欢迎订阅《空间电子技术》

《空间电子技术》创刊于1971年,由中国航天科技集团有限公司西安空间无线电技术研究所主办,国内公开发行,双月刊。本刊内容涵盖卫星通信、微波遥感、天线及其展开技术、卫星测控、数据传输与处理、电磁环境与可靠性、计算机应用、航天工艺及材料、空间站与载人航天、深空探测等空间电子学领域及其交叉学科。凡在理论与应用实践上具有创新的,代表我国最新空间电子学科技研究水平的学术论文、有科学依据和可靠数据的技术报告、阶段性成果报告以及属于前沿学科并对学科发展有指导意义的展望评论性文稿均可投稿。

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编委会主任寄语

尊敬的第五届编委会成员、各位专家学者们:大家好!忆往昔峥嵘岁月稠,自1971年创刊至今,《空间电子技术》伴随着中国航天事业的快速发展,已走过53年的历程。围绕“交流空间电子技术,培养青年技术人才,活跃学术科研氛围,促进航天事业发展”的办刊宗旨,及时反映了各时期技术成果的最新成就,成为深入了解国内外卫星有效载荷技术发展的重要渠道。从内刊交流到公开发行,范围拓展至全国大多数科研院所和重点高校,与万方、知网、维普等多个出版服务平台建立合作关系,已成为行业内具有一定影响力的专业期刊。

主编致辞

《空间电子技术》自创刊以来,始终秉持严谨、求实、创新的办刊理念,致力于为科研人员呈现高质量的学术成果,帮助大家更好地了解国内外技术发展动态,把握未来的卫星有效载荷技术方向。

高分辨星载海洋微波辐射测量技术发展综述

星载微波辐射计作为海洋观测的一种重要技术手段,能够全天时、全天候对海洋环境参数进行长期连续的观测,具有宽幅、高精度等特点,能够为数值预报、台风监测、防灾减灾等应用提供重要保障。随着海洋应用需求不断提升,星载海洋微波辐射探测技术也向着更高分辨率、更高精度的方向发展。文章对高分辨率海洋微波辐射测量新技术的概念、系统组成以及发展情况进行了介绍,包括基于密集馈源阵列的多波束推扫辐射计、集中式综合孔径辐射计以及分布式综合孔径辐射计。文章结合三种高分辨率微波辐射测量技术的特点和当前技术水平对未来星载海洋微波辐射测量技术的发展思路进行了讨论,对其中的重要的关键技术进行了梳理,并针对不同应用需求给出了发展建议。

一种雷达测试中通道误差自适应补偿技术

文章针对多模式、多带宽脉宽组合的雷达系统调试测试时通道误差提取与补偿效率低的问题,提出了一种通道误差随参数变化的自适应补偿技术。该方法可在通道误差模型的基础上,根据各工作模式所设定的带宽、脉宽组合自适应生成幅相误差补偿曲线,并以回波模拟器通道误差自适应补偿为例给出了误差模型获取与自动生成的具体步骤。通过某雷达系统测试过程中的试验验证,所提出的方法幅度误差提取结果相比逐次提取结果偏差小于0.02dB,相位误差提取偏差小于0.2度,满足通道误差补偿的需求,不仅适用雷达系统调试测试,还可应用于其他通道特性稳定系统的通道误差补偿,避免繁杂的手动操作,提高测试效率。

L波段全向天线研究与设计

在实际应用中,有时需要全向天线在水平面以上覆盖较广的空域,针对这一需求,文章提出了两种工作在L频段的波束上翘的全向天线。其中一种为使用同轴转平行双线结构进行馈电的串联印刷偶极子天线,且加入反射板保证波束上翘,实测结果表明该天线在工作频段内,电压驻波比(voltage stanting wave ratio,VSWR)小于1.5,水平面增益大于2dBi,俯仰角0°~70°(定义水平方向为0°)增益大于-7dBi,不圆度小于2dB。另一种为双锥天线,使用上下锥体不对称结构保证波束上翘,同时引入固定套环保证天线的稳定性。实测结果表明该天线在工作频段内,VSWR小于2,俯仰角0°~20°增益大于1dBi,俯仰角0°~70°增益大于-7dBi,不圆度小于2.5dB。该天线结构稳定,性能优良,可应用于车载通信或其他通信场景中。

