RF MEMS器件在航天领域的应用

概述近年来国内外RF MEMS器件在航天领域的部分应用及发展趋势,重点介绍了RF MEMS开关、RF MEMS移相器和RF MEMS滤波器在航天领域的应用.     

RF MEMS国内外现状及发展趋势

概述基于微电子机械系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术的各类射频RF(Radio Frequency)无源器件及微小型单片集成系统的概念与内涵及其应用市场,重点介绍RF MEMS电容电感、开关、移相器、谐振器、滤波器、微型同轴结构、天线、片上集成微纳系统等的国内外研究现状、典型研究成果和产品、技术方案和微纳制造工艺及性能特点等,最后浅析RF MEMS领域的发展趋势。     

平面多模带通滤波器的研究进展

文章介绍了应用于射频微波系统的平面多模带通滤波器,结合最近几年国内外多模滤波器的研究成果,从平面多模带通滤波器的设计方法等方面阐述了各种多模滤波器的技术发展状态。     

腔体滤波器与低气压放电

应用气体放电基本原理，结合滤波器的实际试验和机械结构，论述了滤波器低气压放电的有关因素，并为微波滤波器的设计给出了一些有用的参数。     

小卫星多传感器融合滤波定姿算法

虽然扩展卡尔曼滤波被成功应用于许多非线性系统,但由于其对高阶项的截断误差等因素,其用于小卫星多传感器定姿系统时性能受到限制。针对上述问题,本文提出了一种将扩展卡尔曼滤波器与两步滤波器相结合的方法。利用Gibss矢量做姿态参数,避免了四元数在进行迭代时的归一化约束。以太阳敏感器、星敏感器、MEMS陀螺、磁强计为敏感器件,通过仿真,将本文算法与扩展卡尔曼滤波器进行了对比。结果说明,本文算法能将最大稳态定姿误差降低4.4×10-30。     

基于低成本MEMS传感器的皮卫星融合定姿算法研究

基于低成本低精度的MEMS陀螺、太阳敏感器、磁强计组合,设计了Unscented Kalman融合滤波算法.同时考虑到可能的故障模式,提出了仅依赖磁强计的备份滤波算法.在姿态参数选取上,采用修正罗德师里德参数来描述卫星姿态,降低了滤波器的维数,避免了采用四元数时解算状态误差协方差参数的奇异.利用MEMS陀螺采集的随机噪声数据进行半物理仿真,仿真结果表明:该融合算法能有效对卫星姿态进行实时估计,在个别敏感器失效的情况下,同样能实现较高的精度,满足普通任务的要求.该算法具有工程实现意义,是对低精度MEMS敏感器在低成本皮卫星上应用的有益探索.     

一种微波滤波器机辅调试的新方法

微波滤波器的机辅调试(CAT)是微波工程中较新的领域。本文提出并介绍了一种可用于微波滤波器机辅调试的新方法，其主要过程为：采集矢量网络分析仪上被测滤波器的网络S参数，通过优化、拟合得到网络参数的有理函数模型，运用网络综合理论和矩阵旋转变换理论，提取被测滤波器的耦合矩阵，将此矩阵与原始设计矩阵进行比较，可得出被测滤波器中所有参数偏离目标值的偏离量。由此，可指导试验调试。为说明该方法的有效性，文中给出4个例子：4阶2极点类椭圆函数滤波器、7阶切比雪夫滤波器、5阶3极点不对称滤波器、10阶8极点自均衡类椭圆函数滤波器。试验结果表明：即使滤波器严重失谐、耦合系数与目标值差别很大，该方法仍能有效。该方法为微波滤波器的机辅调试提出了一个很好的思路，是提高批生产能力的一个有益尝试。     

介质滤波器型异频功率混合器的研制

介绍了微波集成电路中异频功率混合器的几种形式,以及组合式介质滤波器型功率混合器的工作原理.讨论了介质带通滤波型混合器的耦合和阻抗匹配问题.最后给出了计算实例和测试结果.     

