MEMS晶圆PCM应力表征结构设计与试验验证

针对微机电系统（Micro Electro Mechanical System,MEMS）惯性器件受微加工应力影响显著的问题,设计了一种推拉差分式MEMS晶圆工艺控制监控（Process Control Monitor,PCM）应力表征结构,实现了对MEMS晶圆不同位置应力的测量,避免了电学测试过程中采用晶圆探针引入额外应力的问题。建立了该应力表征结构的数值仿真模型,根据仿真结果对应力表征结构的尺寸参数进行了优化设计,并实际加工了推拉差分式MEMS晶圆应力表征结构。应力表征结构反映出实际加工的MEMS晶圆中不同位置应力大小、方向和应力分布情况。试验结果表明,MEMS晶圆整体上以拉应力为主,同时呈现一种中心挤压变形,外围拉伸变形的状态。沿（100）晶向的最大拉应力在表征结构上产生了18.9μm位移,最大压应力产生了-34.2μm位移;沿（110）晶向的最大拉应力在表征结构上产生了15.0μm位移,最大压应力产生了-57.8μm位移。     

W波段对脊鳍线过渡的波导微带转换设计CSCD

本文研究了 W 波段对脊鳍线过渡的波导—微带转换技术,对余弦平方渐变和 Spline 曲线渐变两种形式的对脊鳍线过渡进行了分析和仿真,并设计制作了 Spline 曲线形式的波导-对脊鳍线-微带转换,结构为背靠背。在整个 W 波段,单个过渡结构插入损耗小于1.3dB,回波损耗小于-13dB,在（90～99）GHz 内,单个过渡结构插入损耗小于1.0dB,回波损耗小于-20dB,实现了很好的宽带过渡性能。     

在片校准标准件基底边界条件影响

通过分析国内外校准标准件物理边界条件，研究不同校准基底的物理边界条件对共面波导（CPW）传输线特性和校准准确度的影响。研制了W波段砷化镓衬底的多线TRL在片校准标准件，将在片校准标准件分别放置在金属卡盘、玻璃片、吸波材料三种校准基底上。用三种不同校准基底的校准标准件对试验装置校准后，分别提取了CPW传输线的衰减常数、相对介电常数和特征阻抗，并对商用校准标准件104-783A的短路标准和传输线标准进行了测试，验证了结果的合理性。     

(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。     

基于神经网络的OFDM信道补偿与信号检测

针对非线性失真和多径效应混合的复杂信道条件，提出一种基于神经网络的正交频分复用（OFDM）信道补偿与信号检测的方法。首先接收端信号利用最小二乘（LS）算法和迫零（ZF）算法做预处理，然后再输入到一层全链接层的神经网络进行进一步的信道补偿与信号检测，并恢复数据流。仿真结果表明，在没有进行输入信号功率回退（IBO）时，所提方法的误比特率（BER）性能比LS算法提升2个数量级，比线性最小均方误差（LMMSE）、最小均方误差（MMSE）提升一个数量级；在进行IBO后，所提方法能避免LS信道估计下至少4 dB的功率损失，能避免LMMSE、MMSE信道估计下至少2 dB的功率损失。所提方法在一定程度上验证了机器学习结合通信的先验知识的这种新的网络结构更能提升系统数据传输的准确率。      

基于离散正弦调频变换的中段多微动目标分离

弹道导弹在飞行中段形成目标群，窄带雷达无法从距离上将弹道目标分离。为使窄带雷达具备分离弹道目标的能力，对弹道目标的微动特性进行研究。对振动目标的信号回波进行建模，分析其在离散正弦调频变换（DSFMT）中的聚敛特性。利用多分量信号在变换域中的聚敛特性，实现不同信号分量的分离，并估计出目标的振动频率。仿真实验表明，在信噪比-10 dB下，多个振动目标散射点的窄带雷达回波在DSFMT域上具有明显的聚敛特性，分辨出了不同的振动散射点，振动频率估计均方根误差小于-2.5 dB。      

