5.8GHz回旋波整流器整管设计

回旋波整流器把微波能转变为直流电,是微波输电的关键器件之一，文章对5.8GHz回旋波整流器进行了整管设计；运用CST电磁仿真软件结合理论分析开展了高频结构、磁体设计、电子枪、过渡区、能量耦合结构的研究，设计了工作在5.8GHz,带宽60MHz,输出电压26kV，输出功率7kW，整管整流效率达到60%的回旋波整流器。     

超小型氢频标磁控管微波腔的仿真设计

用Ansoft HFSS仿真软件建立了超小型氢频标磁控管微波腔模型结构,在给定腔体尺寸下,仿真了不同电极间距的空型和磁控管型微波腔谐振频率和品质因数,得出超小型氢频标磁控管微波腔的设计参数,并对实际设计当中影响磁控管型微波腔谐振频率的因素给出了建议。     

基于光频率梳的宽带微波光子镜像抑制下变频

文章提出了一种基于微波光子技术的宽带镜像抑制下变频方案。在本方案中,利用两个强度调制器（intensity modulators,IM）构成梳线间隔为3 GHz的光频率梳,可以将2GHz~40GHz的微波信号下变频为0~1.5GHz的中频(IF,Intermediate Frequency)信号。基于90° 光耦合器构成的Hartley 结构,本方案实现镜像抑制下变频。仿真验证了此方案的有效性,在2GHz~40GHz的频率调谐范围内,镜像抑制比可以达到67 dB,动态范围为100 dB·Hz2/3。     

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。     

微波整流腔的仿真设计与实验

文章设计了一种用于微波电真空二极管6D3D整流的圆柱凹型谐振腔结构;利用微波工作室软件,通过计算机仿真设计,找到了最佳的谐振腔尺寸;制作加工了腔体和耦合装置;实验测量了谐振腔的谐振频率、驻波比和品质因素,测得的谐振频率为2.46GHz,驻波比为1.6,品质因素为1640,测得的频率与计算机模拟结果相当吻合。     

砷化镓太阳电池表面高透光率吸波材料结构设计与性能研究

文章以卫星砷化镓太阳电池阵在X波段雷达波下的隐身性为研究背景,针对电池阵高透光率与其对电磁波高吸收率的兼容要求,选择碳纳米管薄膜材料建立人工亚波长吸波结构,通过调整其亚波长结构参数及碳纳米管薄膜材料的费米能级等参数,拓展吸波带宽。同时研究发现,在砷化镓太阳电池表面构建双层十字微结构,相比单层结构,材料的吸收带宽更宽,吸波体在8.2～10.3 GHz频率范围内反射率小于-10 dB,相对带宽达到23%。     

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。     

瞬时超宽带接收机初探

超高速ADC器件的模拟输入带宽达到了18GHz以上,微波接收机可以采用软件无线电设计方法进行设计,其减少了频踪、变频等环节,降低了微波系统的设备量。将传统的信号跟踪式数字信道化技术、FPGA处理阵列和DSP处理阵列应用到瞬时4GHz以上的超宽带数字接收机中,可对2~18GHz内的信号进行并行处理,其处理能力得到了极大提升。     

基于SBS的微波光子滤波器技术研究

文章针对微波域滤波器只能对提前设计好的特定频段、特定带宽使用的局限性而提出微波光子滤波器，其中，基于受激布里渊散射效应（SBS）的微波光子滤波器不仅拥有可调谐、可重构特性，而且由于其阈值低、调谐范围大和系统稳定性较好等优点而引起广泛关注。文章对比总结了从2011年以来国内外学者在该滤波器方面取得的重大研究成果并得出其未来的发展趋势。选取性能更优越的光频率梳技术进行SBS增益谱叠加，进而利用滤波器频谱带宽可重构的方法来实现基于SBS的滤波器设计。通过optisystem和matlab软件进行仿真分析，得到了3dB带宽为137MHz、形状因子为0.75、可调谐范围为0~20GHz的基于SBS的微波光子滤波器。从滤波器性能得出其可应用于包括卫星通信系统在内的各系统中的收发机，将大频率带宽范围的GHz宽带信号划分为并行的百MHz窄带信号，以便于用低频器件进行相关处理。     

关于LEO卫星WiFi网络吞吐量的分析

文章针对LEO星地链路传播时延长而造成地面Wi Fi协议的确认超时问题，以及星地大覆盖范围下隐藏终端间的严重冲突问题，在对地面Wi Fi协议MAC帧交换过程进行研究的基础上，提出了根据传播时延对超时重传时间进行动态调整的方案。通过对星地Wi Fi场景下的RTS/CTS机制及传输成功、失败条件的分析，考虑了不可忽略的传播时延、隐藏终端因素，改进了G.Bianchi建立的二维马尔科夫模型，并借助数值分析，得到了改进协议模型下的系统归一化吞吐量大小。最后通过MATLAB软件，验证了模型和仿真场景下的吞吐量变化情况，二者基本一致。仿真结果表明，传输距离的增加引起了信道资源的浪费，吞吐量随之下降；改进的RTS/CTS机制降低了用户间的碰撞冲突概率，吞吐量对用户数的变化不敏感。此外，理想状态下的系统吞吐量随数据帧长的增加而增加，而在误码率一定的情况下，存在最佳帧长，使得系统性能最佳。因此，改进方案使得DCF协议在星地场景中可用，为卫星Wi Fi的研究提供了一定的理论支撑。     

2GHz～6GHz功率驱动模块研究

文章研究了工作频率为2GHz～6GHz的微波功率模块（MPM）中的功率驱动模块。分析了功率驱动模块的特性与基本分析方法,重点研究了驱动模块中均衡网络的分析与设计及功率放大器的偏置技术。针对微波功率模块中小型化行波管的离散特性,可以利用仿真软件的优化功能快速地对功率驱动模块进行辅助设计。基于此方法,设计了一个频率为2GHz～6GHz、最大输出功率达32．5dBm的功率驱动模块。     

