星载大功率GaN固态功放寿命评估方法

近年来大功率氮化镓（GaN）固态功放开始逐步星载应用,但产品可靠性仍未得到充分验证。文章提出利用加速寿命试验（ALT）和在轨工作情况相结合的方法进行大功率GaN固态功放寿命评估。首先利用故障模式、机理及影响分析（FMMEA）确定固态功放的薄弱环节和主要失效机理;然后基于阿仑尼乌斯（Arrhenius）模型研究加速寿命试验激活能和加速应力的取值方法,对产品进行75 ℃、10 000 h的加速寿命试验;最后综合加速寿命试验结果和在轨工作情况对GaN固态功放进行寿命评估。评估结果显示：该产品45 ℃条件下在轨工作时,平均无故障时间（MTTF）为1.26×106 h,失效率为7.93×10-7,15年工作可靠度为0.901。     

一种L波段国产GaN固态雷达发射机

为了应对国产雷达所有元器件均国产化需求,设计了一款工作频点在1.2GHZ~ 1.4 GHz的国产氮化镓（gallium nitride,GaN）固态雷达发射机。使用国产GaN功率模块对发射系统最大限度地进行小型化设计,降低组件的重量,加强设备的高可靠性及维护方便性设计,进一步完善GaN功率模块在线测试功能,使产品具有高可靠性和完善的雷达故障诊断功能。增加系统的监控、检测及显示功能,并将各种工作状态信号都传输到主监控上,使系统的各种工作状态都能够在终端上显示,使操作人员通过终端界面便可以检查发射系统的各种工作参数,判断发射机的工作状态。在电磁兼容方面通过谐波滤波器对二次谐波的抑制,测试结果表明,发射系统输出信号的二次谐波小于等于-66dB。     

发展中的电子战系统战略及支援技术

本文从系统叙述法出发,探讨当今和未来电子战所面临的关键性技术要求。这些要求受威胁预测及更高作战实用能力的需要制约。最终设计,通常要求系统设计师和工艺师相互合作,以满足性能、可靠性、可维护性,互通性和费用可负担方面的要求。系统设计师在要求提高综合性能和技术能力时,采用改进系统结构,掌握技术知识,提高封装技术和支援措施。技术专家为了提供先进的分系统,提高器件性能与能力,而增加集成度以提高生产能力。本文对目前和发展中的电子战系统的需求作了设想,并将这些需求与相应的微波分系统及技术要求联系起来逐一叙述。     

航天器新型固态配电技术研究

为了满足航天器电功率不断增加及对可靠性提高的需求,基于固态配电和计算机综合管理技术,设计了关键器件固态功率控制器和配电中心原理样机.各种状态的试验结果表明固态配电技术可以为电源系统提供更全面的保护功能,可以减轻配电系统的体积和重量,实现电源系统高度自主运行.配电中心为航天器的健康管理提供大量的有用信息,大大提高了航天器的可靠性,采用模块化设计技术便于不同型号航天器配电系统的扩展.     

工作点对氮化镓微波功率器件交调特性影响研究

氮化镓微波功率器件非常适用于卫星通信,而交调特性是通信载荷最重要的指标之一。文章首先结合器件输出特性测试结果,选取不同工作状态下的偏置点对氮化镓微波功率器件进行交调特性测试。测试结果表明,在不同的栅压范围内,器件交调特性呈现不同的变化趋势。其次,通过对器件进行跨导测试,研究交调特性与器件跨导特性的关系,并通过分析在不同偏置条件下器件跨导随射频输入信号的变化规律,对器件在不同工作状态下的交调特性进行解释。最后,通过氮化镓微波功率器件能带结构分析,研究了器件跨导随栅极电压变化的物理机制。文章的研究成果对氮化镓微波功率器件在卫星通信领域的应用具有指导意义。     

Ku波段宽带平面阵的设计

设计和制作了一种Ku波段宽带微带圆环缝隙平面天线阵.整个天线阵分成9块独立设计,采用并联馈电网络,利用圆形一分九威尔金森功分器连接组成整个天线阵.这种结构的平面阵阻抗带宽达到了20.56%(VSWR＜2),增益达到34.5dB,满足卫星通信等领域的应用.     

提升微波固放电路电流承载力的复合膜层结构

随着卫星应用水平的不断提高,星载微波固态功率放大器（固放）的应用功率不断增大,对于固放电路的电流承载力提出了更加严苛的要求。基于对星载微波固放电路电流承载力需求的分析,文章提出一种提升陶瓷基微波固放电路电流承载能力的新型复合膜层结构,并对基于该膜层结构制作的薄膜电路进行了线宽精度、表面电阻、膜层附着力等工艺指标和电流承载力的详细测试,相比传统膜层结构,此复合膜层结构可显著增强电路线条的导热能力,提升固放电路的电流承载力和应用可靠性。测试结果表明,使用NiCr-Au-Cu-Ni-Au复合膜层结构,高纯氧化铝基板上电路可在9A电流下稳定工作（表面膜层完整和表面存在明显划伤结果相同）,高介电常数基板上0.4mm线条可耐受5A电流,膜厚控制范围10μm~13μm,100μm线宽精度15μm,膜层附着力大于2kg/mm2,Φ25μm金丝的破坏性键合拉力值>3.5g,250μm金带的破坏性键合拉力值>100g,满足了宇航工程的高可靠应用要求。     

航天器用固态功率放大器加速寿命试验方法研究

针对航天器电子产品的寿命预示问题,文章指出对航天器电子产品开展加速寿命试验(ALT)研究,首先要利用故障模式、机理及影响分析(FMMEA),确定产品的主要失效机理和敏感应力;然后利用理论分析或可靠性强化试验确定产品的工作极限;最后设计出完整的试验方案。针对航天器固态功率放大器进行试验,验证了加速寿命试验在航天器电子产品中的适用性。     