陆探四号01星微波通道在轨自主相位补偿方法

地球同步轨道星载合成孔径雷达系统单次成像任务时间长达千秒级且具有较高热耗。成像过程中,多通道射频链路上多种设备均会发生插入相移随温度漂移现象,导致方位向相位相关性变差进而影响系统的成像性能。为了解决该问题,文章中提出了一种在轨自主实时温度相位补偿方法。该方法将上百台设备/电缆的温度相位数据进行优化存储,在成像时实时读取温度后查表计算链路相位变化并进行补偿,具有灵活适应多种模式、存储及逻辑轻量、可靠稳定等特点。仿真和测试验证了该方法可有效提升系统长时间工作工况下成像性能,已成功实现在轨应用。

低损耗太赫兹波导腔体传输结构与互联接口设计技术

文章介绍了降低太赫兹波导传输和互联损耗的方法及实验结果。当前,矩形波导多采用金属分块技术制作,且H面剖分波导损耗明显高于E面剖分波导损耗。为了抑制H面波导的电磁泄漏和辐射损耗,降低整体的传输损耗,在波导剖分表面添加了电磁带隙结构或扼流槽结构。采用传统的数控铣削和金属分块技术制备了一些波导样品,包括常规的矩形波导、带隙波导和扼流波导,并在170GHz~260GHz频段进行了测量和损耗对比。实验结果表明,在太赫兹频率下,波导分裂带来的不连续间隙使常规的H面波导损耗高达0.074dB/mm;带隙波导的损耗为0.017dB/mm,但加工耗时且价格昂贵;扼流波导的损耗为0.025dB/mm,成本和性能适中。此外,还设计制备了基于零形扼流槽的波导法兰,用于无接触低损耗太赫兹波导互联应用。相比常规波导法兰,基于文章设计的法兰互联性能稳定,改善效果显著。

电场耦合式无线电能传输技术在航天领域应用前景展望

将无线电能传输技术引入航天器的旋转供电中是推动航天器进一步发展的重要手段。而现有应用最广的磁耦合式无线电能传输技术(inductive power transfer,IPT)因成本高、重量大、存在涡流损耗等缺陷而难以在航天领域中得到大规模应用。而电场耦合式无线电能传输技术(capacitive power transfer,CPT)以其成本低、重量轻等优点,近年来受到广泛关注,在航天领域具有巨大潜力。从传统IPT技术在航天领域应用的缺陷入手,分析将CPT技术引入航天领域无线供电场景的重要性。进而介绍了CPT技术的发展历程与基本原理,并对CPT技术在轻量化、大功率、旋转型三个领域的研究现状进行综述来论证其在航天领域应用的潜力。最后总结了CPT技术在航天领域应用存在的问题并分析了解决这些问题可行的技术手段。

面向微波电力传输的低成本易部署柔性接收天线阵

文章提出了一种用于微波电力传输(MPT)系统的柔性能量接收天线阵列,具有面积大、成本低、易部署的特点。由于能量接收器表面通常为不平整状态,因此,传统刚性材质天线无法完成共形共面制备。为了适应各种外型的运用场景,文章采用柔性材料设计天线,其介质基板和辐射导体分别基于聚酰亚胺和新型液态金属镓铟合金(其中镓的占比为75.5%,铟的占比为24.5%)。由于MPT应用场景非常复杂多变,故对便携性提出要求。采用折叠/充气展开技术进行结构设计,以实现接收天线阵列收放的便捷性。使用三维电磁场仿真软件(CST)对设计的柔性接收天线从单元到阵列进行仿真,天线工作频点为5.8GHz。最大捕获效率超过55%,并且在弯曲工况下捕获效率超过35%。仿真结果证明了文章工作的有效性和正确性。

