究

霍尔推力器羽流对S波段电磁波信号有衰减作用,这对星上推力器与天线的布置策略有重要影响。为研究S波段电磁波的衰减程度,建立几何光路算法,对电磁波在等离子体羽流媒质中的传输衰减进行数值描述,并以试验所测的信噪比数据来验证算法精度。验证试验采用空间透射波法,在相同工况的试验与计算结果对比中,最大计算误差为26.1%,平均误差为7.3%;在趋势上,试验结果与计算结果保持一致。在此基础上,针对84个在轨典型工况进行S波段电磁波信噪比衰减计算,结果显示：羽流对电磁波的吸收作用是影响衰减的主要因素,衰减最大区域出现在天线位置0.3～0.6m、方向角15°～30°的区域,衰减值在-7~-4dB之间。该结果可为霍尔推力器与天线在卫星的布置提供参考依据。     

Ka频段卫星通信链路雨衰对策

利用电波雨衰模型对Ka频段卫星通信链路雨衰影响进行了分析,得出上行链路采用水平极化、下行链路采用垂直极化方式,可有效降低链路降雨衰减影响,上下行链路相互干扰最小的结论。提出的上行链路实时动态补偿,下行链路固定补偿的雨衰补偿方法,简化了卫星控制。给出的利用下行链路雨衰信息,设置阈值和注入信号的上行链路雨衰补偿流程,补偿精度高,解决了非降雨因素链路电平变化带来的雨衰误补偿问题。     

基于串联低中频替代法的衰减测量系统

介绍了一种以半自动感应分压器作为中频标准衰减器,可实现准确、快速衰减测量的基于串联低中频替代法的微波衰减测量系统,并对半自动感应分压器、测量系统、测量结果和系统改进方法等部分进行了详细的分析。该系统在10MHz至18GHz频率范围内可测量衰减的范围为(0~80)dB。     

Ku/Ka双频共口径微带阵列天线设计

采用双频段天线共面嵌套放置,实现了结构紧凑的Ku/Ka双频共口径微带阵列天线设计。Ku频段天线单元采用微带线侧馈,Ka频段天线单元通过在接地板开L形缝隙进行耦合馈电实现圆极化工作。仿真和测试结果表明了设计的可行性。Ku/Ka频段天线仿真的相对带宽分别为2.2%和4.3%,实测结果分别为2.1%和3.4%。该结构的天线可应用于Ku/Ka频段的卫星通信中。     

应用LTCC工艺的基片集成波导开关矩阵

文章首次应用低温共烧陶瓷(Low-temperature Co-fired Ceramic,LTCC)工艺和基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术,实现了星载高频段开关矩阵。首先详细讨论了不同层间SIW 通道的连接过渡方式,并分析了通道间隔离度特性。在此基础之上,应用单刀双掷开关芯片作为通道选择器件,多层SIW 通道作为射频信号传输、连接和交叉通道,实现了基于LTCC技术的高隔离度、低插损的K 频段4x4开关矩阵,在20~21GHz频带内实测的通道插入损耗小于8dB,通道间隔离度大于38dB。从而解决LTCC高频开关矩阵设计受限于传统带状线特性而导致得到的开关矩阵插入损耗大、隔离度低的技术瓶颈。     

低插入损耗宽带模拟信号处理滤波用超导抽头延迟线

横向波滤波器已经用微型超导抽头延迟线实现。由于超导体的损耗低,这就有可能采用小型带状线结构在微波频段提供有效延迟。抽头延迟线是以回波耦合器或以阻抗间断形式来实现的。Chirp(线性调频滤波器)是用这样一些耦合器级联起来增加长度的办法组成的。在2.6GHz带宽内做了脉冲展宽和压缩实验。通过给这些抽头加权,可使旁边电平的减小,比峰值输出低26dB。应用耦合模的分析来预测这种滤波器的响应特性,其分析结果与实验非常符合。分析还表明,如果加强耦合使插入损耗减小约10dB,就会产生明显相位畸变,旁边的电平同时成比例地减小。已经提出一种计算方法,根据它来调整抽头的位置,以便用补偿抽头重加权引起的畸变来预先修正相位响应。对经预先修正的器件的进一步分析表明,在插入损耗为3dB的汉明(Hamming)加权滤波器中,旁边的相对电平能够达到41dB。这种技术可用于声波滤波器和光栅滤波器。     

