GEO移动通信卫星合成多波束天线仿真分析

针对地球静止轨道（GEO）移动通信卫星星上多波束天线波束成形技术,研究了合成多波束对地覆盖、点波束天线增益以及波束间干扰抑制技术。利用仿真分析软件进行多波束天线的波束成形仿真分析,优化了天线系统的设计参数,改善了波束间的隔离度指标,提高了系统通信性能和局部地区的信道容量,完成了地球静止轨道移动通信卫星系统合成多波束天线的设计。     

Ka波段单通道调制器设计

在厚度为0.254mm、相对介电常数rε为2.2的RT5880基片上,设计一种基于MIC工艺的工作在Ka波段点频上的单通道调制器。该调制器由6dB耦合器和0/π调制器构成,主要用于天线方向校准系统。其和路插损3dB,差路插损12dB,0/π调制相位误差小于5°,0/π调制幅度误差小于0.8dB,各端口驻波比小于2:1,和路工作时载波信号对已调信号抑制比大于20dB,差路工作时已调信号对载波信号抑制比大于55dB,并满足星载设备高可靠性环境要求。     

C波段矢量调制器的设计

对矢量调制器的工作原理进行简单分析,设计由两个推挽型双相调制器组成的C波段矢量调制器。采用GaAs FET开关管作为可变阻抗端口,Lange耦合器用来产生正交信号,同相3dB功率合成器作为输出端口。该矢量调制器由九个正交耦合器、一个同相功率合成器和八个有源FET开关管组成。对矢量调制器进行仿真,结果显示,在4GHz～6GHz的工作频带内,可实现输入信号幅度和相位的连续调制。推挽式结构的双相调制器消除了寄生参数对"双相"的影响,幅度响应关于最小控制电压也是对称的。     

基于交错带状线3 dB电桥的大功率功放技术

在现今的军用电子系统中,功率放大器起着举足轻重的作用。功率合成器件作为功率放大器的重要组成部分,需要满足高合成效率、高功率耐受能力和小型化的特性要求。基于交错耦合带状线定向耦合器,通过宽带匹配级联设计了一款8 GHz～12 GHz的四路功率合路器。测试结果显示：四路功率合路器的隔离度<-15 dB,回波损耗<-19 dB,合成效率>78.7%。基于该四路功率合成模块研制了一款X频段功率放大器,样机尺寸为52 mm×38 mm×5.5 mm,放大器在8 GHz～12 GHz的最大输出功率为52.2 dBm (40%占空比),插入损耗<1.4 dB。与传统的平面结构相比,基于这种功率合成器的结构更紧凑,合成效率更高,隔离度更好,功率耐受能力更强,适用于卫星通信、雷达和电子对抗等领域。     

一种新型串并联馈电低副瓣ETC微带天线阵

设计并实现一种用于电子收费系统的四角缺元20单元微带天线阵列。天线阵采用道尔夫-切比雪夫分布,副瓣电平优于-20dB;采用三路功分器作为核心器件,与定向耦合器和威尔金森功分器组成一种新型串并联支路组合馈电网络,实现各端口不同比例功率分配,误差小于±0.5dB,各端口回损优于-15dB,隔离度优于18dB,相对带宽大于11%。样机测试结果与仿真值相吻合。馈电网络结构紧凑、灵活性强,适用于中等增益低副瓣平面阵列天线的馈电。     

现代卫星天线波束形成网络计算机辅助设计

通信卫星要采用赋表波束天线，必须研制开发非常复杂的波束形成网络（BFN），以便在馈电单元上产生必需的幅度和相位分布。为了满足苛刻的功率分配要求，同时避免对BFN做任何调谐或修改，做到一次成功，准确有效的CAD工具是必不可少的。我们开发了一个软件包，用于分析BFN中常用的波导与乱莆同轴线微波部件。该软件包中各程序均经过实验给证。本文将详细描述该软件包所采用的分析方法和具有的功能，并给出一些典型部件的计算和实测结果。     

八单元圆形顺序旋转阵列的宽带双圆极化馈电网络

针对八单元圆形顺序旋转阵列天线馈电网络结构复杂的问题，文章设计了一种宽带双圆极化馈电网络。首先，根据八单元圆形顺序旋转阵列天线的空间结构特点，分析了阵列馈电网络的幅度和相位关系；其次，分别设计了3dB分支线耦合器、威尔金森功分器、微带平面巴伦和移相器；最后，通过不断优化设计，构建了宽带双圆极化馈电网络。该网络由2个3dB分支线耦合器、2个威尔金森功分器、4个微带平面巴伦、2个45°移相器、2个90°移相器和1个180°移相器组成。测试结果表明：该网络在8.78GHz~11.12GHz的频带内，端口电压驻波小于1.72。8个输出端口的幅度起伏在 2.1dB以内，相位起伏在±7.8°以内。该馈电网络具备左旋和右旋圆极化馈电端口，具有频带宽、幅相特性良好和制作成本低等优点，完全满足八单元顺序旋转阵列天线馈电网络的要求。     

