K频段64元瓦片式接收组件设计

基于相控阵系统高集成、低剖面的应用需求,研制了K频段64元瓦片式接收组件。通过高密度集成的三维设计思路,将64元接收通道按照矩形栅格进行阵列化排列,各功能电路横向布局、纵向集成,实现了组件的低剖面特性。对组件的关键电路设计、结构设计、热设计进行了详细介绍。通过实物测试,该接收组件单通道增益≥20 dB,噪声系数≤4.8 dB;每个通道可独立实现6位移相、6位衰减功能,移相均方根误差(RMS)精度≤6°,衰减RMS精度≤1.5 dB。组件尺寸为52 mm×52 mm×14 mm,质量小于150 g。该接收组件具有标准化的构架,可灵活地实现大规模阵列扩展。

一种K频段宽波束圆极化相控阵天线

设计了一种适用于雷达、通信等领域的介质加载圆极化波导阵列天线,天线的圆极化信号通过隔板移相器的方式实现,设计的天线在K频段内驻波比小于2,交叉极化低于25 dB,单元增益在带内大于5 dB,波束宽度大于100°,能够满足阵列扫描的要求。加工天线后实测结果与仿真结果吻合一致,该阵列天线既适合固定波束阵列天线,又适合具有相扫功能的阵列天线。

一种K频段宽带双极化滤波喇叭天线设计

文中设计了一种K频段宽带双极化滤波喇叭天线,该天线采用阶梯型喇叭代替传统喇叭提升了天线效率,并通过在馈电波导冗余空间中引入一种T/Π型滤波结构,提升了天线带外的抗干扰能力.仿真和实验结果表明,该双极化天线的-10 dB阻抗带宽超过5 GHz,覆盖了K/Ka频段卫星的下行频段,天线效率超过58%,并在其上行频段实现了超过33.1 dB的带外抑制,该天线可作为单元用于K/Ka频段卫星下行频段的大型阵列天线设计.

基于LTCC基板的K频段多通道发射组件

介绍了一种基于LTCC基板的K频段多通道发射组件。为了更好地满足散热要求,盒体采用了高导热率的无氧铜材料。针对无氧铜盒体与LTCC基板间热膨胀系数的差异,提出了一种将LTCC基板过渡到钼铜载体,再将钼铜载体烧焊到无氧铜盒体的工艺流程。组件有8个通道,各路通道输出功率为25dBm,具有6位移相、5位衰减。研制结果表明组件性能优越、尺寸小、散热好,在高温85℃条件下工作时可以保证壳温≤90℃,长期工作可靠性高。

K频段测距系统星间高精度指向控制算法

为了避免多路径噪声对低低星间跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统测距精度的影响,基于SST-LL重力测量卫星的超静卫星平台,提出了一种磁控制与喷气控制相结合的KBR系统星间高精度指向控制算法。首先,利用喷气执行机构使卫星快速机动到目标姿态角;然后,利用磁力矩器和喷气执行机构对卫星进行联合稳定控制,在满足省电和节省喷气量的条件下,实现长周期、高精度的天线相对指向控制。利用"重力场反演与天气试验"(GRACE)卫星参数进行仿真验证,结果表明:在正常轨道运行模式下,该算法能实现俯仰和偏航方向优于1mrad的控制精度,可为KBR系统在轨高精度测距提供保证。

一种K频段宽带24路微波功率合成器设计

基于空间径向波导中心对称结构,进行了一般理论分析,结合理论分析对24路空间功率合成器及背靠背功率分配/合成器进行了电磁场软件仿真。考虑实际测试方便,根据仿真计算结果进行了功率分配器与合成器背靠背一体化样件加工,并进行了测试,测试结果显示,工作带宽为22 GHz～27 GHz,相对带宽大于24%,插入损耗最大为1.6 d B,回波损耗小于15 d B。测试结果与仿真计算结果基本一致。该功率合成器不仅具有较宽的工作带宽,而且还具有插入损耗低,功率容量较高等优点,另外,该功率合成器体积小,结构紧凑,容易加工,在未来高功率雷达、电子对抗及微波通信等应用领域有着很好的应用前景。

