用于衛(wèi)星通信的Ka波段雙極化雙工器

Ka波段雙極化雙工器

3D打印已經(jīng)徹底改變了無源波導(dǎo)和天線組件的生產(chǎn)。這種制造技術(shù)首次將低制造成本、短制造周期、低重量和高性能結(jié)合在一個(gè)整體組件中。如果構(gòu)建材料是金屬合金，制造出來的設(shè)備就已經(jīng)具有射頻導(dǎo)電性，可以承受苛刻的環(huán)境條件，如在太空、海軍或機(jī)載應(yīng)用中。3D打印現(xiàn)在已經(jīng)被航空航天和電子戰(zhàn)行業(yè)所接受，其應(yīng)用預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)將持續(xù)增長(zhǎng)。

SWISSto12是開發(fā)金屬3D打印無源組件的先驅(qū)。該公司開發(fā)了一種專有的化學(xué)工藝，以減少打印部件的表面粗糙度。如果沒有這種工藝，表面就會(huì)過于粗糙，從而導(dǎo)致高插入損耗。SWISSto12工藝將導(dǎo)電性提高了3倍到5倍，這取決于所選擇的精加工材料。SWISSto12提供兩種表面工藝：原鋁和銅銀。

用于衛(wèi)星通信的Ka波段雙極化雙工器

Ka波段雙極化雙工器(DPD)是衛(wèi)星通信使用的五端口波導(dǎo)裝置，用于為一個(gè)天線孔，通常是一個(gè)饋電喇叭，提供兩個(gè)圓極化(RHCP和LHCP)和兩個(gè)頻段的信號(hào)。上行鏈路約為30GHz，下行鏈路約為20GHz。一個(gè)DPD需要精確的制造來滿足Ka波段的性能要求，然而衛(wèi)星通信行業(yè)正在推動(dòng)降低成本，因?yàn)檫@些系統(tǒng)往往針對(duì)最終用戶，或者被集成在有數(shù)百單元的多波束陣列中。SWISSto12的3D打印工藝同時(shí)滿足這兩個(gè)要求：性能和成本。

SWISSto12 DPD的例子見圖1。DPD由兩個(gè)雙工器組成，用于合并和分離兩個(gè)頻段，一個(gè)雙頻隔膜偏振器用于將線性偏振轉(zhuǎn)換為圓形偏振。使用3D打印技術(shù)制造這些構(gòu)件，可以達(dá)到所需的制造公差并降低成本。進(jìn)一步降低成本也是可能的，因?yàn)檫@些設(shè)備可以大量生產(chǎn)，每次打印最多可生產(chǎn)50個(gè)。這些DPD構(gòu)件的3D打印可以實(shí)現(xiàn)接口和足跡的定制，而不需要大量的非經(jīng)常性工程。

圖1 基本DPD，底部有端口(a)和多波束GEO集群(b)。

SWISSto12目前為兩個(gè)下行和上行頻段提供DPD選項(xiàng)(表1)。每個(gè)DPD都有方形或圓形法蘭盤，每個(gè)DPD都有兩種尺寸：標(biāo)準(zhǔn)(35x35毫米的占地面積)和緊湊型(22x22毫米)。圖2顯示了在四個(gè)相同樣品(表1選項(xiàng)1)的矩形端口處測(cè)量的回波損耗、帶內(nèi)隔離和發(fā)射(Tx)與接收(Rx)之間的隔離度。其性能與傳統(tǒng)DPD相當(dāng)，并且具有高度的可重復(fù)性，因?yàn)檫@些部件不需要任何組裝。圖3顯示了帶有單片集成天線的DPD的交叉偏振辨別能力。其他部件，如天線或單脈沖跟蹤器可以被添加到DPD中，而不會(huì)顯著增加制造成本。

圖2 四個(gè)相同的DPD(表1中的選項(xiàng)1)的實(shí)測(cè)回波損耗、帶內(nèi)隔離度和Tx-Rx隔離度。

圖3 帶有集成饋電喇叭的DPD的實(shí)測(cè)交叉極化(表1中的選項(xiàng)2)。

SWISSto12的工藝

SWISSto12的工藝包括以下步驟：

·利用選擇性激光熔化后的熱循環(huán)進(jìn)行3D打印以消除應(yīng)力

·基本的后處理：清洗和加工機(jī)械接口

·表面處理：化學(xué)拋光以減小粗糙度和電鍍層。SWISSto12產(chǎn)品總是經(jīng)過化學(xué)處理以減少粗糙度和改善插入損耗?；竟に囂峁┝擞懈?jìng)爭(zhēng)力的損耗，而銅銀精加工工藝提供了盡可能低的損耗。

·裝配和射頻測(cè)試。裝配可能包括螺旋線圈、密封或集成到一個(gè)更復(fù)雜的系統(tǒng)中。根據(jù)客戶的要求，可以進(jìn)行各種測(cè)試。

SWISSto12的產(chǎn)品，包括DPD，目前已經(jīng)出現(xiàn)在多個(gè)平臺(tái)上，從大型地球同步軌道衛(wèi)星到太空中的小型CubeSats衛(wèi)星和地球上的海軍艦艇。三維制造工藝已達(dá)到MIL和GEO標(biāo)準(zhǔn)，并符合2021年發(fā)布的歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化合作組織空間應(yīng)用激光粉末床融合技術(shù)的要求。

審核編輯：湯梓紅