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。     

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.     

一种DC-40GHz带状线到共面波导同层过渡结构设计

针对基于微波多层LTCC基板的带状线功分器输入端口存在的大高度差过渡问题,提出一种新型带状线到共面波导宽带同层过渡结构。在传统过渡模型基础上,引入高阻线及共面波导到带状线的交叉过渡形式,使得传输性能有所改善。仿真结果显示,在0GHz~40GHz范围内带状线到共面波导水平过渡的回波损耗小于–20d B,插入损耗小于0.2d B。应用过渡结构的带状线功分器性能指标满足要求,验证了过渡结构设计的可行性和有效性。     

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。     

一种新型星载QPSK调制模块的设计

调制模块是光学遥感卫星、微波遥感卫星及载人航天数据传输系统中必不可少的一部分，同时QPSK调制也是星载输出传输系统中最常用的调制方式。文章介绍的新型QPSK调制模块创新点在于：1)使用微带到槽线的过渡结构实现巴伦的功能及调制的功能，使调制模块达到更优的幅相指标；2)采用基带数据通过微带线通孔传输数据的方式代替金带压焊的方式，避免了金带压焊环节带来的人为风险；3)采用1/4波长电桥的设计方法替代Lange桥实现载波相位相差90°功分的功能，解决了Lange桥电装过程中金带压焊困难的问题。在设计过程中，采用场路联合的仿真设计方法，从阻抗匹配和场模式两方面对该结构进行了分析，应用Advanced Design System和Computer Simulation Technology联合仿真对电性能进行仿真优化，实现了QPSK调制电路良好的幅相特性和匹配特性。目前，该创新型设计方法已应用于工程化的调制模块设计中，在提升调制模块模块的性能的同时降低了生产制造难度。     

一种基于LTCC技术多层带通滤波器的仿真设计

文章从耦合矩阵出发,用发夹型谐振器实现了一种多层LTCC三级带通滤波器的结构,并通过将电磁场数值计算与电路结构仿真相结合,引入了一个适合于多级LTCC带通滤波器的设计方法。在利用电磁场仿真软件对滤波器中的谐振器及其耦合结构做出详细分析的基础上,得到三级切比雪夫响应带通滤波器;进一步在谐振器之间引入源耦合,在阻带位置中产生传输零点,从而增大传输零点附近的衰减。     

W频段波导微带过渡设计及容差分析

设计一种全频段低损耗的矩形波导-微带探针过渡结构,通过优化微带匹配电路同时引入腔体阻抗匹配设计,实现过渡结构在75GHz～110GHz内的良好性能,其仿真插入损耗小于0.34dB,回波损耗大于17.5dB。针对W频段宽带毫米波组件对装配工艺精度要求高的特点,利用HFSS分别对盒体装配误差、印制板装配误差以及金丝拱高误差进行容差分析。仿真结果表明,结构在合理的装配误差控制范围内具有良好的宽带特性。     

EHF波段波导到微带的对脊鳍线过渡研究

文章针对毫米波集成电路的需要,提出并分析了EHF波段波导-微带对脊鳍线过渡结构。在集成电路系统要求的42GHz～46GHz频段内,背靠背过渡段插入损耗小于0.1dB,回波损耗大于20dB,仿真结果表明该过渡结构满足设计要求。     

基于人工PML表面的高效微波能量接收

文章基于人工完美匹配层(PML)的电磁特性提出了一种新型的可用来实现能量完美匹配接收的高效整流天线板,并从仿真上给予了验证。该整流天线板同时拥有与空气完美匹配的阻抗以及超高效的能量吸收特性,仿真结果显示1/80空间工作波长厚度的整流天线板即可吸收转化垂直入射电磁波99%以上的能量,该技术可广泛用于当今各种频段的微波能量传输与接收装备研发应用领域。     

基于NS-3的无人机自组网跨层能源优化路由陈不了

无人机Ad hoc网络是一种拓扑变化频繁的特殊能量受限网络，为平衡网络中各节点的通信能耗，降低传输总能耗，从网络分层优化的角度入手，提出了一种综合考量物理层能源消耗率与网络层跳数最小化的预期寿命路由度量，保证跳数较少的前提下，分组沿预期寿命较大的路径传输，并给出了改进路由算法在NS-3中的具体实现。仿真结果显示，引入新度量后，网络的总能耗相比经典协议降低了12%，各节点剩余能量分布方差降低了17%，较长仿真时间内节点存活率提升了18%。结果表明改进协议均衡了无人机网络中各节点的能耗分布，降低了网络的总能耗，在一定程度上降低了节点死亡率，延长了网络寿命。     

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.     