一种星载Ka频段宽带线性化器设计

为了改善星载功率放大器的线性度,文章设计了一种新型宽带Ka频段线性化器。该设计基于模拟预失真线性化技术,通过改变线性化器的二极管偏置电压,实现非线性形状可调,以匹配不同行波管的非线性特性,并在文章最后给出了实物测试结果。该设计在26GHz±0.5GHz频率范围内具有良好的一致性,带内波动小于0.8dB,增益扩张大于4dB,相位扩张大于40°,对行波管非线性特性改善明显,饱和区三阶载交比提高3dB以上,可有效提高使用效率并降低通道误码率。     

Ku波段镜像抑制混频器的研制

介绍一种小型化Ku波段镜像抑制混频器设计方案,以单片无源双平衡混频器为基础,对主要关键电路射频正交耦合器、中频正交耦合器以及本振同相功分器进行电路优化设计及制作。在近1GHz的带宽内成功实现了镜像抑制大于20dB,插入损耗小于10dB,隔离度大于25dB的Ku波段无源镜像抑制混频器。实测结果表明,系统具有低损耗、高隔离度、高镜像抑制及高集成度的特点,在捷变频雷达、通信及遥测等系统中具有较好的应用前景。     

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。     

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.     

一种X频段双圆极化器的设计

介绍了一种X频段双圆极化器的设计。设计实例采用方波导和圆波导两种形式,具有结构紧凑、功率容量大、极化轴比小、频带宽和适于星载使用等特点。仿真结果表明：设计出的双圆极化器,隔离度大于29dB,电压驻波比小于1.2,轴比小于0.5dB。该极化器的设计方法可应用于星载X频段双圆极化数传天线的设计。     

唯相位控制的波束可重构与波束扫描

天线阵在可重构的过程中,希望激励的幅度保持不变,仅依靠相位来控制波束的扫描和波束的可重构,这样可以减小发射系统的体积、降低系统造价。将连续投影法应用于天线阵的综合中,可实现波束的唯相位控制。该方法的优势在于,通过迭代可以快速逼近期望的波束方向图,并能够达到良好的波束可重构效果及具有抗干扰特性的波束扫描效果。     

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。     

一种宽频带圆极化微带天线的设计

设计了一种宽频带圆极化微带天线。其结构为双层介质与空气层结合,辐射贴片为单个圆形金属片,通过电容耦合馈电的两个圆形金属片与威尔金森功分器相接,功分器的两个端口输出的功率幅度相同,相位相差90°。天线的3dB极化带宽为56%,VSWR<2的驻波比带宽为64%,增益在52%的带宽范围内变化在1dB以内。天线的远场方向图极化特性在35%的带宽范围内较好。     

基于多波位波束搜索的大型相控阵阵列信号处理技术

数字波束合成技术是通信对抗领域里一项至关重要的技术,通过在数字域对信号幅度和相位进行控制,可以形成多个独立可控的波束,形成波束指向精度高、灵活可变,且理论上不受波束形成数量的限制。本文针对大型相控阵需求,利用波束合成原理,并结合大规模阵列信号同步技术与相控阵幅相校准技术,实现一种可同时产生180个偏馈波束的多波位波束搜索系统。该系统可以利用波束群的实时扫描功能,实现大范围的波束搜索,更快定位目标角度。该系统已在工程上进行应用,并成功执行大型测控任务,取得圆满成功。     

通信卫星转发器备份环开关最短路径搜索算法研究

针对通信卫星装载转发器数量增长迅速的现状,提出了一种备份环开关最短路径搜索算法,以解决传统人工枚举法搜索路径效率低的问题。首先,建立备份环开关的数学模型,将通道、开关和功率放大器作为节点,射频电缆作为边,用邻接矩阵表示备份环开关节点间的连接关系。其次,采用动态规划的方法,对于每一对节点,寻找是否存在另一个节点使得新路径比已知路径更短,如果存在就更新当前的最短距离,通过迭代得到任意两节点间的最短距离,组成最短距离矩阵。最后,根据最短距离矩阵从终止节点出发反复寻找最短路径中的前一个节点,直至回到起始节点,将各节点逆序排列即为最短路径的通过顺序。仿真结果表明:该算法能够快速准确地找到最优方案,耗时少于人工搜索的1%,可以显著提高转发器测试设计的效率。     

星载多通道信号采集处理平台设计方法研究

多通道信号采集处理平台是阵列信号处理系统的关键设备,其性能指标关系到整个系统的精度,需要研究其硬件平台实现时的方法。文章结合星载多通道信号采集处理系统的原理及特点,在幅相一致性、输入动态范围及通道间隔离度等方面,分别提出了在方案设计、器件选型及电路设计等阶段的解决途径;通过优化模拟前端阻抗匹配设计及合理的平面分割等方法,提升了电路性能;并基于COTS（Commercial off The Shelf,商用现货）器件设计了硬件平台;对关键技术指标进行了仿真分析,搭建测试系统验证了平台的性能指标,在测试频带内,系统的幅度一致性<1 dB,相位一致性<±3°。文章对采用阵列信号处理系统的星载设备研制,尤其是对具有低成本、小型化、低功耗需求的载荷,有着较强的指导性。     

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。     

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.