基于SSA和BSS的单通道盲信号分离算法

针对空间侦察中单通道宽带接收机截获到多个独立辐射源信号时的盲源分离问题,提出了一种新的单通道盲信号分离算法。该算法首先利用奇异谱分析（SSA）构建伪阵列信号,进而采用盲源分离算法（BSS）实现信号分离。仿真试验表明：该算法可以有效地分离空间侦察中的几种常用信号,对单频信号和线性调频信号构成的单通道信号,在信噪比大于6dB时,分离前后信号的相似系数大于0.9;对不同的相移键控信号构成的单通道信号,在信噪比大于4dB时,误码率小于0.01。     

高垂直度和低沉积的MEMS陀螺梳齿结构释放工艺

梳齿型微机电系统（MEMS）陀螺的释放要求结构具有垂直度高、释放过程沉积聚合物少的特点,通过优化深硅刻蚀的工艺参数,包括钝化气体八氟环丁烷（C4F8）的流量、衬底温度、刻蚀气体六氟化硫（SF6）的流量和钝化气体C4F8的压力,实现了结构垂直度为90.0°、支撑层表面沉积物厚度为87.1nm的梳齿结构释放工艺。深硅刻蚀工艺的优化为高性能MEMS陀螺的加工提供了基础。     

一种MEMS陀螺随机漂移的高精度建模方法

为补偿MEMS陀螺随机漂移,采用时间序列分析法对其进行自回归滑动平均（ARMA）模型辨识,提出一种滑动平均（MA）参数估计的新方法。先将陀螺随机漂移建模为带观测噪声的ARMA模型,在估计出自回归（AR）部分的参数后,针对AR滤波后的残差,推导出一种方差小的MA自协方差估计值,并将该估计值作为输入,利用Gevers-Wouters（GW）算法估计出MA部分的参数。仿真结果表明,MA参数估计精度得到提升的同时,参数估计可靠性也得到了增强。MEMS陀螺的随机漂移补偿实验进一步验证本文所提算法的补偿精度高于改进前。      

下肢康复机器人动力学建模约束违约抑制

U-K理论为获得约束多体系统的解析动力学方程提供了新的理念，但由于数值近似和截断误差等因素的影响，动力学方程在位置和速度层面上存在约束违约。Baumgarte约束违约稳定法（BSM）通过约束修正得到稳定的动力学方程。然而，Baumgarte参数的选择通常涉及一个试错过程，可能会出现失效的仿真结果。为此，利用经典的四阶Runge-Kutta法研究了Baumgarte参数选取问题，创建了基于BSM修正后的U-K理论的机器人系统解析动力学方程。以下肢康复机器人为研究对象仿真分析，结果表明:利用所提方法可以有效抑制约束违约，关节角度误差控制在-5×10-3（°）~5×10-3（°）范围内；关节角速度误差控制在-2×10-4~2×10-4 rad/s范围内；机器人末端执行器运行轨迹能够很好地贴近系统预定的目标。      

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。     

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。     

微波印刷板电路基片复介电常数测量研究CSCD

本文研究传输线法测量微波印刷板电路基片的复介电常数。该方法以矢量网络分析仪作为测量仪器,使用与同轴测量端口相匹配的带状线传输线作为待测结构。带状线的复介电常数信息反映在其特征阻抗和复传播常数中,特征阻抗和复传播常数可由其ABCD矩阵得到。由矢量网络分析仪测量得到的二端口散射矩阵(即S参数矩阵)可直接转换为ABCD矩阵,由此求出介质基片的复介电常数。为得到带状线正确的S参数,需要对测量系统进行校准。本文采用由TRL校准原理衍生而来的校准方法做校准。     

