毫米波段多层介质型频率选择表面设计与仿真

针对准光学馈电网络系统对高性能频率分离器件的需求,研究了一种工作于毫米波段的多层金属微结构介质型频率选择表面(FSS),可透射183GHz频段反射118GHz频段电磁波。设计了一种基于多层金属结构的介质型太赫兹FSS,由在多层Mylar膜(介电常数3.0,损耗正切值0.001)间镶嵌多层基本单元为方孔结构的金属铜,中心频率位于183GHz附近,对频率175~191GHz的电磁波表现为透射性,对112~124GHz的电磁波表现为反射性。用CST MWS软件仿真分析了介质层(Mylar胶)厚度和金属层数对频率选择表面传输性能的影响,并对结构参数进行优化。结果表明:当介质层厚度100μm,金属铜8层,周期306μm,线宽20μm,金属厚度20μm时,频率选择表面在相应频段内的插入损耗与反射损耗均小于0.3dB,同时118GHz处隔离度大于22dB,各项传输性能完全满足设计指标要求。     

一种太赫兹机电波导开关的设计

针对太赫兹频段卫星通信系统对信号传输及切换的需求,设计了一种工作于114 GHz～173 GHz频段的无间隙C型机电波导开关。首先,采用等效电路理论进行传输线匹配设计,并分析了波导口宽边和窄边错位对电压驻波比的影响;之后,依据导体损耗理论分析了金属壁电导率对插入损耗的影响,并运用HFSS软件对通道长度、表面粗糙度等因素进行参数敏感性分析;最后,提出了一种新型扼流槽加载方式。结果表明：开关的驻波比与弯曲半径成正比,考虑到定子强度及小型化设计,应选择合适的弯曲半径;采用银镀层有利于提高插损指标,且在太赫兹频段,为降低插入损耗,微波通道的表面粗糙度应优于0.8 um。最终,在114 GHz～173 GHz频段,开关的电压驻波比小于1.1,插入损耗小于0.45 dB,隔离度大于80 dB,耐功率为3000 W,满足设计要求。     

硅基太赫兹频率选择表面制作工艺技术研究

在国家高分对地观测系统发展规划中,研究使用太赫兹冰云天底探测仪检测大气中的冰云特征以增加天气监测的精度,该探测仪中使用的关键部件是5块太赫兹频率选择表面,分别将243 GHz(V)、325 GHz(V)、448 GHz(V)、664 GHz(V)和664 GHz(H)5种不同类型的信号选择出来送入接收机中.其中难度最高的一块为664 GHz(H),该频率选择表面使用3层硅结构,最小厚度为50μm,同时需要在不到2 inches的范围中刻蚀出20000多个周期性结构.研究了在50μm厚的超薄硅晶圆上均匀刻蚀周期性结构,以及使用低温完成超薄硅晶圆键合的相关内容,通过改进晶圆粘接方法和设计键合工装,达到尺寸公差±2μm,在664 GHz频率下测试插入损耗2 dB.     

一种新型MEMS移相器设计

建立Ka波段分布式MEMS移相器的等效电路,设计基于此模型的分布式MEMS移相器,并对其反射损耗与插入损耗进行优化。仿真结果表明,该模型在4GHz工作带宽内反射损耗小于-15dB,在10GHz带宽内插入损耗大于-2dB,单桥相移达到35°。     

一种S频段小型自跟踪馈源设计

为了使2 m小口径环焦天线具有S频段自跟踪功能,设计了一种小型化紧凑型馈源网络.该馈源和通道由4波束经电桥网络形成左右旋圆极化和信号,差通道由8波束经电桥网络形成左右旋圆极化差信号,和差信号共同工作实现馈源的自跟踪功能.实测结果表明,在2.2 GHz～2.4 GHz频率范围内,和通道回波损耗S11≤-23.32 dB,端口隔离≤-17.71 dB,和差隔离≤-46.03 dB,轴比≤0.65 dB,实测结果满足设计指标要求.整个小型化馈源网络横向尺寸≤250 mm,纵向尺寸≤420 mm,在小口径面天线中有效替代传统S频段圆波导TE21模自跟踪馈源,避免其尺寸大引起信号质量差的问题.     

一种S频段小型自跟踪馈源设计

为了使2 m小口径环焦天线具有S频段自跟踪功能,设计了一种小型化紧凑型馈源网络.该馈源和通道由4波束经电桥网络形成左右旋圆极化和信号,差通道由8波束经电桥网络形成左右旋圆极化差信号,和差信号共同工作实现馈源的自跟踪功能.实测结果表明,在2.2 GHz～2.4 GHz频率范围内,和通道回波损耗S11≤-23.32 dB,端口隔离≤-17.71 dB,和差隔离≤-46.03 dB,轴比≤0.65 dB,实测结果满足设计指标要求.整个小型化馈源网络横向尺寸≤250 mm,纵向尺寸≤420 mm,在小口径面天线中有效替代传统S频段圆波导TE21模自跟踪馈源,避免其尺寸大引起信号质量差的问题.     