毫米波大气窗口在临近空间等离子体鞘套中的传播特性

针对飞行器再入和以高超声速在临近空间飞行时出现的通信黑障问题,依据RAM C提供的飞行试验数据建立等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体厚度及等离子体碰撞频率和等离子体电子密度等参数对毫米波大气窗口传输的反射和衰减特性.综合分析表明,可以采用大气窗口35 GHz所在的Ka波段作为临近空间主通信平台,辅以大气窗口0.22 THz所在的太赫兹波段天基中继平台,以期实现飞行器在临近空间飞行时的实时测控.     

基于实时观测数据的大气密度模式修正

针对国际大气密度模式NRLMSISE-00, 以中国神舟飞船探测数据为基础, 提出一种基于实时大气密度观测数据的模式修正方法. 通过计算分析模式计算结果与探测数据的误差分布特征, 针对地磁相对平静期(Ap≤ 30)模式计算的误差特点, 建立了一种平均误差修正方法, 即认为在相对平静期, 在相同纬度和地方时, 模式误差基本相同, 某一时刻模式预测误差可以近似用与其相同纬度和地方时的平均误差来替代, 从而对模式预测结果进行修正. 以神舟4号探测数据为基础, 通过对模式预测结果采用两种方式进行修正, 可以看到模式误差得到了一定的改善. 采用误差库累积准实时修正, 修正后的误差由原来的20 %降至6 %; 采用误差库5天滑动预报修正后, 模式提前1, 2, 3天的预测误差由原来的20 %分别降至7.8 %, 9.4 %和10.5%.      

10KHz中频衰减校准接收机

一、前言为了满足对精密衰减器的计量、检定和对中频衰减标准装置量值传递的需要,我们研究了国内外的有关资料,并在计量院无线电室等单位的大力支持下,结合我们自己的实际条件,研制成功了中频10KHz串联型射频衰减标准装置。本装置在2～6GHz频段内所达到的准确度为: 0～50db量程内为±0.002db/10db;50相似文献   

大功率高效率星载固态功率放大器研究

针对卫星系统对于微波大功率放大器的需求,研制了L频段200W高效率固态功率放大器,对其设计方法和关键技术进行了详细论述。应用低温共烧多层陶瓷技术,实现了射频电路的高集成和小型化;基于第三代半导体器件,应用波形赋形及线性补偿技术,提升了射频电路的功率和效率;采用移相全桥拓扑,研制了高效率、大功率二次电源。在1.45~1.55GHz的频带范围内,固放整机输出功率大于200W,效率高于60%,3阶交调优于18dBc,同时具备30dB增益可调,360°内步进5.6°的相位可调能力。试验结果表明,该固放为目前国内星载领域连续波功率和效率最高的单机。     

(0.1～1.8)GHz SiGe HBT超宽带低噪声放大电路设计

本文选用SiGe材料低噪声放大芯片，设计了一款(0.1~1.8)GHz小型低功耗超宽带低噪声放大器（LNA）。该LNA采用两级放大结构，负反馈方式实现宽带匹配，级间和输出端匹配采用小阻值电阻提高电路稳定性，电路尺寸为35mm×15mm。测试结果表明：工作频率为(0.1~1.8)GHz，在室温条件下，增益为30dB，噪声系数<0.82dB，增益平坦度<0.5dB，输入输出回波损耗<-10dB，直流功耗为41.8mW；在-40℃低温条件下，增益为32dB，增益平坦度、输入输出回波损耗、直流功耗与室温下一致，噪声系数<0.69dB。设计过程与测试结果验证了本文中使用室温SiGe放大管的S参数计算-40℃温度下该芯片S参数方法的可行性。     