微波滤波器腔体Q值研究与分析

针对微波滤波器的某些特殊设计要求或加工制造缺陷造成滤波器中某一或某些腔体Q值降低的情况,分析了其对滤波器性能可能造成的影响并提出了工程中可实现的解决办法。首先研究了传输模式以及调谐螺钉深度对谐振器Q值的影响;然后通过理论推导得到滤波器某一或某些谐振腔体Q值下降对频率变量矩阵的影响公式,进一步通过MATLAB实现对5阶带通滤波器某一腔体Q值下降的情况进行综合与结果分析,并据此提出通过调节调谐螺钉适当增加滤波器输入输出与腔间耦合的方法来有效的减小Q值变化带来的不利影响;最后采用Designer进行电路级仿真,验证理论推导结果的正确性。研究结果表明:谐振腔体Q值的降低会造成滤波器驻波带宽增加、整体性能变差,并且越靠近拓扑结构中心腔体Q值的改变对整个滤波器性能造成的影响越大。当滤波器中某些单腔Q值的降低在一定范围之内,则可以通过调节耦合螺钉来提高滤波器输入输出与腔间耦合,以有效的减小其带来的不利影响。文章结论可为研究与解决微波滤波器Q值降低造成性能变差问题提供一定理论指导价值与实际工程意义。     

低成本INS/GPS组合导航系统算法研究及其实现

采用基于 MEMS技术的低成本 IMU和 GPS接收机 ,以 DSP为信息处理核心 ,实现了 GPS/SINS组合导航系统。文中详细描述组合算法和算法的软件实现 ,并对模样机在实验室的静态实验结果进行描述和分析。实验结果表明 ,系统组合滤波器的设计和参数选择正确 ,模样机取得了较好的导航解算精度     

光控相控阵雷达光延时技术研究

介绍光控相控阵雷达的基本组成,并提出可编程多通道光纤真时延迟网络结构。制作开关控制的3级光纤真时延迟线结构,实现并验证8个扫描角度的可编程波束成形延迟网络。以2GHz微波信号进行测试,三级延迟线通道间微波相移间隔分别为0.16π、0.32π、0.48π,通过开关控制与组合,实现0.16π相移量的0~7倍连续可调。最后仿真计算形成的波束方向图。     

基片集成波导带通滤波器的研究进展

文章介绍了应用于微波毫米波电路中的基片集成波导（SIW）带通滤波器。结合近几年国内外SIW带通滤波器的研究成果,从SIW带通滤波器的设计方法和滤波性能等方面阐述了SIW带通滤波器的发展状况。     

微波双通带滤波器多项式综合技术

文章提出了一种新的微波双通带滤波器多项式综合技术,这种方法将频率转换与优化方法结合,与频率转换方法相比较,文章中提出的新方法不仅能够有效地综合出具有等波纹响应特性的对称双通带滤波器的s参数多项式,而且对于两个不对称度很高的双通带也同样有效。文章最后给出了相应的设计实例,验证了该方法对所有双通带多项式综合的有效性。     

航天微系统技术综述

航天微系统技术包括专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、单片微波集成电路(MMIC)、混合集成电路(HIC)等微电子技术和微机电系统(MEMS)。文章介绍了这几种技术的特点、发展现状,以及在航天中的应用情况和应用前景。ASIC与SoC技术可显著提高电子系统的集成度和性能,已在航天中得到广泛应用。MMIC技术可用于航天器通信载荷和平台的射频通信部件,已在欧美航天器中大量应用,目前正朝高频段发展。HIC主要包括厚膜HIC和薄膜HIC,特别适于功率器件和微波器件的集成,目前国外已有大量产品用于航天,如"国际空间站"(ISS)。MEMS技术可用于航天器导航、热控、推进、光学遥感与通信等系统,甚至可对航天器设计方法产生重要影响,但目前还处于起步阶段。在以上技术领域,我国虽已开展了一些研究,但与国外相比还存在较大差距。文章针对航天微系统技术的产业布局、发展方式等提出了建议,可为我国的发展规划和战略决策提供参考。     

