专栏：空天地一体化通信系统的无源互调2023(3);2023(7)
发刊词
《空天地一体化通信系统的无源互调》专栏发刊词
空天地一体化通信网络(目前6G共识)，突破地形地表的限制，扩展到太空、天空、陆地、海洋等自然空间，真正实现6G 时代的智联万物。未来的空天地一体化网络关注的是融合，典型的一体化网络由三部分组成：各种轨道卫星构成的天基网络、飞行器构成的空中网络以及传统的蜂窝无线网络等地基网络。复杂的多网络、多频段共存造成其无源互调风险巨大。因此，复杂通信系统中无源互调效应的建模与数值仿真技术、高精确度检测定位技术以及有效的无源互调抑制技术，具有极为重要的科学意义与实际价值。
本次出版《空天地一体化通信系统的无源互调》专栏，通过期刊搭建平台，吸引更多的专家学者共同致力于通信系统无源互调研究， 报道无源互调领域最新的研究成果，实现相关专业最新进展的互通互享，推动空天地一体化通信系统的无源互调研究的发展。
本次专栏内容十分丰富，包括了器件级无源互调效应建模与仿真技术、无源互调检测技术与测量系统、无源互调抑制技术等。在此， 我们对关心并支持本专栏出版的各位领导、组稿专家、审稿专家，以及积极参与专栏征文活动的所有作者表示衷心的感谢！
随着空天地一体化网络建设，对高性能收发共用通信系统提出更高要求，无源互调相关技术必将成为空天地一体化通信系统性能提升的关键，为天地一体化作战能力提升提供重要支撑。当然，这一领域的发展还需更多同仁精诚合作，相互促进，相信经过大家共同的努力， 必将迎来新一轮发展。
专栏主编：崔万照
本期专栏特约组稿专家：于 明 南方科技大学 贺永宁 西安交通大学
刘长军 四川大学 谢拥军 北京航空航天大学
李团结 西安电子科技大学 陈 雄 南方科技大学
文章列表
2023, 21(3):257-262.
DOI: 10.11805/TKYDA2022174
摘要:
在地面通信系统中，基站的微波部件长期暴露在外，受温度、湿度、污染等因素影响，原本洁净的部件表面受到氧化、沾污等，导致接触不良，产生无源互调(PIM)，干扰通信系统，导致地面移动通信中PIM的干扰不可避免。卫星通信系统中，由于通信距离远、平台限制等，必须采用收发共用模式，随着接收机灵敏度提升，对PIM指标要求更高；因系统高可靠性要求，PIM成为系统成败的关键问题之一。本文介绍了地面移动通信和星载微波部件PIM干扰的特点和研究进展，以期对PIM研究提供参考。
在地面通信系统中，基站的微波部件长期暴露在外，受温度、湿度、污染等因素影响，原本洁净的部件表面受到氧化、沾污等，导致接触不良，产生无源互调(PIM)，干扰通信系统，导致地面移动通信中PIM的干扰不可避免。卫星通信系统中，由于通信距离远、平台限制等，必须采用收发共用模式，随着接收机灵敏度提升，对PIM指标要求更高；因系统高可靠性要求，PIM成为系统成败的关键问题之一。本文介绍了地面移动通信和星载微波部件PIM干扰的特点和研究进展，以期对PIM研究提供参考。
2023, 21(3):263-270.
DOI: 10.11805/TKYDA2022192
摘要:
无源互调（PIM）干扰是微波射频电路面临的主要可靠性问题之一，随着微波射频电路小型集成化发展，微带电路无源互调效应研究开始受到工业界和学术界广泛关注。研究微带电路无源互调机理、评估和抑制方法，对于制备小型化、高可靠性微波射频电路具有重要价值。与腔体部件相比，微带电路的非线性往往是分布的，且与基材选择、制造工艺和器件结构等方面都有重要关系，因此研究难度更大。近年来虽然关注微带电路互调的研究越来越多，但依然难以直接指导微带电路的实际设计。基于此，本文系统论述了近年来微带电路无源互调领域的研究情况，包括非线性机理、仿真建模以及测试诊断等方面，为未来更深入地研究微带电路无源互调效应提供参考。
无源互调（PIM）干扰是微波射频电路面临的主要可靠性问题之一，随着微波射频电路小型集成化发展，微带电路无源互调效应研究开始受到工业界和学术界广泛关注。研究微带电路无源互调机理、评估和抑制方法，对于制备小型化、高可靠性微波射频电路具有重要价值。与腔体部件相比，微带电路的非线性往往是分布的，且与基材选择、制造工艺和器件结构等方面都有重要关系，因此研究难度更大。近年来虽然关注微带电路互调的研究越来越多，但依然难以直接指导微带电路的实际设计。基于此，本文系统论述了近年来微带电路无源互调领域的研究情况，包括非线性机理、仿真建模以及测试诊断等方面，为未来更深入地研究微带电路无源互调效应提供参考。
2023, 21(3):291-300.
