用于卫星通信的Ka波段双极化双工器

Ka波段双极化双工器

3D打印已经彻底改变了无源波导和天线组件的生产。这种制造技术首次将低制造成本、短制造周期、低重量和高性能结合在一个整体组件中。如果构建材料是金属合金，制造出来的设备就已经具有射频导电性，可以承受苛刻的环境条件，如在太空、海军或机载应用中。3D打印现在已经被航空航天和电子战行业所接受，其应用预计在未来几年内将持续增长。

SWISSto12是开发金属3D打印无源组件的先驱。该公司开发了一种专有的化学工艺，以减少打印部件的表面粗糙度。如果没有这种工艺，表面就会过于粗糙，从而导致高插入损耗。SWISSto12工艺将导电性提高了3倍到5倍，这取决于所选择的精加工材料。SWISSto12提供两种表面工艺：原铝和铜银。

用于卫星通信的Ka波段双极化双工器

Ka波段双极化双工器(DPD)是卫星通信使用的五端口波导装置，用于为一个天线孔，通常是一个馈电喇叭，提供两个圆极化(RHCP和LHCP)和两个频段的信号。上行链路约为30GHz，下行链路约为20GHz。一个DPD需要精确的制造来满足Ka波段的性能要求，然而卫星通信行业正在推动降低成本，因为这些系统往往针对最终用户，或者被集成在有数百单元的多波束阵列中。SWISSto12的3D打印工艺同时满足这两个要求：性能和成本。

SWISSto12 DPD的例子见图1。DPD由两个双工器组成，用于合并和分离两个频段，一个双频隔膜偏振器用于将线性偏振转换为圆形偏振。使用3D打印技术制造这些构件，可以达到所需的制造公差并降低成本。进一步降低成本也是可能的，因为这些设备可以大量生产，每次打印最多可生产50个。这些DPD构件的3D打印可以实现接口和足迹的定制，而不需要大量的非经常性工程。

图1 基本DPD，底部有端口(a)和多波束GEO集群(b)。

SWISSto12目前为两个下行和上行频段提供DPD选项(表1)。每个DPD都有方形或圆形法兰盘，每个DPD都有两种尺寸：标准(35x35毫米的占地面积)和紧凑型(22x22毫米)。图2显示了在四个相同样品(表1选项1)的矩形端口处测量的回波损耗、带内隔离和发射(Tx)与接收(Rx)之间的隔离度。其性能与传统DPD相当，并且具有高度的可重复性，因为这些部件不需要任何组装。图3显示了带有单片集成天线的DPD的交叉偏振辨别能力。其他部件，如天线或单脉冲跟踪器可以被添加到DPD中，而不会显著增加制造成本。

图2 四个相同的DPD(表1中的选项1)的实测回波损耗、带内隔离度和Tx-Rx隔离度。

图3 带有集成馈电喇叭的DPD的实测交叉极化(表1中的选项2)。

SWISSto12的工艺

SWISSto12的工艺包括以下步骤：

·利用选择性激光熔化后的热循环进行3D打印以消除应力

·基本的后处理：清洗和加工机械接口

·表面处理：化学抛光以减小粗糙度和电镀层。SWISSto12产品总是经过化学处理以减少粗糙度和改善插入损耗。基本工艺提供了有竞争力的损耗，而铜银精加工工艺提供了尽可能低的损耗。

·装配和射频测试。装配可能包括螺旋线圈、密封或集成到一个更复杂的系统中。根据客户的要求，可以进行各种测试。

SWISSto12的产品，包括DPD，目前已经出现在多个平台上，从大型地球同步轨道卫星到太空中的小型CubeSats卫星和地球上的海军舰艇。三维制造工艺已达到MIL和GEO标准，并符合2021年发布的欧洲空间标准化合作组织空间应用激光粉末床融合技术的要求。

审核编辑：汤梓红