微波器件无源互调的力电耦合研究

High power microwave system, the power output part consists of many microwavecomponents, each component are possible, of the passive intermodulation associated with many physical factors in the environment of uncertainty, microwave passive intermodulation analysis harder. The research work of the passive intermodulation will focus on the mechanical-electrical coupling behacior of contact nonlinearity .The contact stress distribution on contact surface is analyzed by finite-element method based on the Weierstrass–Mandelbrot model.The equivalent circuit is set up, which is based on field-circuit hybrid solution. Via the analysis of the case, the mechanical-electrical coupling behacior of contact nonlinearity is revealed in the end. The research work has the great theoretical significance and engineering value.

大功率微波系统中，功率输出部分由诸多微波器件构成，每个器件均有产生无源互调的可能，伴随环境中多物理因素的不确定性，微波系统的无源互调分析愈加困难。本项目拟围绕微波器件在外界环境影响下，接触非线性产生PIM的力电耦合机理展开研究。基于改进的WM模型，精确地进行粗糙接触面的有限元分析，结合“场-路”法构建动态等效电路模型，研究金属接触的非线性特性，最终揭示金属接触非线性力电耦合机理，实现多物理因素影响下的微波器件PIM功率电平观测。为PIM多场耦合机理研究提供理论方法和技术支撑。

随着高功率、宽频带、高接收灵敏度的通信系统的发展，无源互调(PIM)已成为一个不容忽视的严重问题。大功率微波系统中，功率输出部分由诸多微波器件构成，每个器件均有产生无源互调的可能，伴随环境中多物理因素的不确定性，微波系统的无源互调分析愈加困难。大量研究表明，非线性金属-金属(MM)接触是无源器件PIM的潜在源之一。本项目围绕微波器件在外界环境影响下，接触非线性产生PIM的力电耦合机理展开研究。首先，基于Greenwood-Williamson模型，分析了金属粗糙接触表面微观接触情况，推导了微凸体接触面积与接触载荷间的关系。建立金属-金属接触的力学模型，以参数化形式描述了实际接触面积与载荷间的关系，分析了金属-金属接触的非线性特性。然后，针对有限元法计算实际接触面积存在的粗糙表面的精确建模和繁琐问题，提出一种预测分形粗糙表面实际接触面积的新方法，并建立最小二乘支持向量机回归模型，结合模拟退火和网格搜索算法对超参数进行优化。该模型可以预测不同工况下金属-金属接触的实际接触面积，解决了建立粗糙表面参数与参数之间关系的问题，为金属-金属接触非线性力电耦合分析奠定了良好的基础。基于动态等效电路，应用时域有限差分法对非线性模型进行分析，从而确定通过MM触点的非线性电流。对于微波传输器件，通过对非线性电流进行快速傅里叶变换得到PIM的功率电平。对于天线等微波辐射器件，将非线性电流作为新的电磁发射源，利用时域有限差分(FDTD)方法得到远场散射和PIM功率电平。最后，研究了考虑振动对同轴连接器产生无源互调的影响。设计系列实验，提出了仿真模型和方法。发表项目相关论文4篇，SCI检索3篇，EI检索1篇，撰写相关专著1部，获得相关专利1个软件著作权1个。项目经费16万元，支出6.48万元，剩余费用将用于项目的后续研究支持。项目负责人遴选为云南省万人计划青年拔尖人才，2名项目组成员获得博士学位。