DOI: 10.11805/TKYDA2022143
摘要:
无线通信系统日益朝着高功率、高灵敏度的方向发展，无源互调(PIM)对信号传输的干扰问题是通信系统发展中亟需攻克的难题之一。据此，本文综述了无源互调产生的机理，并从降低接触面粗糙度、应用涂层材料和优化器件结构3个方面重点总结了无源互调抑制技术的研究进展，同时对不同抑制技术的优缺点进行了分析，最后对无源互调抑制技术的发展趋势进行了展望，以期为相关研究者提供借鉴和指导。
无线通信系统日益朝着高功率、高灵敏度的方向发展，无源互调(PIM)对信号传输的干扰问题是通信系统发展中亟需攻克的难题之一。据此，本文综述了无源互调产生的机理，并从降低接触面粗糙度、应用涂层材料和优化器件结构3个方面重点总结了无源互调抑制技术的研究进展，同时对不同抑制技术的优缺点进行了分析，最后对无源互调抑制技术的发展趋势进行了展望，以期为相关研究者提供借鉴和指导。
2023, 21(3):286-290.
DOI: 10.11805/TKYDA2022193
摘要:
金属网的无源互调(PIM)是大功率星载网状天线的一项重要性能参数。传统的金属网无源互调测试主要采用空间辐射法，但空间辐射法需要的金属网样件尺寸大，测试效率低。对此，提出一种基于三端口模块波导测试系统的金属网无源互调性能测试方法。为验证测试方法的有效性，搭建了基于三端口模块的金属网PIM性能测试系统，并对传统型和改进型2个金属网样件进行了PIM性能测试。测试结果表明，改进后的金属网PIM性能提升了50 dB以上。本文提出的金属网PIM性能测试方法使用的三端口测试系统集成度高，性能稳定，系统搭建效率高。相比传统的空间辐射测试法，本文方法的测试样件尺寸减小了一个数量级，为快速研究新型低PIM金属网提供了有力支持。
金属网的无源互调(PIM)是大功率星载网状天线的一项重要性能参数。传统的金属网无源互调测试主要采用空间辐射法，但空间辐射法需要的金属网样件尺寸大，测试效率低。对此，提出一种基于三端口模块波导测试系统的金属网无源互调性能测试方法。为验证测试方法的有效性，搭建了基于三端口模块的金属网PIM性能测试系统，并对传统型和改进型2个金属网样件进行了PIM性能测试。测试结果表明，改进后的金属网PIM性能提升了50 dB以上。本文提出的金属网PIM性能测试方法使用的三端口测试系统集成度高，性能稳定，系统搭建效率高。相比传统的空间辐射测试法，本文方法的测试样件尺寸减小了一个数量级，为快速研究新型低PIM金属网提供了有力支持。
2023, 21(3):271-277.
DOI: 10.11805/TKYDA2022195
摘要:
弹片作为一种重要的电连接器，它的可靠性会直接影响设备的电性能。研究弹片电连接的规律和影响因素，对于提升设备性能并节约成本具有重要意义。本文通过软件仿真及实验测量，测试了在弱外加力(<2 N)的条件下，以弹片为代表的电连接部件，接触电阻阻值随着接触金属面材料的电阻率减小而减小，且随着外加力的增大而减小的规律。通过机械接触理论分析及计算，验证了接触电阻会受到材料的电阻率与外加力影响；对弹片的接触电阻产生机理给出了明确解释，能够更准确地判断弹片与不同接触界面产生接触电阻的大小关系。
弹片作为一种重要的电连接器，它的可靠性会直接影响设备的电性能。研究弹片电连接的规律和影响因素，对于提升设备性能并节约成本具有重要意义。本文通过软件仿真及实验测量，测试了在弱外加力(<2 N)的条件下，以弹片为代表的电连接部件，接触电阻阻值随着接触金属面材料的电阻率减小而减小，且随着外加力的增大而减小的规律。通过机械接触理论分析及计算，验证了接触电阻会受到材料的电阻率与外加力影响；对弹片的接触电阻产生机理给出了明确解释，能够更准确地判断弹片与不同接触界面产生接触电阻的大小关系。
2023, 21(3):278-285.
