【摘要】：無(wú)源互調(diào)(Passive intermodulation, PIM)是目前空間大功率微波器件設(shè)計(jì)中的難題,本文通過(guò)理論推導(dǎo)、仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)而深入地研究了微波器件力熱電無(wú)源互調(diào)問(wèn)題。主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：1、PIM的非線性時(shí)域全波仿真方法研究�；赑IM頻率和階數(shù)的計(jì)算方法,分析表明在多載波環(huán)境下,隨著通道數(shù)增加,奇數(shù)階無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物(Passive Intermodulation Products, PIMP)急劇增加,PIM干擾信號(hào)愈加復(fù)雜。研究了PIM功率電平計(jì)算的兩種時(shí)域全波仿真方法。(1)接觸非線性平板散射體PIM分析的時(shí)域物理光學(xué)(Time domain physical optics, TDPO)方法,針對(duì)接觸區(qū)域的非線性特性,引入非線性表面阻抗修正項(xiàng),借助高斯?jié)u變函數(shù)使得接觸區(qū)域面電流光滑漸變,采用TDPO法得到非線性接觸區(qū)域的各階PIM功率電平,并針對(duì)接觸區(qū)域不同的分布情況,揭示了各參數(shù)對(duì)PIM的影響規(guī)律；(2)非線性集總元件PIM分析的時(shí)域有限差分(Finite-difference time-domain, FDTD)方法,基于接觸非線性?xún)缂?jí)數(shù)I-V模型,推導(dǎo)了電場(chǎng)FDTD計(jì)算公式,求解時(shí)域非線性電流,通過(guò)快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)得到非線性電流頻譜特性,可觀測(cè)PIM功率電平。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)比對(duì),驗(yàn)證了方法的有效性。2、金屬-金屬接觸建模及力學(xué)分析。研究了金屬-金屬接觸的力學(xué)建模與分析方法。基于Hertz線彈性理論,分析了金屬-金屬微觀接觸的機(jī)理,揭示了接觸面的接觸應(yīng)力分布,得到光滑接觸表面接觸應(yīng)力與名義接觸面積關(guān)系。基于Greenwood-Williamson模型,分析了金屬粗糙接觸表面微觀接觸情況,推導(dǎo)了微凸體接觸面積與接觸載荷間的關(guān)系。建立金屬-金屬接觸的力學(xué)模型,以參數(shù)化形式描述了實(shí)際接觸面積與載荷間的關(guān)系,分析了金屬-金屬接觸的非線性特性。3、力電耦合PIM分析方法。通過(guò)分析金屬-金屬接觸面間的電接觸特性,建立了金屬-金屬接觸的等效電路模型,推導(dǎo)了電參數(shù)計(jì)算公式,揭示了各電參數(shù)與接觸力間的強(qiáng)耦合關(guān)系。研究了等效電路的低頻和高頻數(shù)值計(jì)算方法,通過(guò)與構(gòu)建的金屬單點(diǎn)接觸實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了力電耦合分析方法的正確性。將金屬-金屬動(dòng)態(tài)接觸分為接觸、半接觸和不接觸3種狀態(tài),基于二極管非線性電阻特性,建立了金屬-金屬動(dòng)態(tài)接觸等效電路模型。仿真分析了歐空局12m口徑網(wǎng)狀天線的金屬絲網(wǎng)編織單元的力電特性,求解了非線性I-V特性和近場(chǎng)PIMP。然后,分別采用雷達(dá)方程法和FDTD法將近場(chǎng)PIMP外推至遠(yuǎn)場(chǎng)PIMP,結(jié)果與歐空局的測(cè)試結(jié)果一致。采用Rosenberger分析儀,對(duì)射頻同軸連接器進(jìn)行了反射式PIM實(shí)驗(yàn)測(cè)試,表明預(yù)緊力嚴(yán)重影響同軸連接器的PIM,驗(yàn)證了金屬-金屬接觸的力電耦合規(guī)律。研究的力電耦合PIM分析方法為復(fù)雜大功率微波器件PIM機(jī)理研究和抑制方法提供可靠的研究手段和理論支撐。4、微波負(fù)載電熱耦合PIM分析方法。首先用分?jǐn)?shù)階微分來(lái)簡(jiǎn)化熱傳導(dǎo)方程,得到分?jǐn)?shù)階熱傳導(dǎo)方程。然后,根據(jù)分?jǐn)?shù)階熱傳導(dǎo)方程,結(jié)合電路-熱路比擬法,建立了分?jǐn)?shù)階熱傳導(dǎo)的電路模型,以電路的形式表現(xiàn)熱傳導(dǎo)結(jié)果。最后,結(jié)合熱阻效應(yīng),耦合電場(chǎng)和熱場(chǎng),推導(dǎo)出微波負(fù)載由電熱耦合引起的各階PIM表達(dá)式。通過(guò)仿真計(jì)算微波終端負(fù)載和微波衰減器的三階PIM,研究了電阻溫度系數(shù)、熱阻和熱容對(duì)PIM的影響,根據(jù)仿真分析結(jié)果,提出了降低微波負(fù)載電熱耦合引起PIM的設(shè)計(jì)方法,為微波器件電熱耦合的低PIM設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。采用Rosenberger分析儀進(jìn)行了微波負(fù)載的熱電耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試,表明溫度對(duì)PIM影響大,驗(yàn)證了微波負(fù)載的熱電耦合本質(zhì)。研究的電熱耦合PIM分析方法,具有工程實(shí)用價(jià)值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN61

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本文編號(hào)：2414873