一种应用于微波平面电路的DGS新技术

文中介绍目前应用于微波平面电路小型化设计领域的一种新技术 DGS结构。在微带线等传输线地平面上蚀刻的 DGS作为一种周期性结构 ,其构造非常简单、性能优越、而且易于设计和实现。通过 HFSS软件对各种 DGS结构进行分析和优化 ,得到的仿真结果表明 ,即使不存在周期结构时 ,单个 DGS单元在某些频率点上也具有谐振特性 ,并且可充分利用其带阻特性抑制谐波分量 ,以提高微波器件性能。因此 DGS结构可广泛应用在天线、谐振器、振荡器、滤波器、功分器、耦合器、放大器等微波电路中 ,以获得常规技术无法实现的小型化和高性能。文章还给出不同 DGS结构的仿真结果比较和应用实例     

MEMS陀螺随机漂移误差系数的动态提取

针对传统Allan方差提取微机电系统（MEMS）陀螺随机误差系数仅得到近似均值,与实际中其随时间在均值附近波动不相符的缺点,提出一种动态提取MEMS陀螺随机误差系数的方法。该方法将窗函数引入Allan方差计算,不仅能够正确提取MEMS陀螺随机误差系数,而且还能得到MEMS陀螺随机误差系数的时间变化曲线,这将有利于MEMS陀螺的性能分析和误差补偿。实验证明该方法提取的MEMS陀螺随机误差系数的时间变化曲线在以传统Allan方差得到的近似均值附近波动。由此可见,该方法具有一定的可信度。     

微机械技术与微传感器发展——21 世纪航天传感器技术展望

论述了微机械技术对传感器发展的巨大推动作用及其在航天传感器上的应用前景，并介绍了微机械技术在传感器上近期应用研究的主要内容。     

基于异方差分析的多MEMS陀螺随机误差补偿方法

针对具有异方差性的多MEMS陀螺随机漂移误差的补偿问题,提出基于广义自回归条件异方差建立单个MEMS陀螺随机漂移的误差模型,并在此基础上进行多元异方差时间序列的相关性分析,研究基于多元广义自回归条件异方差分析多MEMS 陀螺随机漂移信号的协方差矩阵和时变相关系数。将该分析方法应用于多MEMS陀螺的在线融合补偿中,验证了多元异方差分析方法对多MEMS陀螺随机误差补偿的有效性。仿真结果表明该方法对随机漂移信号具有很好的融合补偿效果,可以提高多MEMS陀螺的测量精度。     

基于MEMS技术的微型阀研究

根据微机电系统(MEMS)技术和微型阀技术的研究现状与发展趋势,在微型阀致动机理分析和性能对比的基础上,通过对微型阀结构的理论计算和数值模拟,论证了静电致动和压电致动两种微型阀方案,确定了微推进系统用微型阀的主要技术参数和性能指标;通过结构设计和MEMS工艺攻关,完成了基于MEMS技术的压电致动微型阀原理样件制造,并进行了初步的原理试验验证和性能检测。结果表明,基于MEMS技术的压电致动微型阀原理可行,方案合理;通过进一步的结构优化,解决多层键合和系统封装工艺,可以获得高性能的微型阀,为小型、轻质和集成化微推进系统研制奠定基础。     

MEMS技术中的电镀工艺及其应用

电镀已经成为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术中的一种重要加工手段,相比于传统意义的表面处理作用,MEMS技术中的电镀主要用于制作微结构.介绍了几种常用的以电镀为核心方法的微结构加工工艺和它们的应用领域.微结构加工工艺包括LIGA/UV-LIGA、EFAB、PolyStrat...