GaN基半导体技术的空间应用研究与展望

空间太阳能电站需要高效率、良好环境适应性和长寿命的新型光电转换材料和大功率半导体器件。从功率器件和太阳能电池两个方面,概述了宽禁带半导体在太阳能技术中的应用和研发动态。采用宽禁带半导体设计的GaN高效固态功放和禁带宽度从0.7 eV(InN)～3.4 eV(GaN)连续可调的InGaN直接带隙的太阳能电池具有可靠性高、效率高、体积小、质量轻、高抗辐射能力等优点。因此,随着GaN基宽禁带半导体材料及器件的进一步发展,可助推空间太阳能电站早日实现。     

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。     

高分三号卫星X频段固放寿命试验方案设计与验证

首先对X频段固态功率放大器(简称固放)的寿命进行了相关分析。针对高分三号(GF-3)卫星的在轨使用工况,分析出其寿命期内关键验证项目,并分别对设计试验进行验证。包含开关机电路的寿命分析及验证、大功率放大电路的寿命分析及验证、典型工艺的寿命分析及验证三个方面。其中大功率放大电路的寿命验证使用经典的Arrhenius模型,以热应力作为加速因子,进行加速验证。典型工艺选取导电胶粘接工艺,疲劳失效采用Confin-Manson模型进行分析验证。通过相关寿命试验验证,证明X频段10 W固放可以满足8年寿命要求。     

X/Ku波段宽带GaN微波固态功放技术研究

GaN作为新一代半导体材料具有宽禁带、高击穿场强、高饱和电子漂移速率以及抗辐射能力强等优点成为近几年来的研究热点,随着GaN功率管性能的不断提高,以GaN为基础的微波功率器件的应用取得了很大的进步.根据电子对抗领域微波固态功放的特点,设计一款基于GaN功率器件的X/Ku波段20W宽带固态功放,并给出了测试结果.     

电子束辐照对大功率白光LED寿命退化影响

论文采用了理论与实验相结合的方法，研究了电子束辐照对大功率白光LED寿命退化的影响。在寿命／可靠性实验设备上，对辐照后的大功率LED进行电流加速老化实验，并结合相应的寿命模型，对其寿命进行了预测，通过与未受辐照的大功率LED的寿命进行对比，实验结果表明电子束辐照效应会对大功率LED寿命造成严重影响，使其寿命大幅衰减。     

氮化镓毫米波功放技术发展

氮化镓(GaN)毫米波功放器具有工作频率高、输出功率大、功率转换效率高等优势,在新一代移动通信、高分辨毫米波成像雷达等领域具有广阔的应用前景.本文综述了国内外GaN毫米波功率器件发展历史和低损耗栅结构、短沟道抑制技术、寄生电阻抑制技术等关键技术特点,综合分析了适合Ka-W波段GaN单片毫米波集成电路(MMIC)功放的架...     

寿命的可靠性综论(四)——使用寿命的加速寿命试验

产品寿命(包括使用寿命)取决于环境、材料、结构、装配、加工等多种应力因素。但在产品研发阶段,开展使用条件下的几年甚至几十年的寿命试验来得出产品寿命可靠性的规律是不现实的。因此,只能用一、两种主要因素的加速寿命试验结果来外推或用相似产品法综合估算寿命可靠性规律,以此作为维修性设计及确定寿命周期成本(LCC)的依据。实际工作中,必须开展使用条件下的寿命试验并对现场寿命数据进行收集、统计、分析,得出实际的寿命可靠性规律,修正产品研发时的寿命估算值,从而修改维修性计划。常用的加速寿命试验结果外推一般采用简单最小二乘法(OLS)。本文指出,加速寿命试验的结果不符合OLS的条件,应改为加权最小二乘法(WLS)。     

利用BOX-COX变换改进加速寿命模型的研究

在加速寿命试验中,产品的寿命通过加速方程和所承受的应力水平密切相关.以往常用的三种加速模型为幂律模型、阿伦尼斯模型和伊林模型.利用B0X-COX变换改进加速寿命模型,提出了一种加速寿命模型族,幂律模型、阿伦尼斯模型和伊林模型作为这种模型族的特例.仿真算例验证了BOX-COX加速模型族的适用性.     

宇航元器件长期贮存及寿命评价方法研究

现代武器装备及卫星单机对元器件提出了长期贮存要求。本文结合宇航元器件贮存概念及相关规定,提出了影响元器件装机后贮存寿命的关键要素为元器件属性(结构、材料、工艺等)、贮存环境(温度、湿度、振动、电场、化学腐蚀等)和原有缺陷的增殖程度,并对元器件长期贮存寿命给出了基于单一机理的恒定应力加速寿命试验评价方法流程。     

加速寿命试验设计与评估软件ALT511及其应用（二）

文章介绍了加速寿命试验设计与评估软件ALT511的单应力多个应力水平模块。该模块包括导入数据、每组应力水平寿命分布、加速模型拟合以及指定应力水平下可靠寿命值4个选项卡;给出了基于多应力水平失效数据的指数分布和威布尔分布的寿命分布拟合方法、阿伦尼斯模型和逆幂律模型的加速模型拟合方法,以及指定应力水平下考虑和不考虑置信度两种情况下的可靠寿命、失效概率密度函数和可靠度函数计算方法。最后以某航天器超声电机加速寿命试验为对象给出了软件应用案例,加速模型拟合结果与微软Excel软件拟合结果一致,可靠寿命计算结果与Minitab软件计算结果几乎一致。ALT511软件可为我国加速寿命试验软件的设计和应用提供有益参考和支撑。     

