摘要
随着DBF(Digital Beam Forming)有源相控阵天线技术在卫星组网发展和应用中优势的日益凸显，以及星载平台对载荷发展的需求，其要求DBF有源相控阵天线必须朝着高集成、轻量化的方向发展。本文围绕DBF有源相控阵天线系统开展了三维T/R组件宽带高效和轻量化技术、小型化嵌入式布局微波电路层间电磁耦合技术、具有传输零点的小型化窄带高带外抑制滤波器技术、集成3DT/R组件的高密度一体化天线模块技术和DBF有源相控阵天线幅相误差校正技术等关键技术难题研究。在DBF有源相控阵天线的理论研究、关键技术突破和原理样机研制上都取得了的相应成果，具有较大科学应用价值。论文的主要研究内容如下: (1)针对低噪声和高功率T/R组件高集成、轻量化的问题，提出基于LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)多层基板技术的具有三维布局接收和发射链路原理架构的设计方法，建立了带线转换的电磁模型，解决了宽带低损耗层间互连、芯片互连等难题，采用微组装工艺技术和微集成封装工艺技术，保证了射频、电源和控制的信号完整性，实现了T/R组件的三维布局研制，突破了星载T/R组件小型化、轻量化的瓶颈问题。 (2)针对微波前端核心器件滤波器体积受限的问题，基于LTCC多层基板设计灵活特点，运用LTCC三维电路设计优势将平面交指滤波器进行立体设计，减小了滤波器横向尺寸，分析微波电路层间电磁耦合提取方法，增强宽边耦合提升滤波器性能，提出了一种嵌入式布局的传输结构，对提出的方法进行了有效验证，实验证明了电磁仿真的准确性、电路优化的快速性和滤波器结构的可行性，获得了优良的滤波器性能。 (3)针对L波段窄带滤波器体积大、带外抑制度受限的特点，提出了一种具有传输零点的新型窄带高带外抑制带通滤波器设计方法，以切比雪夫电路为原型，结合LTCC工艺的多层布线优势和滤波器互易理论，采用简化原理图各元件值的方法并合理统筹设计元件外形，有效利用结构内部的电磁耦合作用，实现了滤波器窄带特性和高带外抑制度，突破了L波段小型化窄带高带外抑制滤波的技术难题。 (4)针对星载DBF有源相控阵天线高集成、轻量化的迫切需求，基于LTCC技术的三维T/R组件和波导缝隙天线，提出了一体化天线模块的模块化集成方法，采用三维互连技术和有机材料互连工艺，建立了波导缝隙天线、T/R组件和功分器的一体化设计方法，实现了天线辐射单元与微波前端的低损耗互连，同时采用相变热管，解决了一体化天线模块高密度组装散热技术难题，突破了一体化天线模块高集成和轻量化技术难题。 (5)针对DBF有源相控阵天线幅相误差的校正问题，分析了相控阵天线误差的来源，提出DBF有源相控阵天线幅相误差精准建模方法，结合该误差模型建立了一套近场测试系统方法。针对子阵内通道不一致性，提出了模拟校正方法，分别采用仿真数据和暗室下的实测数据，验证了方法的有效性;针对子阵间通道不一致性，采用频域均衡方法，有效改善了通道信号质量。
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