基于椭圆孔阵列的频率选择表面研究

针对准光学馈电网络系统对频道分离性能的要求,研究了一种工作于毫米波、亚毫米波的无介质支持的双层金属椭圆孔阵列频率选择表面。其在反射通道中反射54GHz和89GHz 2个信号的电磁波。在透射通道中,对165GHz和183GHz 2个通道的信号是透明的。使用模式匹配法仿真分析并设计频率选择表面,结果表明:当入射角度为18°时,2个反射通道中双极化的插入损耗小于0.1dB,2个透射通道的双极化插入损耗不大于0.6dB,各项指标能满足频率选择表面在通道引入的插入损耗不大于0.8dB的要求。此外,通过蒙特卡罗法分析加工误差对频率选择表面性能的影响,根据指标要求给出加工精度的下限,为实际加工提供数据支持。     

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.     

具有多次谐波抑制的发夹型微波带通滤波器

文章提出了一种新型的具有多次谐波抑制功能的发夹型微波带通滤波器,主要工作在2GHz频率。对该滤波器通过仿真优化,并进行实际设计测量。在该结构滤波器中,采用SIR（Stepped—impedancere sonator阶跃阻抗）结构的发夹谐振器来达到缩小尺寸、多次谐波的目的。该滤波器相比于传统的微带线发夹型滤波器具有尺寸小、频率选择性好、宽阻带的性能特点。     

一种S频段具有RCS缩减特性的编码超表面

设计了一种覆盖S频段的电控1-bit编码单元，并对其进行了等效电路分析与参数优化，单元在0/1两种工作状态下相位相差180°；以此为基础完成了9×9超表面阵列设计，通过设置变容二极管两端的偏置电压，使各个超表面单元能够根据设计需求在0/1两种工作状态之间切换，从而实现反射电磁波能量干涉相消。仿真结果表明，编码超表面阵列在2 GHz~4 GHz内相对于同尺寸的金属板能够实现15 dB以上的RCS减缩。     

基于Pillbox结构的W波段电扫描反射阵天线设计

设计一种基于Pillbox结构的W波段电扫描微带反射阵天线,它由加载在双平行板(pillbox)内部的角锥喇叭馈源和微带阵列天线构成。采用1×2缝隙耦合微带作为反射阵元,利用HFSS软件集总RLC边界条件设置等效电路模型,实现了加载PIN二极管的微带阵元建模。通过切换PIN二极管的偏置状态,在94GHz频率处实现了1bit数字移相。整阵仿真结果表明,设计的Pillbox反射阵天线在92GHz~96GHz频段内,可实现±40°一维扇形波束电扫描,扫描状态下全频段反射驻波比小于1.8。     

基于高效垂直互连的X频段三维交叉合路网络

针对射频微波系统小型化、一体化、低成本设计需求,利用HFSS软件3D建模仿真研究微波毫米波多层板高密度垂直互连技术,对比不同结构参数的频率特性,在结构上通过加载层间焊盘改善特定频段内传输性能,在DC^20GHz内回波损耗小于–20dB。基于该高效垂直互连技术,实现32路信号输入4波束输出交叉网络3D垂直合成,体积仅为125mm×30mm×1.8mm,经测试带内插损≤10.95dB,驻波比≤1.4,较好地实现了X频段合路输出功能。     

屏蔽度仿真在航天器电磁兼容性分析中的应用

提出了一种采用s参数法结合CST-MS软件进行航天器屏蔽度仿真分析和预测的方法。在航天器舱体结构内的发射天线和舱体结构外的接收天线处分别设置端口,通过计算端口间的s参数来分析计算舱体结构的屏蔽度,并将仿真分析结果与实测结果进行对比。对比结果表明,仿真计算结果与实测验证结果基本上是一致的,充分验证了采用s参数法结合CST-MS软件对屏蔽度仿真分析,具有很好的实用性和计算精度。这种方法应用于航天器设备级和系统级,能够显著降低航天器电磁兼容性(EMC)分析的难度,并能在一定程度上简化航天器前期设计中EMC试验验证的需求。     

宽带毫米波相控阵波导辐射器设计

设计一个结构紧凑的毫米波开口波导辐射器,为方便与发射/接收模块匹配,采用同轴探针馈电方式。利用等效电路方法,设计三级脊波导台阶过渡结构,改善天线阻抗匹配,增加天线带宽。采用Ansoft HFSS仿真软件进行建模仿真和设计优化,并根据结果完成样件加工。产品测试结果与仿真结果相符,天线单元带宽大于4GHz,带宽范围内天线单元增益大于6.9d B,满足应用要求。     

Ka波段宽带波导-微带转换结构设计与应用

为探索毫米波功放高功率稳定输出特性，设计研究了一种适用于Ka波段的共面输出新型波导-微带转换结构，采用HFSS仿真软件分析了结构可行性，并在样机上进行组装验证。通过优化转换结构，设计两段式微带的一体化结构矩形波导口作为射频输出，波导口尺寸为2.0mm×711mm，通过在波导微带探针结构中引入共面波导间的宽带互联结构，采用键合金丝串联微带与探针完成阻抗匹配，在确保薄膜探针可靠性组装的同时，可有效确保射频输出指标的一致性。最终产品性能测试覆盖33.5GHz～35.5GHz，实现了毫米波信号的优良传输，输出功率稳定保持40dBm～42dBm。该两段式微带-波导转换方式，具有功率较高、损耗较低的特点，加工一致性好，在微波毫米波领域具有非常广阔的应用前景。