基于双谐振棋盘式超表面的宽带RCS缩减技术

为实现宽频带的雷达散射截面（RCS）缩减效果，提出一种基于棋盘式超表面的RCS缩减技术，可达到宽带RCS缩减且极化不敏感的效果。介绍了提高RCS缩减带宽的原则，设计了X波段的棋盘式超表面，通过电磁散射对消技术，电磁波经超表面反射后分散向不同的方向，实现了异常反射从而降低RCS。与普通棋盘式超表面不同，为了克服一般超表面都有的相位收敛问题，提出了双谐振棋盘式超表面，即用两种谐振频率不同的结构组成双谐振单元结构，使单元具有均匀相位差的频段得以拓宽，从而扩展了超表面的缩减带宽，实现了10 dB缩减带宽达到8 GHz~14.5 GHz且极化不敏感的效果，通过仿真证明双谐振棋盘式超表面可以实现宽频率范围的RCS缩减效果，且极化不敏感。     

基于DPol-DPMZM的平坦光频梳产生方法[

文章提出了一种产生平坦光频梳（optical frequency comb,OFC）的方法,并用一个单集成双偏振双平行马赫曾德尔调制器(dual polarization dual parallel Mach Zehnder modulator,DPol DPMZM)进行了实验验证。通过调整调制器的6个直流偏置点和2个调制指数,理论上可以根据DP QPSK调制模型推导出的方程生成梳状数可调且强度完全相同的光频梳。实验结果表明,提出的OFC发生器可以产生7、9、11、13条直线,其平坦度分别为0.96 dB、1.13 dB、2.01 dB、1.17 dB。所生成的7、9、11、13行OFCs的杂散信号抑制比 (unwanted mode suppression ratio, UMSR)分别为10.33 dB、9.54 dB、6.79 dB和10.45 dB。此外,生成的OFC具有良好的频率可调性。实验生成了频率间隔为6.02 GHz、7.02 GHz、8.02 GHz、9.02 GHz的9线OFCs。     

超快激光微孔加工技术在频率选择面制造中的应用

频率选择面作为准光学馈电系统的关键频率器件,其传输特性直接关系到整个准光学馈电系统的性能.针对馈电系统中的频率分离方案,设计了一种基于小孔阵列的准光型频率选择表面结构,用于有效分离54 GHz和183 GHz的频率信号;并利用飞秒激光微制造技术加工了有效孔径150 mm的钛合金圆柱孔阵列频率选择面,通过对准光学馈电系统样机的传输特性的实验测试,显示了飞秒激光加工群孔优良的一致性,验证了飞秒激光加工大尺寸频率选择面的有效性和可行性.     

超宽带矩形微同轴滤波器制备及性能分析

在射频微系统对高性能超宽带滤波器的需求下,基于矩形微同轴制备技术研究了10GHz～50GHz的超宽带矩形微同轴滤波器的设计及制备。在矩形微同轴传输线的电路基础上进行电路实现,对超宽带矩形微同轴滤波器模型进行仿真试验,结果显示,在10GHz～50GHz工作带宽内插入损耗小于0.8dB,回波损耗优于17dB,带外抑制达到45dB。基于矩形同轴结构的制备流程经过九次光刻-电铸-平坦化过程及一次介质支撑结构光刻后完成十层滤波器样件的制备,测得制备的滤波器样件性能与仿真曲线基本吻合,在40GHz时插入损耗为0.6dB,回波损耗为21.6dB,在5GHz和55GHz时带外抑制分别为41.8dB和43.9dB。矩形同轴结构的低损耗、高频段等优点在该超宽带矩形微同轴滤波器中有良好的体现。     

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。     

基于光子晶体的太赫兹环行器设计及其内带电效应研究

对于卫星亚毫米波甚至太赫兹收发通信系统而言,由铁磁性器件构成的环行器和隔离器是实现功率隔离、保护发射通道不受反射功率影响的关键元器件.文章基于周期性光子晶体阵列,提出一种具有良好平面集成性的新型太赫兹环行器构型;并针对星载环境的电子辐照问题,采用典型能量电子辐照分析光子晶体Si的内带电特性、环行器整体电位以及局部电场分...     