一种相控阵通道的快速测量方法

随着相控阵系统在通信领域的大规模应用,需要供应商提供能够长期稳定工作的设备。而相控阵通道幅相特性在使用的过程中会随着时间产生变化,最终会导致波束性能下降。为了简化相控阵后期维护,降低维护时间和成本,需要在其维护阶段对相控阵通道进行幅相特性测量。这种测量必须由相控阵系统独立完成,且不应该依赖外部环境。传统的测量方法是依次对每个通道进行独立的测量,这种测量方法效率低下,大规模相控阵的测量时间一般都在数十分钟以上,会使通信业务长时间中断,不利于系统快速维护的需求。目前,对相控阵通道幅相的快速测量方法主要是在相控阵天线位于特定的测试环境下进行,目的是加快相控阵的生产周期,不适用于后期维护。将多载波和系统同步结合,提出了一种相控阵通道的快速测量方法。该方法在相同测量精度下,测量所消耗的时间大约比传统串行测量方法少两个数量级,相比于已有的快速测量方法测量时间大幅缩短。最后通过仿真验证了方法的有效性,得出了测量精度和测量时间的关系。并在相同测量精度条件下与传统串行测量方法和已有快速测量方法的测量时间进行对比。

基于GCPW的220GHz砷化镓芯片基波混频电路

为了提高太赫兹收发系统的集成度,设计并制备了220GHz基于共面波导输出接口的片上砷化镓基波混频电路。首先,对研制的砷化镓肖特基二极管的I-V和C-V进行测试表征,并提取了相应的肖特基二极管电路参数。其次,分别设计了串联肖特基二极管、低通滤波器、3dB耦合器等结构,并对其进行了联合仿真,实现了220GHz混频基波电路。最后,通过优化整合工艺,采用二极管倒装的形式封装在电路上形成片上混频器。对研制的混频电路进行了测试验证:在固定中频5GHz的条件下,测试结果表明在200GHz~220GHz频率范围内芯片的变频损耗均小于15dB,在204GHz处获得了最低损耗10.6dB。基于GCPW的砷化镓芯片电路结构简单,无需波导腔体装配,可以与其他射频器件集成在一起,减小芯片体积,增加集成度。

170GHz二倍频器2路功率合成技术研究

文章研究并实现了基于170GHz二倍频器2路的功率合成。采用三维电磁场仿真设计并实现了E面T型功分/功合器。功率分配器采用WR10标准波导,80GHz~95GHz频带内,插入损耗在0.2dB左右,端口2和端口3之间隔离度在6dB左右。输出功率合成器采用WR5标准波导,160GHz~185GHz频带内,插入损耗在0.4dB左右,端口2和端口3之间隔离度在6dB左右。采用GaAs肖特基二极管单片集成技术设计并制备单路二倍频器,以满足一致性要求;基于170GHz二倍频器2路功率合成的测试结果表明,输入功率在600mW~800mW之间,163GHz~178GHz的输出功率在110mW~264mW,合成效率在80%以上。在171GHz的频点下,峰值输出功率可达264mW,峰值合成效率达到92%。

面向高速集成VPX架构的航天产品工艺技术验证及应用

针对高速集成VPX架构的航天产品研制需求,开展了VPX压接连接器的选用必要性分析、特点介绍、鱼眼端子结构设计和合理的PCB工艺方案设计,完成了高速集成VPX架构的工艺控制流程,开展了PCB孔径尺寸验证、连接器接触阻抗验证、连接器试验样品补充50次插拔试验、结构样机的试验验证和在轨应用验证等工作,结果表明:采用文章所述的PCB工艺方案和VPX架构的工艺控制流程,成功研制并在轨应用了某星载高速集成VPX架构数传智能处理器,充分验证了VPX压接连接器可以满足星载高可靠要求。未来,采用更高速率的VPX压接连接器,通过合理的航天产品工艺方案,研制更高速度和更高集成度的航天产品,进一步提升产品的功能性能。

一种多源测距与视觉惯性融合的月球车定位方法

针对月球车月面探测活动任务中对高精度定位的需求,当前视觉惯性定位方法存在误差累积,并且在缺乏先验环境信息时无法消除,基于三角测量原理的无线电定位方法可以通过测量接收端到至少三个不同发射端的距离来确定目标物体位置,但需要架设三台以上基站,因此难以满足月面环境下大范围定位的需求。文章提出了一种基于基站无线测距和视觉惯性里程计融合定位方法,以解决上述定位手段存在的问题。该方法首先利用视觉惯性里程计构建的环境模型将WIFI、UHF和UWB三类无线电基站测距信息进行融合,然后将测距结果和视觉IMU信息进行位置联合解算来确定月球车位置,最后在Matlab和Gazebo软件平台上进行仿真验证,在距离基站最远行进1500米的条件下实现了0.92米定位误差。实验结果表明,该方法能够在满足月面探测任务对于精准定位的需求。

