多频段共口径星载射频系统综合理论研究

According to the requirements of multi-band and shared-aperture in the next generation satellite platform, it is necessary to carry on the researches on the fundamental theory, basic framework, system modeling and other key techniques for the satellite RF integration system with the goals of reducing the antenna number and system cost, improving the reconfigurability, interchangeability, extensibility and the electromagnetic compatibility of the system. The open structure optimization for the satellite RF integration system, the low mutual coupling design for the satellite antenna integration, the arrangement optimization for the array elements, the reconfigurable design for the RF module interconnection, and the electromagnetic compatibility will be stressed in this project. The main contents include the design of satellite RF integration framework, the integrations of multi-band and shared-aperture satellite antenna and RF transceiver circuit, and the development of satellite RF integration experimental system. This project is an advanced topic in the new technique field of satellite electronic system design. It has a specific and urgent application demand because this research can provide a solid theoretical and technical foundation for the design and application of the next generation RF system on satellites, aircrafts, ships, and vehicles platforms.

针对新一代卫星平台的多频段共口径需求，以减少天线的数目、提高电磁兼容性能、降低系统成本、提高系统的可重构性/可互换性/可扩展性为目的，开展星载射频综合基本理论、基本构架、系统建模与相关关键技术的研究，着重解决开放式射频综合结构优化、天线综合中阵元低互耦设计、优化布阵设计、射频模块互联的可重构设计、电磁兼容设计等的理论与技术问题。主要研究内容包括：星载射频综合框架研究、星载多频段共口径天线综合关键技术研究、星载射频收发电路综合关键技术研究、星载射频综合试验系统研制。本基金项目是星载电子系统设计领域的一个前沿新技术课题，对其开展研究有着非常明确和迫切的应用需求。本项目的开展将为新一代卫星平台上射频综合系统的设计和装备使用打好理论和技术基础，其研究成果还可应用于航空、舰船、车辆等平台的射频综合系统的研究和设计。

随着技术的不断发展和来自军用和民用领域对卫星平台性能及功能需求的不断增加，单颗卫星具备多频段、多任务处理能力的需求越来越高。针对新一代卫星平台多频段共口径的需求，本课题展开了星载射频综合方面的研究。主要工作内容包括以下方面：.（1）提出了多频段共口径星载射频系统的综合方案。分析了卫星射频综合系统的需求，总结了电子系统综合的发展，并提出了基于RF MEMS开关矩阵等关键技术的星载射频综合方案，为针对性的子系统研究工作梳理了框架并奠定了良好的基础。.（2）针对多频段共口径的需求，完成了L频段双频率圆极化微带天线、X/Ku频段超宽带背腔天线、S/X双频双极化微带天线阵研究设计。详细分析了天线阵各个部分的设计思路，给出了仿真结果与实物测试结果的对比，验证了天线的可行性。同时完成了X频段宽带U形槽微带天线、X频段卫星通信智能微带天线阵列的研究和设计，并且完成了加工和测试。.（3）完成了高性能射频 MEMS开关单元的仿真设计，同时对开关单元进行了可靠性分析。为了减小大型RF MEMS开关矩阵的性能损耗同时提高整体可靠性，提出了一种基于crossbar的贯序旋转开关矩阵拓扑结构，论证了结构的可靠性，给出了该结构的配置方案。同时基于该结构的开关矩阵已经针对性开发了MEMS工艺，进入加工流片过程。.（4）完成了四通道一体化LTCC接收机系统的开发研制和加工实测。同时针对其中的关键部分进行了技术攻关，包括高性能中频集总带通滤波器、小型化宽带带通滤波器、宽带多路公分网络、X波段多层互联结构设计以及通道接收机布线胶装等研究内容。.（5）完成了系统数字信号处理硬件平台的搭建，并且完成了整个硬件的仿真、设计、加工和硬件测试。本平台采用FPGA+双DSP的架构来实现数字信号的处理，这种方案功能强大、通用性强同时也具备强大的拓展能力。.本项目的部分研究成果已成功用于风云3号卫星通信载荷，载荷已于2017年11月15日在太原卫星发射中心成功发射，2018年4月载荷在轨测试成功，通过用户验收，目前已移交用户使用。