DOI: 10.11805/TKYDA2022198
摘要:
提出一种基于缝隙波导的可分离且可同时测量接触电阻和无源互调(PIM)的电接触PIM测试方法，并在此基础上研究了金属接触PIM的统计行为。通过接触样品的表面形貌和成分表征，确定了铝合金和镀银铝合金待测件表面存在的氧化膜是产生PIM的主要原因；在几种不同压强下利用四线法多次重复加载后，测量了接触电阻并获得了其统计规律；利用设计的缝隙波导工装测试了铝合金和镀银铝合金金属接触界面接触电阻、PIM和接触压力之间的关系。实验结果表明，在特定压力下的接触电阻具有统计分布特性，其PIM值也随之具有波动性；随着接触压力的增大，接触电阻与PIM值总体上都呈现下降的趋势，且波动范围随之减小。
提出一种基于缝隙波导的可分离且可同时测量接触电阻和无源互调(PIM)的电接触PIM测试方法，并在此基础上研究了金属接触PIM的统计行为。通过接触样品的表面形貌和成分表征，确定了铝合金和镀银铝合金待测件表面存在的氧化膜是产生PIM的主要原因；在几种不同压强下利用四线法多次重复加载后，测量了接触电阻并获得了其统计规律；利用设计的缝隙波导工装测试了铝合金和镀银铝合金金属接触界面接触电阻、PIM和接触压力之间的关系。实验结果表明，在特定压力下的接触电阻具有统计分布特性，其PIM值也随之具有波动性；随着接触压力的增大，接触电阻与PIM值总体上都呈现下降的趋势，且波动范围随之减小。
2023, 21(7):845-850.
DOI: 10.11805/TKYDA2022238
摘要:
针对无源互调(PIM)严重影响卫星通信系统性能和稳定性问题，提出了一种利用内导体非接触式结构实现低PIM的同轴接头设计方法。设计并实现了2款分别工作在S波段和C波段的内导体非接触式同轴接头：S波段的内导体非接触式同轴接头在2.1~2.7 GHz下实测|S11|<-30 dB，通带内插入损耗小于0.3 dB；C波段的内导体非接触式同轴接头在3.5~4.2 GHz下实测|S11|<-30 dB，通带内插入损耗小于0.2 dB。该改进型同轴接头设计方法为卫星通信系统的微波连接器的设计提供了重要的参考价值和新的研究思路。
针对无源互调(PIM)严重影响卫星通信系统性能和稳定性问题，提出了一种利用内导体非接触式结构实现低PIM的同轴接头设计方法。设计并实现了2款分别工作在S波段和C波段的内导体非接触式同轴接头：S波段的内导体非接触式同轴接头在2.1~2.7 GHz下实测|S11|<-30 dB，通带内插入损耗小于0.3 dB；C波段的内导体非接触式同轴接头在3.5~4.2 GHz下实测|S11|<-30 dB，通带内插入损耗小于0.2 dB。该改进型同轴接头设计方法为卫星通信系统的微波连接器的设计提供了重要的参考价值和新的研究思路。
2023, 21(7):882-890.