基于平板波导的双频双极化CTS阵列天线设计研究

针对卫星通信天线轻量化和辐射孔径复用等需求,对双频段双极化连续切向节（Continuous Transverse Stub,CTS）阵列天线进行研究。天线采用正交共口径设计,结合标准波导接口的带通滤波器和独立功分馈电网络实现了高极化隔离度特性;通过对枝节辐射能力控制和天线阵列设计,达到了兼顾增益特性的同时降低旁瓣电平的目的。仿真结果显示：天线分别在18.5～21.2 GHz和27.5～31 GHz两个频段内回波损耗小于-10 dB,旁瓣电平均小于-12 dB,端口隔离度优于80 dB,增益分别为24～27 dBi和25～27 dBi,结构简单,易于加工,剖面高度低,易于运输和共形安装。     

空间激光通信系统中的信道纠错编码技术

由于空间激光通信系统的信道状态和链路捕获跟踪的不确定性,多种形式的信道纠错编码技术正被广泛发展研究。结合空间激光通信链路中误码性能的主要影响因素,分别选择合适的编码方案进行分析。通过仿真实验可知,对于在大气结构参数为1.5×10~(-14) m~(-2/3)、风速为20 m/s的空地激光链路的环境下,在系统数据速率为2 Gbit/s、要求误码率为10~(-6)时,LDPC码结合交织码相对未编码系统有3 dB的等效编码增益,LT码相对未编码系统有3.8 dB的等效编码增益。提供了一种能快速生成、扩展和校验的编码和交织实现方法,以抵抗大气湍流的快速变化对系统性能产生的影响。     

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.     

220GHz行波管设计与工艺实验研究

针对目前系统应用对于220GHz频段的大功率辐射源的需求,文章设计了一种折叠波导行波管,在215GHz～225GHz的带宽范围内能够输出10W以上的功率,增益大于25dB。通过模拟计算确定了折叠波导高频电路、注波互作用、电子光学系统以及输能窗等主要部件的设计尺寸,并加工了折叠波导高频电路样品,对制造工艺进行研究。     

超宽带Vivaldi天线的设计及分析

针对机载、弹载等平台的空间有限,设计了一种双指数渐变结构的超宽带Vivaldi天线。天线由微带渐变线馈电,通过矩形共面带线阻抗变换器将小型的超宽带巴伦与天线集成,从而获得2~18GHz的带宽。仿真结果表明:在2~18GHz的工作频段内,天线的回波损耗小于-10dB,天线增益最高可达到10.5dB以上,实测结果与仿真结果基本吻合。将所设计的Vivaldi天线放置于一金属腔体内,对金属腔体对天线性能的影响进行了研究与分析。仿真结果表明:将天线单元放置于金属腔体后,辐射方向相对于原来的辐射方向发生了一定程度的偏转,但随着频率增高,偏转角度逐渐减小。     

一种Ka频段单通道调制器的设计与实现

随着航天事业的不断发展,卫星平台及有效载荷的轻量化、小型化是未来航天系统的发展趋势。单通道单脉冲跟踪系统在航天器中有着广泛的应用,而单通道调制器是单通道单脉冲跟踪系统的重要组成部分。为顺应星载自跟踪系统轻量化、小型化发展趋势,根据工程化要求,采用多芯片微组装技术,通过合理的系统分析和仿真设计,在厚度为0.254mm、相对介电常数为2.2的ROGERS 5880介质基板上设计实现了一种Ka频段单通道调制器。该调制器实现了小型化和集成化,采用BJ260波导作为输入,其和通道增益大于30dB,噪声系数优于2.5dB,载波抑制大于50dB,调制抑制大于30dB,经过地面各项试验及在轨飞行验证,其各项指标满足要求。     

一种基于共面线的毫米波宽带预失真线性化技术

针对毫米波卫星通信前端发射系统中固态功率放大器的非线性失真问题,提出了一种新型毫米波模拟预失真线性化技术。该技术采用毫米波共面线集成非线性器件,与传统的基于微带线集成非线性二极管器件的方法相比,避免了接地电感等不连续性干扰,提高了工作频率,拓展了工作带宽,在毫米波频段实现了宽带预失真非线性补偿。试验结果表明:在Ka波段13GHz(25~38GHz)频率范围内,由该技术实现的预失真线性化电路在输入功率15dB变化范围内,实现了3dB左右的增益幅度扩张和20°左右的相位压缩。将该预失真线性化技术应用于改善一型工作频率为29.6~30GHz,输出功率为5 W的毫米波功率放大器的线性性能。双音信号测试结果表明:功放在1dB压缩点回退7dB的条件下,三阶交调失真改善度高于10dB,并在29.8GHz时达到19dB。该技术可用于满足现代大容量、高速无线通信,特别是毫米波卫星通信前端系统的需求,实现高质量、低误码率的数据无线传输链接。