典型微波組件實(shí)施計(jì)劃方案

1、1圍 12引用文件 13術(shù)語和定義 14概述 14.1任務(wù)來源和設(shè)計(jì)依據(jù) 14.2用途和功能 24.3需求分析和特點(diǎn) 25組成 36性能特性 36.1性能指標(biāo) 46.2環(huán)境適應(yīng)性 46.3可靠性 46.4維修性 46.5測試性 46.6電磁兼容性 46.7 接口 56.8能耗 57設(shè)計(jì) 57.1混頻濾波組件 67.1.1 電路原理 67.1.2 電路結(jié)構(gòu) 67.2開關(guān)濾波組件 87.2.1 電路原理 87.2.2 電路結(jié)構(gòu) 97.3可靠性和環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì) 117.4不同方案的比較 118貫徹“三化”要求采取的措施 119計(jì)劃進(jìn)度 11本文件為典型微波組件：混頻濾波組件和開關(guān)濾波組件的組成、性能

2、指 標(biāo)、設(shè)計(jì)制造中的關(guān)鍵技術(shù)及解決途徑等實(shí)施方案。本文件適用于典型微波組件的設(shè)計(jì)制造。2引用文件下列文件中的有關(guān)條款通過引用而成為本文件的條款。凡注日期或版次 的引用文件，其后的任何修改單（不包括勘誤的容）或修訂版本都不適用于 本文件，但提倡使用本文件的各方探討其使用最新版本的可能性。凡不注日 期或版次的引用文件，其最新版本適用于本文件。SJ20527A-2003微波組件設(shè)計(jì)規(guī)3術(shù)語和定義略。4概述4.1 任務(wù)來源和設(shè)計(jì)依據(jù)為了減少微波分機(jī)體積，縮簡研制周期，規(guī)設(shè)計(jì)流程，特別對(duì)微波系統(tǒng) 中常用的混頻濾波和開關(guān)濾波，這兩種基本架構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和規(guī)，設(shè)計(jì)著 重于結(jié)構(gòu)外觀的通用和標(biāo)準(zhǔn)，在具體的微波電

3、路上，以此前常用的頻段為示， 特別適用于8GHz以下頻率。更高的頻率由于要改換濾波器而不適用，而且高 頻器件往往體積很小，對(duì)空間的需求較低，雜散和串?dāng)_也更為嚴(yán)重，在此不 予考慮。組件的結(jié)構(gòu)要適用于CPCI插盒安裝，一切CPCI規(guī)中的要求，如小型化、 散熱情況、電源、電磁兼容等都應(yīng)該予以考慮。特別在設(shè)計(jì)中參考了國外其 它公司的成熟組件，如美國 Ge neral Microwave公司的開關(guān)矩陣和接收機(jī)開 關(guān)模塊，開關(guān)隔離度高而體積小巧，其機(jī)載多功能模塊大量采用了大量集成 芯片，包括2片數(shù)控衰減器、7只放大器、1個(gè)功分器、2個(gè)開關(guān)、3個(gè)耦合 器、6個(gè)溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、1個(gè)壓控衰減器和16片高速PIN驅(qū)

4、動(dòng)，而大小僅89 x 165X 18mm）這些芯片都是該公司其它模塊中常用的， 可見我們首先要構(gòu)筑 一套基本器件組成庫，優(yōu)化選用，避免一些生僻芯片的使用影響進(jìn)度，使設(shè) 計(jì)目標(biāo)難以預(yù)知。此外，美國 MITEQ公司的產(chǎn)品也很值得參考，該公司的組 件集成度往往不如前一公司，但是類型更為多樣，使用空間更為廣泛，如三 段下變頻組件、微波傳輸組件、射頻分路模塊、開關(guān)放大組件等，而且各種 組件都已形成系列，一般可以提供覆蓋 0.5GHz 18GHz頻率的產(chǎn)品。相對(duì)于 我部而言，類似的產(chǎn)品更有借鑒意義，因?yàn)槲覀兊漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期往往 有限，不可能設(shè)計(jì)那些功能大而全的組件，應(yīng)該事先設(shè)計(jì)好幾種標(biāo)準(zhǔn)的、通 用性的