基于空间谱域的分布式无源雷达成像性能分析

无源雷达成像即利用空间中存在的多个辐射源和接收站,同时对同一目标进行多角度成像,从而获取丰富的目标特征信息,它是当前雷达成像领域的研究热点之一。文章对无源雷达成像性能的影响因素进行分析,从多个辐射源、多个接收站和目标组成的空间三维构型出发,建立了目标回波模型,推导出回波数据与点散射函数之间存在的空间谱域映射关系。以北斗卫星辐射源为例,使用后向投影(back projection,BP)算法对多点目标进行成像仿真。仿真实验从辐射源与接收站数量、辐射源与接收站排布间隔以及辐射源与接收站构型三方面,有效验证了空间谱填充与成像质量的关系,为后续无源雷达成像系统的设计提供理论支撑。

一种紧凑型高效率毫米波整流天线

为了提高毫米波无线输能系统的接收端效率,设计了一款基于缝隙耦合馈电的紧凑型高效率毫米波整流天线,该整流天线通过划分子阵,每个子阵单独进行能量转换,采用直流合成的方式进行整合输出,具有尺寸小、剖面低、易共形等特点。天线采用缝隙耦合馈电,馈线和辐射贴片分别在地板的两侧,有效的减少天线电路之间的影响,同时增大了天线的有效辐射面积。后端整流电路采用单二极管并联整流拓扑,利用扇形枝节作为直通滤波器进行直流滤波。该整流天线工作频率为35GHz,天线阵列增益为23.4dBi,实测在17dBm接收功率下具有最高58.65%的整流效率,可广泛应用于毫米波无线输能系统中。

基于GaN HEMT的80GHz~140GHz超宽带功率放大器

为满足毫米波通信等应用领域对超宽带功率放大器的需求,文章采用南京电子器件研究所50 nm GaN HEMT工艺研制了一款覆盖W、F波段的超宽带功率放大器。首先,使用模型对实验数据进行拟合外推,得到宽带范围内管芯的功率阻抗;其次,采用LC结构加高低阻抗微带线方式进行宽带电路匹配,并设计了末级、级间和输入级的匹配电路拓扑结构;最后,对级间匹配电路进行综合优化调整,并采用兰格桥进行功率合成。最终,放大器在80GHz~140GHz范围内,典型线性增益达18dB,饱和输出功率达100mW,同时,在全频段范围内,芯片具有±1dB的功率平坦度和良好的回波损耗,在太赫兹领域具有广阔的应用前景。

星用微波集成电路TaN薄膜电阻的功率耐受值研究

氮化钽(tantalum nitride,TaN)薄膜电阻电路是星载放大器、功分器等典型产品中必不可少的组成部分。在较大功率信号施加的条件下,TaN埋嵌电阻部位热效应较强,出现电路失效或烧毁的可能性也较其他部位大。星载微波单机应用环境条件恶劣,对于薄膜电阻的应用可靠性要求极高,常规侧重高温工况,热处理等条件下的氮化钽电阻功率耐受性研究无法得到实际星载应用工况中氮化钽电阻的功率特性,势必需要通过模拟实际应用工况和边界条件,通过设计制作氧化铝基板上不同尺寸TaN薄膜电阻样件,测量在施加不同电流的工况下电阻表面和电阻电极的温度,并根据电阻表面最大允许温升对应的电流,计算出可耐受的最大功率,完成了TaN薄膜电阻的功率耐受性研究。研究结果表明,在基板厚度一定时,随着电阻面积增大,薄膜电阻耐受功率呈增大趋势;较大尺寸薄膜电阻的功率耐受随着基板厚度的增加而降低。此研究结果对后续优化星用微波电路设计,提高宇航微波产品应用可靠性,减少不必要的设计冗余,有重要意义。