一种低功耗K频段低噪声放大器

基于0.13μm锗硅(SiGe)双极型互补金属氧化物(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor,BiCMOS)工艺,设计制作了一种高增益低功耗K频段低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA),通过优化晶体管尺寸及利用硅通孔设计高品质因数射极退化电感,降低了LNA噪声。实测结果表明,在1.6 V偏置条件下,该LNA在20 GHz的噪声系数等于1.94 dB,输入1 dB压缩点等于-29.6 dBm;18~21.3 GHz频率范围内,LNA增益大于23.3 dB,S 11和S 22均小于-10 dB。包含偏置电路功耗在内,芯片功耗仅21 mW,优于其他同等噪声系数的K频段SiGe BiCMOS LNA。该LNA可应用于卫星通信等K频段低功耗接收机系统。

一种K频段小型化多功能滤波器设计

摘要：文章设计了一种加载波导同轴转换的多功能小型化K频段带通滤波器，该滤波器不仅具有双边带抑制功能，而且还具有多频段远端抑制功能。通过耦合矩阵系数法，结合三维电磁场仿真，对滤波器主体及波导同轴转换结构进行了分析，优化出结构尺寸，给出了该滤波器的仿真结果，并对该滤波器功率容量进行了近似分析。经过电磁场仿真计算，最终，滤波器工作带宽为2GH，通带最大插入损耗小于0．3dB，带内驻波小于1．2，带内平坦度小于0．2dB，15—17．3GHz抑制度大于75dB，7—8GHz抑制度大于85dB，3．3—4．5GHz抑制度大于90dB，完全满足工程应用需求。

K频段宽带正交器的设计与实现

文章介绍了一种K频段宽带正交器(OMT)的设计过程与实现方法。与传统正交器相比它实现K全频带(18GHz-6.5GHz)内具有良好的驻波隔离特性。先详细描述了此OMT的设计仿真过程,介绍了几种不同加工工艺的加工结果比较,对影响电气性能的敏感参数进行分析,实现有针对性的、重点部位的加工,最后也对目前的设计加工状态提出新的研究方向。

K频段双极化卫星通信接收相控阵天线

当前卫星互联网建设迅速推进,针对低轨卫星通信对终端天线跨星波束切换、低成本、低剖面应用需求,提出了一种K频段圆极化可切换接收相控阵天线。采用“双线极化天线+旋转馈电+移相控制”实现天线圆极化设计,将相控阵天线层、电源层、控制层、功合网络层和芯片层等多层PCB一体化集成,研制出64阵元的接收相控阵天线。测试结果表明:该天线工作频段为18.5GHz~20.0GHz,G/T值为-7.82dB/K,可实现±60°扫描,天线厚度为3.3mm。相比传统砖式相控阵天线,该相控阵天线剖面低、质量小、扩展性好,对卫星通信终端天线发展具有重要意义。

USO-KBR测距系统建模与仿真

K频段微波测距(KBR)系统是低-低卫星跟踪卫星(SST-LL)重力测量卫星的关键载荷之一,其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果,而KBR系统中超稳振荡器(USO)的稳定度对KBR系统整体测距精度有着重要影响。文章根据双向测量载波相位对比原理和USO幂率谱模型,对KBR系统进行了建模。首先,描述了测距系统的基本原理、系统功能组成及适用于KBR系统的数学模型;然后,利用Matlab软件对"重力恢复和气候实验"(GRACE)卫星的KBR系统进行了仿真。仿真结果表明,采用该模型和方法后获得的双向测距中误差(RMSE)为9.81μm,与公布的GRACE卫星KBR系统10μm的中误差相符。文章为KBR系统的工程设计提供了仿真分析工具,可为工程应用提供设计参考。

GRACE KBR的测量新体制及其精度分析

文章介绍了GRACE KBR所采用的同步双向测量比对技术的原理,总结归纳了KBR的测量误差源,对KBR测量精度进行了分析估算,最后提出了需解决关键技术的建议。

重力测量卫星KBR系统相位中心在轨标定算法

针对低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统相位中心在轨标定问题,提出了一种应用预测卡尔曼滤波算法的KBR系统在轨标定算法。首先,以磁力矩器和姿态控制喷气发动机为执行部件,对一颗卫星施加一定的组合力矩,使其绕另一颗卫星进行周期性姿态机动;然后,将星敏感器数据代入预测卡尔曼滤波算法中估计出卫星姿态;最后,根据KBR系统观测值与卫星姿态角之间的关系,利用扩展卡尔曼滤波算法估计出KBR系统相位中心的位置。数值仿真结果表明:KBR系统相位中心可以被实时估计,当存在较大的卫星姿态动力学模型误差时,KBR系统相位中心的标定误差仍在0.3mrad以内,证明此算法估计精度较高且鲁棒性强。