DOI: 10.11805/TKYDA2023009
摘要:
在现代无线通信中，无源互调是影响通信信号传输质量的重要因素。双音互调测试能够有效衡量无源器件的非线性特性，却无法准确预测出器件在宽带信号激励下的非线性失真。因此本文提出了一种基于正态分布的宽带信号激励下的射频连接器无源互调特性分析方法。通过双音互调测试，建立射频连接器无源非线性传输数学模型，并将基于正态分布的等效宽带信号作为非线性传输模型的激励源进行模拟仿真。结果表明，宽带无源互调功率分布与宽带信号功率分布相同，n阶宽带无源互调带宽为原宽带信号带宽的n倍，宽带信号的无源互调产物相较于双音测试信号有所增强，且信号的信噪比下降，说明宽带信号在传输过程中受到的干扰更加严重。电路仿真和数值计算呈现出良好的一致性，证明了本分析方法的有效性。
在现代无线通信中，无源互调是影响通信信号传输质量的重要因素。双音互调测试能够有效衡量无源器件的非线性特性，却无法准确预测出器件在宽带信号激励下的非线性失真。因此本文提出了一种基于正态分布的宽带信号激励下的射频连接器无源互调特性分析方法。通过双音互调测试，建立射频连接器无源非线性传输数学模型，并将基于正态分布的等效宽带信号作为非线性传输模型的激励源进行模拟仿真。结果表明，宽带无源互调功率分布与宽带信号功率分布相同，n阶宽带无源互调带宽为原宽带信号带宽的n倍，宽带信号的无源互调产物相较于双音测试信号有所增强，且信号的信噪比下降，说明宽带信号在传输过程中受到的干扰更加严重。电路仿真和数值计算呈现出良好的一致性，证明了本分析方法的有效性。
2023, 21(7):850-855.
DOI: 10.11805/TKYDA2022206
摘要:
介绍了无源互调(PIM)产生的机理和控制方法，重点研究了高通量卫星多波束天线馈电系统PIM控制技术，通过采用馈电系统高隔离度优化设计、馈源单元法兰面扼流槽设计、馈源阵安装板PIM源控制设计、Ka频段PIM试验系统低PIM设计等手段，将某Ka频段多波束天线馈电单元的7阶PIM性能控制在高低温(-60~+100 ℃)环境下≤-135 dBm，馈源阵7阶PIM性能控制在常温状态下≤-140 dBm。产品的实际应用验证了所述PIM控制技术的有效性，在工程问题中起到指导作用。
介绍了无源互调(PIM)产生的机理和控制方法，重点研究了高通量卫星多波束天线馈电系统PIM控制技术，通过采用馈电系统高隔离度优化设计、馈源单元法兰面扼流槽设计、馈源阵安装板PIM源控制设计、Ka频段PIM试验系统低PIM设计等手段，将某Ka频段多波束天线馈电单元的7阶PIM性能控制在高低温(-60~+100 ℃)环境下≤-135 dBm，馈源阵7阶PIM性能控制在常温状态下≤-140 dBm。产品的实际应用验证了所述PIM控制技术的有效性，在工程问题中起到指导作用。
2023, 21(7):872-876.
DOI: 10.11805/TKYDA2022197
摘要:
无源互调(PIM)是一个吸引众多领域研究人员的课题，包括卫星、天线和智能终端等。本文提出一个非接触式PIM测量的新思路：使用一个经过近场重构的基片集成缝隙波导(SISW)作为互调信号的激励和接收路径，SISW通过对载波信号的远场抑制和近场测试区的优化，实现了一种针对没有射频端口的样品非线性特性的评估解决方案。该测试平台结合了近场天线的有限辐射特性和多敏度测试区在PIM评估中对收发系统和测试样片的适应性。实验结果表明，该测试方法在稳定性和分辨力方面具有相当大的工程应用潜力。
无源互调(PIM)是一个吸引众多领域研究人员的课题，包括卫星、天线和智能终端等。本文提出一个非接触式PIM测量的新思路：使用一个经过近场重构的基片集成缝隙波导(SISW)作为互调信号的激励和接收路径，SISW通过对载波信号的远场抑制和近场测试区的优化，实现了一种针对没有射频端口的样品非线性特性的评估解决方案。该测试平台结合了近场天线的有限辐射特性和多敏度测试区在PIM评估中对收发系统和测试样片的适应性。实验结果表明，该测试方法在稳定性和分辨力方面具有相当大的工程应用潜力。
2023, 21(7):877-881.