中国中部低层大气行星波无线电探空仪的观测研究

通过分析武汉、宜昌和恩施气象局无线电探空仪2001-2003年的观测数据,研究了中国中部地区对流层和低平流层中行星波的特性.通过Lomb-Scargle(L-S)的周期图方法发现了周期为准16天和周期为准10天的谱分量占据着主导地位.观察发现,较大振幅的行星波振荡主要集中在5-15 km之间.准16天行星波沿纬圈向西传播,对应的纬圈波数大约为2,水平波长约为17 324.8 km,传播相速度约为-12.5 m·s-1(东向为正),通过计算准16天行星波在10 km以下相位随高度的改变可以得到其垂直波长大约为25-30 km,而在对波层顶附近其相位几乎没有发生改变,呈现出静态波特性.准10天行星波沿纬圈向东传播,对应的纬圈波数大约为4,水平波长约为8627.3 km,传播相速度约为10.0 m·s-1,垂直波长约为22-40 km.      

磁暴恢复相后期超低频波观测分析

利用Radiation Belt Storm Probes（RBSP）和Magnetospheric Multiscale（MMS）的联合观测研究了2016年1月25日和2月22日的两个超低频（ULF）波动事件.这两个事件均发生在磁暴的恢复相后期，波动分布在晨侧与正午之间的区域.RBSP观测到的两次波动都发生在低L-shell（4.7～5.8），MMS观测到的两次波动都发生在高L-shell（8.0～14.2）.在高L-shell，超低频波偏振以环向波为主，沿磁力线方向为基频谐波.在低L-shell，超低频波偏振以径向波为主，沿磁力线方向为二次谐波.对内磁层（L<6）中的ULF波，通过比较∂f/∂w|μ,L和（dL）/（dW）（∂f）/（∂L）|μ,W的绝对值可知，bump-on-tail的离子分布和向地的离子相空间密度梯度通过N=1的弹跳共振，共同为波动的产生提供自由能.多重事例分析表明，在磁暴恢复相后期，约10keV的离子伴随着波动的存在而存在，并且为波动的产生提供自由能.      

基于四路信号处理的载波锁相环

载波跟踪环是独立导航接收机中最为脆弱的部分,在一定载噪比下,影响载波跟踪环跟踪门限的主要因素是动态应力。科斯塔斯锁相环是最常用的载波跟踪环之一,由于频率牵引范围的限制,其对动态应力非常敏感,该频率牵引范围由最大相位牵引范围决定。传统科斯塔斯锁相环是基于两路信号处理进行载波相位锁定的,其相位牵入范围仅为［-π/2,π/2］。文章提出了一种基于四路信号处理的科斯塔斯锁相环,增加的两路信号分别与原来两路相位相差π/4,其相位牵入范围可以达到［-3π/4,3π/4］,较传统方式提高了1/2。仿真结果显示文中提出的设计方法能够明显提高环路的动态性能     

面向星载应用的地面测试系统设计CSCD

星间数据传输体制要求星载设备数据传输具备实时性、高精确性,在数据传输过程中必须保持节拍同步。相关星载设备在上天前要进行严格的数据流测试以保证满足要求,因此在地面搭建数据流测试系统有重大的意义。本文通过对1553B总线仿真卡进行二次开发,完成了地面测试系统的设计。对相关星载设备的测试结果表明,该系统实现了1553B总线中的BC-RT(总线-远程终端)、RT-BC(远程终端-总线控制器)、RT-RT、MT(监视终端)传输模式,完成了限定时间内规定数据量的正确传输,保证了数据传输节拍的同步,确保了对相关星载设备的数据流测试。该系统不仅能够满足相关星载设备的测试需求,而且可以作为一种通用的数据流测试平台,较好地提供了1553B总线数据级的测试手段。     

一种可控宽带直流放大器的设计

以80C51单片机和FPGA为控制核心,利用可控增益放大器AD603和可控编程放大器THS7001,设计了一种可控宽带直流放大器。通频带为(0～5)MHz和(0～10)MHz可选,增益调节范围为(0～60)dB,可驱动50Ω负载,输出22 V峰峰值信号。系统结构简单,界面友好。