5、模塊，如混頻濾波組件、開關(guān)濾波組件、功分放大組件、時(shí)鐘產(chǎn)生組 件和倍頻鏈這幾種模塊就頗為常用，可以事先在結(jié)構(gòu)上予以定型，這樣對(duì)建 模和歸檔都十分有利，可以預(yù)見，這樣大量具有典型功能的模塊必將大大加 快項(xiàng)目的進(jìn)程。當(dāng)然，模塊的選擇決不能泛濫，下面主要以混頻濾波組件和 開關(guān)濾波組件為例探討一二。4.2 用途和功能幾乎所有的產(chǎn)品都需要進(jìn)行混頻，所以混頻濾波組件對(duì)于產(chǎn)品是典型而 且必須的，對(duì)組件的要求是濾波特性要好，還要做好端口的隔離，為適應(yīng)CPCI 機(jī)箱甚至機(jī)載的場合，電源選擇不能過多，考慮到散熱的需求，電流也不能 過大，最關(guān)鍵的是體積決不能大。開關(guān)濾波組件也是如此。目前，外購開關(guān)價(jià)格很高，濾波器的

6、價(jià)格則相 對(duì)較低，最早設(shè)計(jì)的開關(guān)濾波組件反而是外購開關(guān)，自制濾波器，設(shè)計(jì)完成 后往往發(fā)生串?dāng)_，帶也極不平坦；再后來兩者均為自制，但是有限的人力使 得帶平坦度還是很難保證；目前的做法是自制開關(guān)而外購濾波器，這樣，雖 然體積縮小有限，但是成本大為降低，控制和接線也大大減少，方便了在系 統(tǒng)尤其是小型化設(shè)備中的使用。4.3 需求分析和特點(diǎn)針對(duì)CPCI規(guī)的要求以及機(jī)載等苛刻條件的限制，幾種組件無論在外形還 是在部都有極大的限制，應(yīng)合理規(guī)才能確確實(shí)實(shí)的作為典型組件使用，才能 滿足“三化”的要求，設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想如下：a）采用成熟的和有繼承性的技術(shù)、器件，需要完成與組件配套的芯片 的選型，避免使用冷僻的器件；b

7、）采用模塊化設(shè)計(jì)、全數(shù)字化控制，以保證組件具有非常強(qiáng)的可靠性、 可測性和可維護(hù)性；c）結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)、合理布局，做到美觀與實(shí)用相結(jié)合，尤其還應(yīng)該考 慮到系統(tǒng)中散熱、電磁兼容等的需求；d）充分滿足現(xiàn)有需要，增強(qiáng)通用性、可擴(kuò)展性，這樣的典型組件應(yīng)該 能形成系列，在不同使用情況下，更換部分芯片就能使用于新的產(chǎn) 品中。5組成“三化”規(guī)劃中有基帶變頻這一分機(jī)，將50MHz- 450MHz信號(hào)上變頻，輸入功率圍-10dBm -20dBm,中間先變頻到 550MH-950MHz再第二次變頻輸出信號(hào)2GHz-4GHz功率圍-5dBm- +5dBm,平坦度同輸入基帶信號(hào)，雜散 惡化小于3dB,原理如下。TSp5圖

8、1基帶變頻電路以往使用分立元器件，僅放大器就需要五個(gè)，每一個(gè)體積為43 X 24 X15口血 總計(jì)近20個(gè)元器件，接頭和電纜也多，須兩個(gè) 350X 260 mnn的8N插 盒，占用了大量空間，成本高昂且接線繁瑣，降低了可靠性。現(xiàn)在電路采用 兩個(gè)混頻濾波組件和一個(gè)開關(guān)濾波組件后，只需要一個(gè)233.35 X 160X40.64mm（8HP的CPCI規(guī)的插盒就能安置。6性能特性6.1 性能指標(biāo)a) 輸入基帶信號(hào)：50MHz-450MHz 功率圍-lOdBrn-20dBmb) 輸出基帶信號(hào)：2GHz-4GHz功率圍-5dBm- +5dBm平坦度同輸入 基帶信號(hào)，雜散惡化小于3dB;c) 接口： SMA