DOI: 10.11805/TKYDA2022234
摘要:
随着多波束卫星通信技术的发展，收发共用技术被广泛应用，微波无源器件大功率引发的无源互调(PIM)效应面临着挑战。本文根据多波束卫星通信工作模式，在双载波测试PIM的基础上设计了一种相位可调的多输入多输出多载波PIM测试方法。考虑多载波叠加效应，开展了多载波PIM理论分析。组建的7路测试系统通过了-60~60 ℃天线馈源PIM试验，PIM电平稳定在-155 dBm以下。此测试系统已用于星载部件多载波无源互调性能检测。
随着多波束卫星通信技术的发展，收发共用技术被广泛应用，微波无源器件大功率引发的无源互调(PIM)效应面临着挑战。本文根据多波束卫星通信工作模式，在双载波测试PIM的基础上设计了一种相位可调的多输入多输出多载波PIM测试方法。考虑多载波叠加效应，开展了多载波PIM理论分析。组建的7路测试系统通过了-60~60 ℃天线馈源PIM试验，PIM电平稳定在-155 dBm以下。此测试系统已用于星载部件多载波无源互调性能检测。
2023, 21(7):856-863.
DOI: 10.11805/TKYDA2022194
摘要:
均匀微带线是微带电路的基本结构，建立微带线PIM解析模型具有重要意义。本文基于受控源等效，在微带线的集总电路等效模型中，将微带线中的分布式寄生非线性PIM源建模为二次受控电流源或电压源，从而得到微带线PIM电压和电流关系的传输矩阵表达式，建立了寄生非线性机制的微带线PIM解析计算模型；并通过对比不同长度的镀镍微带线与不同浓度掺磷工艺镀镍微带线的传输互调与反射互调规律，验证本文提出的PIM传输矩阵方法的合理性。通过该模型提取了镍镀层在0.71 GHz时的三阶相对磁导率非线性系数为1×10-10 m2/A2。本文方法为进一步建立其他复杂结构微带电路PIM模型提供了新思路。
均匀微带线是微带电路的基本结构，建立微带线PIM解析模型具有重要意义。本文基于受控源等效，在微带线的集总电路等效模型中，将微带线中的分布式寄生非线性PIM源建模为二次受控电流源或电压源，从而得到微带线PIM电压和电流关系的传输矩阵表达式，建立了寄生非线性机制的微带线PIM解析计算模型；并通过对比不同长度的镀镍微带线与不同浓度掺磷工艺镀镍微带线的传输互调与反射互调规律，验证本文提出的PIM传输矩阵方法的合理性。通过该模型提取了镍镀层在0.71 GHz时的三阶相对磁导率非线性系数为1×10-10 m2/A2。本文方法为进一步建立其他复杂结构微带电路PIM模型提供了新思路。
2023, 21(7):864-871.
DOI: 10.11805/TKYDA2022196
摘要:
在现代大功率通信干扰问题中，无源器件的非线性杂散干扰机理最为复杂，在现代大功率高密度的通信系统中越来越受到重视。面对无源器件的典型非线性效应之无源互调(PIM)问题，本文从PIM产生机理、建模角度梳理了近年来国内外普遍的PIM建模方法及关键步骤。针对几种典型微观界面等效、PIM数值转换方法以及面向工况条件的微波部件建模问题，总结了现有的可行方法。进一步提出了基于统计方法分析动态PIM区间预测分析方法的思路，该方法同样基于微观统计方法，对接触界面的不可具体量化的界面问题进行建模，最终获得工况条件下接触PIM的统计分布区间及其产物概率，为实际工况条件下微波部件PIM预测提供了一种大样本分析方法，为进一步提高实际微波部件的PIM稳定性提供了参考。
在现代大功率通信干扰问题中，无源器件的非线性杂散干扰机理最为复杂，在现代大功率高密度的通信系统中越来越受到重视。面对无源器件的典型非线性效应之无源互调(PIM)问题，本文从PIM产生机理、建模角度梳理了近年来国内外普遍的PIM建模方法及关键步骤。针对几种典型微观界面等效、PIM数值转换方法以及面向工况条件的微波部件建模问题，总结了现有的可行方法。进一步提出了基于统计方法分析动态PIM区间预测分析方法的思路，该方法同样基于微观统计方法，对接触界面的不可具体量化的界面问题进行建模，最终获得工况条件下接触PIM的统计分布区间及其产物概率，为实际工况条件下微波部件PIM预测提供了一种大样本分析方法，为进一步提高实际微波部件的PIM稳定性提供了参考。