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。     

陶瓷基分子吸附器的航天器污染控制性能试验研究

为验证陶瓷基分子吸附器利用多孔材料的吸附性能降低航天器一定区域内污染水平的能力,试验研究真空环境中13X分子筛材料的分子污染物吸/脱附特性,以及以13X分子筛为吸附剂的陶瓷基分子吸附器对航天器用电缆放气产物的吸附性能。试验结果表明：13X分子筛可以有效捕获污染物分子,陶瓷基分子吸附器的吸附能力在3.1×10^-2～3.4×10^-2 g/cm²之间。陶瓷基分子吸附器可以应用于航天器热真空试验和在轨运行时的污染控制,有利于延长航天器寿命、提高航天器可靠性。     

一种抑制微放电的宽带大功率定向耦合器设计

在卫星有效载荷系统中,3dB定向耦合器作为微波工程关键器件已得到广泛应用,而此类器件在太空真空环境中,常因真空环境下大功率工况引发的微放电效应形成谐振放电现象,影响耦合器性能与寿命,对于卫星系统日益增多的小型化及大功率需求,在器件设计时应充分考虑微放电效应并兼顾小型化要求,采用有效抑制手段以确保器件在轨稳定可靠。通过分析定向耦合器工作原理与不同结构耦合器之间的差异,阐述了真空环境下的微放电效应产生机理,针对性地采取基于奇偶模分析法的耦合线结构耦合器设计方法,选用高导热材料Rogers TC350+作为耦合器介质,利用软基板多层混压方式进行产品加工,通过仿真试验与真空环境实测,表明此类设计既具有体积小、重量轻的特点,又可有效抑制器件微放电效应,确保了耦合器的工作性能,满足卫星系统使用工况。     

基于退化信息融合理论的可靠性预测研究

传统的可靠性评估方法一般基于失效寿命数据,而目前对于高可靠长寿命的电子产品,很难通过加速试验获得其失效寿命时间。为解决这一矛盾,将性能退化理论、信息融合技术与传统可靠性评估方法相结合,提出基于退化信息融合理论的可靠性预测的新方法,并应用某型雷达24V/2A稳压电源板的加速性能退化试验进行验证,结果表明方法用于高可靠长寿命电子产品的可靠性评估是正确有效的。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。     

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。     

卫星天线及微波器件大功率微放电试验技术

卫星天线及微波器件在多载波工作时具有很高的瞬时功率,面临着大功率微放电的危险。文章针对卫星天线及微波器件在多载波输入下的工作状态,对天线及器件内的峰包功率量值进行了分析计算,得到了进行大功率微放电试验所需的功率量级,并提出了多载波状态下微放电试验的设备配置方案,为后续试验工作打下了基础。     

航天器新型高密度排插型DC10电缆安装技术

以互联网卫星上首次使用的新型高密度排插型电缆组件为研究对象,介绍了集成式排插型电连接器的制造技术要求和工作原理,从电连接器结构分析出发,研究影响该类型电缆的安装因素。首次提出了新型高密度排插型电缆的安装方法,阐述了该类型电缆的弯曲半径要求、绑扎要求、紧固力矩值要求和使用专用工装的拆卸方法。经过分系统的实际在轨性能测试验证,该安装技术可以显著降低新型高密度排插型电缆组件在大通量、高饱和度信号传输状态下性能下降的现象,成功解决了该类型电缆在卫星狭小空间下的安装与拆卸难题,提高了该类型电缆在卫星狭小空间内的安装精度和分系统的在轨可靠性,为该新型高密度排插型电缆组件的安装在后续卫星批量应用提供了技术指导和工艺基础。     

基于性能退化数据的可靠性评估

传统的可靠性评估方法一般基于失效寿命数据，对于高可靠长寿命产品，很难通过寿命试验和加速寿命试验获得失效寿命时间，这种情况下产品的性能退化数据可提供可靠性评估的重要信息。在基于失效数据可靠性评估及性能可靠性评估方法的基础上，提出了基于退化轨迹与基于性能退化量分布两种可靠性评估方法，以对具有退化失效机理的高可靠长寿命产品进行可靠性评估。基于退化轨迹的可靠性评估方法首先选取合适的退化轨迹模型，利用退化数据对退化轨迹进行模型拟合得到模型参数，然后根据退化轨迹外推得到伪失效寿命，最后根据完全寿命试验数据的统计分析方法进行统计分析得到产品可靠性信息。基于性能退化量分布的可靠性评估方法首先计算不同测量时刻产品性能退化量的统计特征，对其进行曲线拟合得到统计特征随时间变化的函数，即性能退化量分布参数，最后利用可靠性与性能退化量分布的关系评估产品的可靠性。本文最后给出了两种可靠性评估方法的应用案例，验证了方法的正确性与有效性。