结构紧凑的微带滤波器的仿真

在微带带通滤波器中,通过引入一段短的均匀传输线和引入一段短的、并具有分布电感的传输线,分别实现了"容性"和"感性"的耦合。通过高频仿真软件HFSS的仿真,验证了这两种耦合机构的耦合极性相反;并应用这两种耦合机构,分别仿真了通带带外具有1个衰减极点的两种3阶带通滤波器,仿真了具有椭圆函数传输特性和自均衡传输特性的4阶微带带通滤波器,其仿真的电性能优良。由于这两种耦合机构分别应用于具有集中元件K阻抗变换器的平行耦合微带带通滤波器,可以使这种微带滤波器的结构更紧凑。     

基于LTCC的三维功分器设计

低温共烧陶瓷(LTCC)技术是实现微波电路与系统小型化、高密度组装和互联的有效途径。文章研究了基于LTCC工艺的三维微波传输特性,设计了两种X波段三维结构功分器。利用高频仿真软件HFSS进行了建模仿真和性能优化,并加工了实物进行了测试。测试结果和设计结果性能吻合很好。     

分离式垂直方向充退磁线圈数值仿真研究

针对航天器充退磁试验对简便快捷的垂直方向充退磁设备的需求,文章提出一种分离式垂直方向充退磁线圈结构,避免了安装过程中复杂的接插工序,可有效缩短试验时间。通过理论计算说明了分离式充退磁线圈结构与现有设备的等效性,利用磁仿真平台建立了线圈结构模型,并对其充退磁特性以及由于结构改变带来的磁场均匀性误差进行了仿真分析,充分验证了理论计算的正确性。     

基于星间链路状态的低轨卫星网络路由算法

低轨卫星通信网络可以提供全球覆盖的低延迟服务,但是低轨卫星网络拓扑的频繁变化给路由设计带来了挑战。针对低轨卫星通信网络拓扑快速变化的问题,提出一种基于星间链路状态的路由算法,在卫星的实际坐标和相对位置关系的基础上,建立了逻辑拓扑结构,并计算路由跳数、传输方向和优先级,进而确定路由路径。针对链路故障问题,实时检测链路状态,并利用链路状态信息进行路由修正。在NS3仿真软件中进行仿真验证,结果表明:与传统星间路由算法相比,该算法实施简单,并能有效降低链路故障的影响,使丢包率降低20%,传输时延约为200 ms。     

软着陆小行星的自主导航与制导

讨论了软着陆小行星的自主导航与制导问题，首先给出了一种使用星上光学相机和激光雷达的自主导航方法，测量探测器相对着陆点的距离与速度；接着提出了一种自主软着陆的制导方案，为了保证垂直软着陆，事先规划了满足约束的理想下降高度与速度轨迹，并设计滑模变结构控制器跟踪理想轨迹，实现在小行星表面垂直软着陆。最后通过数学仿真验证了提出的自主光学导航与制导方法的可行性。     

月球图像传输与处理的分析和仿真

需要一个平台对探月卫星,探月图像传输和处理进行研究. 嫦娥一号月球图像的传输与处理的仿真,结合了链路分析,采用MATLAB GUI 和虚拟现实设计工具。由于图像在深空传输中,距离较远,信号会受到很大的衰减,传输质量会受到噪声干扰的严重影响。因此要对系统链路进行严格的预算分析,包括考虑地球大气产生的影响,以确保信号传输质量满足要求,另外还要通过适当算法提高图像的清晰度。这种仿真方法对探月图像传输的研究奠定了基础,并且对降低探月成本有一定的帮助。     

一种自适应迭代宽带数字波束成形算法

为了克服传统宽带波束合成要求期望信号垂直入射阵面的苛刻要求,新算法首先利用数字时延滤波器对接收数据的时延进行补偿,使其等效为期望信号垂直入射,然后采用无需计算矩阵求逆的基于LMS的空时自适应滤波算法完成波束形成。方向图仿真表明,新算法能够实现宽带抑制,可高分辨率地使主瓣对准期望,零陷对准干扰;同时通过计算量分析,相对于DMI算法,新算法很大程度地降低了计算复杂度,减小了计算量,易于工程 实现。     

分离式结构在共架垂直发射系统中应用的展望

分离式结构为实现共架垂直发射提供了先进的贮运发射装置。对目前集中模块结构和分离式结构的特征分析表明，分离式结构更适合我海军水面舰艇的共架垂直发射。分离式结构的先进代表——同心筒式结构可实现共架垂直发射。     

一种低时延的全景视频传输方法

近年来，以全景视频为代表的虚拟现实技术向高质量、沉浸感的方向发展，低时延全景视频传输技术的研究成为热点。对全景视频传输中影响终端用户体验质量的时延因素进行分析，提出了一种低时延的全景视频传输方法，使用随机接入帧间预测帧来减小视口切换引起的传输时延，进而改善用户的视觉体验质量。经理论分析和仿真实验，在不影响用户体验质量的前提下，针对不同内容的测试序列，该方法可以将视口切换时延平均降低至2.4帧时长，同时将用于用户视口切换的视频码率平均减少20.23%。相比于已有方法，该方法可以在降低时延的同时，提升传输带宽利用率，为实现全景视频的高效传输提供了一种新的技术途径。