一种星载固态功率放大器用400W二次电源设计

为了满足导航卫星系统对于固态功率放大器大功率、高可靠性、轻量化的需求,文章采用移相全桥同步整流变换电路加反激变换电路匹配的拓扑方案,设计了一种星载L频段固态放大器用400W二次电源,并详细给出了二次电源拓扑结构及设计原理分析。文章重点对变压器热耗进行分析,为了更好地进行变压器散热设计,该方案创新性采用灌封主功率变压器散热方案,灌封变压器的温度从104℃降低为85.5℃,散热相比有明显改善。同时给出了实物环路测试、电性能指标对比测试以及热平衡与热仿真对比测试,电源效率92.8%,环路的相位裕量42°,增益裕度26dB。测试结果表明设计的二次电源在实现高效率大功率输出的同时,有效地实现器件的一级降额散热,满足高可靠性的批产需求。     

MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效分析

为验证一款GaN功率放大器抗空间辐射效应能力,对其进行了重离子单粒子效应试验研究。被试样品是由GaN HEMT、MOS电容器和电感器等组成的混合电路。试验源为加速器产生的锗离子（Ge+13,能量205 MeV),线性能量传输（LET）值为37.4 MeV·cm2/mg。试验结果是：GaN HEMT性能未出现变化;MOS电容器发生了介质击穿失效,造成功率放大器功能失效。经验公式计算的单粒子介质击穿电压,与重离子试验结果基本吻合,得出MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效。研究表明,混合电路中无源的MOS电容器也会发生单粒子介质击穿失效,应用于空间环境时应进行单粒子效应评估。     

微波无线能量传输功率放大器效率提升的 设计方法研究

针对用于微波无线能量传输系统中的微波功率放大器高效率需求,文章提出了一种提高功率放大器功率附加效率及输出功率的设计方法。通过功率放大器内部的功率流向统计,分析了反馈电容通道对高频功率放大器效率损失的影响,进而提出在栅极-漏极之间引入反馈谐振网络,提高晶体管内部漏极到栅极反馈支路的阻抗,减少产生的功率流向内部漏极到栅极支路,降低晶体管内部通道的功率损耗,从而保证在产生的总功率保持不变的前提下,增加了流向负载上功率,实现微波功率放大器输出功率的增加和功率附加效率的提高。验证电路仿真结果表明,功率放大器在5.78GHz~5.82GHz频率范围内功率附加效率均高于70%,漏极效率优于80.5%,输出功率高于10.5W。证明了该方法在提升功率放大器效率方面切实可行,研究成果对提高应用于微波能量传输系统的功率放大器效率提供有力支撑。     

星载氮化镓固态功率放大器整机高可靠设计技术研究

为了满足星载应用对于固态功率放大器长寿命的应用需求,针对近年来研究较多的氮化镓（gallium nitride,GaN）固态功率放大器（solid state power amplifier,SSPA）,阐述了器件存在的可靠性问题,提出了整机高可靠设计方法。首先,探讨了氮化镓器件的典型失效机理,给出了氮化镓器件在高场退化以及热退化方面的研究结果,分析了逆压电极化效应及热载流子效应引起器件退化的物理机制。其次,围绕降额设计、整机热设计以及电路稳定性设计,研究了如何针对氮化镓器件的特点实现星载固放的高可靠设计,并给出了典型的仿真及实验结果。最后,给出了典型的星载固态功率放大器空间环境模拟试验结果,产品在热真空试验、温循老炼以及高温老炼等试验过程中表现出了较高的稳定性和一致性,为氮化镓固态功率放大器的上星应用提供了有力的支撑。     

The critical satellite technical issues of future pervasive broadband low-cost communication networks

Using a baseline design for a 30/20 GHz system, this paper addresses the critical technical issues of signal waveform design, projected spacecraft technology, satellite launch options and satellite cost. With DPCM (differential pulse-coded modulation) video signal encoding, 32 Mb/s user-to-user data rate per channel, 10% overhead, two orthogonal polarizations, and crosstalk loss limited to 1 dB, TFM (tamed frequency modulation—a type of QPSK) permits about 75 channels/GHz of frequency allocation, i.e. about twice the capacity possible with MSK or SFSK (types of QPSK). The BOM (beginning of mission) weight and power of a baseline 400-channel multi-beam satellite is about 1800 kg and 5000 W. Each 35 Mb/s channel can support 1–10 video channels depending on the signal processing at the ground terminals. These weight and power estimates assume hardened digital logic, composite material for a multibeam antenna structure, high-efficiency solar cells (45 W/kg), NiH₂ batteries and 10W/20 GHz power amplifiers. If more speculative late-1980s solar cell technology is assumed, then the BOM weight decreases about 10–15%. Using the Space Transportation System being developed by NASA, geosynchronous deployment options are shown as a function of communications capacity. Based on a cost model for large communication satellites, the total space segment cost of two active satellites and one spare would be about $485M. This system would have a peak capacity of 14 Gb/s or 400-35 Mb/s simultaneous one-way channels. Demonstration and/or initial system (ground plus space) costs would be significantly less. It is concluded that the above baseline satellite appears to be technically feasible in the late-1980s.     

新型高压大功率开关功率放大器的研制

文章针对大型电动振动台的需求,提出了一种新型高压大功率开关功率放大器的设计方法,采用绝缘栅双极性晶体管（IGBT）全桥逆变电路和脉宽调制（PWM）集成控制电路来实现,研制出的样机调试取得良好效果。文中还对大功率IGBT驱动电路、单极性倍频PWM调制和输出滤波器进行了详细的讨论。