微波频段无源互调干扰的产生机理及其相关算法研究

近年来对微波频段无源互调干扰问题的研究越来越受到关注，因为这种干扰会严重影响通信和电子系统的正常工作。由于国内外对无源互调干扰机理和相关算法的研究不够，本项目拟从以下几个方面对无源互调干扰进行系统研究：（1）拟研究无源互调产生的物理机理，如隧道效应机理、二次电子倍增放电机理、接触机理等与无源互调之间的关系，探索性地建立无源互调电路模型；（2）采用函数拟合法结合遗传算法、IM Microscope法和傅立叶级数法等，对无源互调的幅度和功率电平进行预测，并与幂级数法和测量数据进行比较，以提高对幅度和功率电平的预测精度；（3）采用物理光学法等高频近似方法对无源互调散射场进行数值计算，并与测量值比较，以验证算法的可行性和正确性；（4）对典型微波器件的无源互调功率电平进行测量，提供具有工程指导意义的数据及其规律。本项目研究对通信系统研制中的电磁兼容问题提供理论支撑和设计指南，具有理论意义和应用价值。

微波频段的无源互调干扰可对通信系统产生严重影响。本项目研究和发展了无源互调干扰的产生机理及其相关算法。. 首先，分析研究了无源互调的产生机理及电路模型。本课题从接触非线性机理、材料非线性机理和其他非线性效应三个方面对无源互调的产生机理进行分析和探讨。采用泰勒多项式模型法，假设PIM源与时间无关，且服从三阶多项式，成功地使用于PIM信号对负载阻抗和功率的依赖性，也可用于预测反向和正向PIM行波的差别。. 其次，基于双指数模型结合遗传算法对无源互调功率电平进行了分析预测和程序实现。采用双指数函数模型表示无源非线性系统的传递函数，推导了由低阶无源互调功率的测量值预测高阶无源互调功率的通用表达式。采用遗传算法对传递函数的非线性系数进行了拟合，编程实现了用三阶无源互调的测量值预测五阶无源互调的功率，并与实验值和幂级数法的预测结果进行了比较。数值结果表明了该算法比幂级数法具有更高的精度。. 再次，基于双曲正切函数模型对高阶无源互调功率电平进行了分析和预测。采用双曲正切函数模型直接对高阶无源互调产物的功率电平进行分析，结合对SMA连接器的无源互调的测量值，验证了理论模型的可行性和正确性。. 第四，基于时域物理光学法分析和计算了无源互调的散射场特性。提出一种基于时域物理光学法的试探性的非线性扩展处理无源互调散射问题的方法。在这种方法中，让表面阻抗由线性值到非线性值做平滑变化，试探性地引进高斯函数，使这种平滑变化来源于从非线性到线性板的反射系数，而不是来源于表面阻抗本身。通过对金属-金属接触模型的分析、建模和编程，得出了基于反正切模型的无源互调散射远场和近场的电场场值及其随各种参数变化的规律。. 最后，基于互作用模型分析了无源互调的特性。根据线性-非线性相互作用的理念，建立微波电路的互作用电路模型，研究了线性-非线性相互作用产生无源互调的物理机理，进行了相关的理论分析和测量实例分析。根据互作用模型，成功解释了微波系统中非常规的三阶互调产物的功率依赖性。对非焊接金属接触和a型触点的电热非线性的无源互调特性的仿真结果证明了这种模型的正确性。