大气湍流对深空天线组阵相位影响分析

深空测控网采用大规模天线组阵系统比单个大天线具有一定优势,构建一个Ka频段的天线组阵系统无论对于星际测控通信还是天文观测都是一种经济、可持续扩展的技术方案。然而天线组阵系统工作于Ka频段时,由于天线间相位的快速起伏漂移将使得合成信噪比迅速恶化,尤其对于深空测控上行链路信号的相位监测和闭环控制带来巨大挑战,所以对天线间大气相位扰动测量和数值模拟非常必要。参考国外相关的干涉测量数据,首先分析了天线组阵大气相位扰动测量和统计分析方法;然后利用微波大气湍流模型,建立了天线组阵相位漂移抖动模型;对大气湍流引起的相位延迟扰动过程进行了仿真实现。利用模型产生的天线组阵相位抖动数值,可以测试和评估天线组阵信号合成处理系统的适用性。     

基于分形的宽带漏波天线研究

设计了一种新型的具有宽频带特性的微带平面漏波天线.该天线由基片集成波导喇叭、抛物面结构和一组30×10单元的微带贴片阵列组成.分析比较了普通贴片和分形结构贴片天线的带宽和辐射特性,发现具有分形结构单元的天线具有更宽的频带和更好的辐射特性.仿真结果表明,采用Minkowski准分形结构贴片单元的漏波天线在18～22GHz内回波损耗都大于10dB,带内增益可达17dB.实测结果表明,天线在18～22GHz内回波损耗大于10dB,在20GHz增益为14dB,适合于卫星应用.这为将其用作对地观测卫星数传天线提供了新的理论支撑.该新型微带平面漏波天线具有高增益、宽频带、小体积、轻质量和波束扫描等优势,可作为航天器天线的优选.      

一种新型双层介质结构Butler矩阵研究

提出并实现一种基于双层微带结构的新型8×8 Butler矩阵。利用双层微波电路结构将器件分置于上下层以省略跨接器;采用两段近似λ_g/8阶梯耦合微带线Schiffman结构实现宽频带移相;采用三分支线定向耦合器作为宽带电桥。采用该方法设计并实现工作于C波段的8×8 Butler矩阵样品;实测结果表明,其可在(4.2~5.3)GHz范围内实现各端口回波损耗不大于10dB、端口隔离不小于17dB、功分比误差不超过±1.5dB、相位误差不大于±12°等指标,实测平均插入损耗约2.5dB。新型Butler矩阵较之采用跨接器的经典结构损耗小,更加适用于较大规模多波束成型网络。     

中星16号 叩开通信卫星高通量时代大门

<正>4月12日19点04分,国内首颗Ka频段点波束卫星中星16号在西昌卫星发射中心由长征三号乙火箭成功发射。中星16号卫星(又名实践13号)是我国首颗高通量通信卫星,首次应用Ka频段多波束宽带通信系统。在完成试验验证以后,卫星将纳入"中星"系列,命名为"中星16号"。"高通量卫星"的特征中星16号卫星是首颗高通量通信卫星,通信总容量超过20吉比特/秒,超过中国此前研制的通信卫星容量总和。中星16号卫星的成功发射是建设航天强国的又一重要标志性成就,使中国卫星通信能力实现重大跨越,     

Ka波段MEMS分布线式移相器特性的仿真研究

在理想共面波导CPW（coplanar-waveguide）上周期性加载微电子机械系统MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）开关,实现了4位Ka波段分布线式DMTL（distributed MEMS transmission line）移相器的建模和仿真。通过改变驱动电压来调整MEMS桥的高度,从而改变CPW的相速达到实时延迟。并采用HFSS全波分析和ADS电路分析工具,经仿真计算表明在38GHz以下移相器具有良好的移相精度（3°）、较低的插损（S21在-10dB以下）及回波损耗（S11〈-4dB）,在弹载相控阵收发组件上具有较大应用价值。