K波段圆波导天线及阵列设计

设计了一种适用于雷达、通信等领域圆极化波导天线单元及天线阵列。采用阶梯型阻抗变换器进行了阻抗匹配,并通过矩形波导输出。在K频段内电压驻波比小于2.0:1,单元增益大于5 d Bi,单元波束宽度大于95°。设计的天线阵列可实现±45°的波束扫描。采用介质加载的方式进行了小型化设计,满足阵列合成波束的扫描要求。对加工天线原理样机并进行了测试,测试结果与仿真结果吻合。

K波段低副瓣波导缝隙驻波阵设计

本文设计了一种K频段低副瓣波导缝隙驻波阵天线,给出了实现低副瓣的方法。设计副瓣电平为-27d B,缝隙幅度分布按-30d B泰勒分布计算,结合高频仿真软件Ansoft HFSS对各缝隙归一化导纳进行计算,建立仿真模型并优化天线各参数。依据设计结果加工实物并测试其方向图及增益。测试结果表明,该天线在工作频带内波束宽度约3°,副瓣电平小于-27d B,工作频带内增益大于30.8d B,仿真结果与实测结果相符,设计满足指标要求。

基于低轨卫星通信K/Ka车载相控阵设计

针对卫星通信地面车载终端,提出一种K/Ka频段相控阵设计方案为用户终端提供卫星信号通信服务。相控阵雷达(phased array radar,PAR)收发系统的接收采用单馈宽带贴片微带天线,发射采用双馈贴片微带天线;通过对单个阵元进行旋转形成2×2子阵;相控阵天线在方位360°和俯仰60°锥形范围内扫描。实验结果表明:该方案能实现圆极化功能,结构紧凑,提高扫描轴比性能,阵列的增益、阻抗和轴比带宽可达到30%。

一种重力测量卫星静电加速度计在轨标定算法

静电加速度计是低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星的关键载荷之一,其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果。为了确保静电加速度计长期在轨工作,结合扩展卡尔曼滤波估计算法,提出了一种应用动力学方法确定静电加速度计校准参数的算法。首先建立静电加速度计及K频段测距(KBR)系统的量测模型;然后将高精度地球重力场模型和静电加速度计观测数据代入扩展卡尔曼滤波算法的状态方程中,将KBR系统观测数据代入观测方程中,建立静电加速度计在轨标定模型。数学仿真结果表明:静电加速度计的标度因子和零偏估计误差均在0.2%以内,实现了卫星静电加速度计较为精确的标定。

曲面双层带通频率选择表面天线罩设计

针对复杂曲面外形严重影响频率选择表面(FSS)天线罩传输特性的问题,提出了一种基于表面寻迹技术的曲面FSS天线罩设计方法。首先通过平面网格剖分对曲面进行拟合及表征,然后采用表面寻迹算法对FSS阵列的排布位置进行计算,最后将平面FSS结构投影于曲面外形,从而提高了曲面FSS阵列的排布及建模精度。采用该方法完成了某K频段A夹层曲面FSS天线罩的设计及测试,结果表明该曲面FSS罩的传输特性与平面FSS基本一致,且对天线辐射方向图影响较小,有效消除了复杂曲面外形对天线罩传输特性的影响。

24GHz高线性低功耗CMOS混频器的设计

采用一种新颖的前馈补偿差分跨导结构和LC-tank折叠共源共栅技术设计了一种适用于汽车防撞雷达系统前端的24 GHz高线性低功耗CMOS下变频混频器,详细分析了Gilbert单元混频器的线性度指标和其优化技术。该混频器工作电压为1.8 V,射频信号为24.0 GHz,中频信号为100 MHz,采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺实现了电路仿真和版图的设计,仿真结果表明:该混频器IIP3可达4 dBm,增益为-9.2 dB,功耗为5.7 mW。

高精度星间微波测距技术

卫卫跟踪(SST)技术是目前地球重力场测量最有价值和应用前景的方法之一。高精度K波段星间微波测距系统(KBR K Band Ranging System)是低低卫卫跟踪(SST-ll)重力卫星的关键有效载荷,它是一微米量级的测距系统,通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据,可以恢复出地球重力场。在研究星间双路微波测距原理的基础上,提出了一种KBR系统的基本结构,详细描述了数据处理过程和KBR系统研究需要突破的关键技术,分析了国内目前的研究水平,给出了我国未来开展KBR系统研究的一些建议。