9、6.2 環(huán)境適應(yīng)性在電訊設(shè)計(jì)時(shí)，元器件選型嚴(yán)格按軍標(biāo)要求，進(jìn)口元器件選用MIL-883以上等級(jí)元器件。國元器件按國軍標(biāo)要求，以提高可靠性與環(huán)境適應(yīng)性。a) 工作溫度：-40 C+55C；b) 存儲(chǔ)溫度：-50 C+65C；c) 相對(duì)濕度：098% (+25C);d) 保護(hù)：抗震動(dòng)、防潮濕、防霉菌、防鹽霧、防風(fēng)等措施；6.3 可靠性略。6.4 維修性組件采用模塊化設(shè)計(jì)思路，獨(dú)立可更換，信號(hào)接口簡單、功能明確，便 于維修，當(dāng)器件損壞時(shí)，可立即更換備件?？删S護(hù)性：MTT懇0.5h。6.5 測試性組件接口簡單，容易自測。6.6 電磁兼容性本分系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性能，能夠適應(yīng)各種訓(xùn)練試驗(yàn)的電磁環(huán)境。

10、 電磁兼容設(shè)計(jì)按GJB151A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射的敏感性要求、 GJB152A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射的敏感性測試的有關(guān)要求進(jìn)行設(shè) 計(jì)。電磁兼容性設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的問題，如果在設(shè)計(jì)研制階 段不重視，設(shè)備就無法正常工作。為了達(dá)到較好電磁兼容性，要從設(shè)計(jì)上就 重視，提高各模塊的抗干擾性能，減少電磁輻射，具體步驟如下：a) 在電路設(shè)計(jì)中，充分利用濾波、接地、屏蔽以及合理布線等設(shè)計(jì)技 術(shù)，以改善電磁兼容性；b）克服公共地阻抗耦合干擾，此種干擾是由不同的電路或組件，所用 電源要經(jīng)過一段公共地線構(gòu)成回路而產(chǎn)生的，在設(shè)計(jì)中要考慮地線 的有效性，嚴(yán)格保證地線的焊接質(zhì)量，通過多點(diǎn)接

11、地等措施減小、 消除公共地阻抗耦合干擾造成的影響；c）所用組件，結(jié)構(gòu)件采用導(dǎo)電氧極化表面處理技術(shù)，保證密封良好、 接地良好；d）所用器件都經(jīng)過充分的環(huán)境實(shí)驗(yàn)及篩選，保證產(chǎn)品的可靠性及質(zhì)量。6.7 接口接口如下表：表1混頻濾波組件1接口模塊信號(hào)接口形式備注混頻濾波組件1輸入1GHz本振SMA-K功率-15+5dBm輸入信號(hào) 50450MHzSMA-K功率-10-20dBm輸出信號(hào)550950MHzSMA-K功率-100dBm電源PDS90+12V表2混頻濾波組件2接口模塊信號(hào)接口形式備注混頻濾波組件2輸入2.754.75GHz本振SMA-K功率-10+5dBm輸入信號(hào)550950MHzSMA-K

12、功率-100dBm輸出信號(hào)24GHzSMA-K功率-5+5dBm電源PDS90+12V表3開關(guān)濾波組件接口模塊信號(hào)接口形式備注開關(guān)濾波組件輸出信號(hào)24GHzSMA-K功率-5+5dBm輸出信號(hào)24GHzSMA-K功率-15-5dBm電源PDS90± 5V6.8 能耗能耗：均小于10W7設(shè)計(jì)7.1 混頻濾波組件7.1.1 電路原理典型電路組成原理如圖所示，需要兩個(gè)組件才能實(shí)現(xiàn)。圖2典型組成原理7.1.2 電路結(jié)構(gòu)現(xiàn)在設(shè)計(jì)的電路實(shí)際上是以往使用過的類似電路的總結(jié)，最早使用的混 頻濾波組件均為長方形，一般經(jīng)過放大一混頻一濾波一放大后輸出，這樣總 長超過160mm寬度不超過33mm且加電端子

13、總多，三個(gè)側(cè)面都有輸出，安 裝極為不便，很快就舍棄了這種設(shè)計(jì)。后來的設(shè)計(jì)大大提高了集成度，某混頻濾波組件原理如下：Filter1LO12GHz +10dBm圖3某混頻濾波組件原理該組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常困難，主要是應(yīng)用了大量嵌入式的模塊，如采用了 三個(gè)去掉可拆卸接頭的MITEQ的混頻器；兩個(gè)自制高頻放大模塊；兩個(gè)自制 平行耦合線濾波器；一個(gè)自制的懸置微帶濾波器。不僅如此，高頻和低頻部 分也有所不同，高頻采用標(biāo)準(zhǔn)3mn¥ 3mn走線槽，低頻部分采用普通微帶板， 蓋板有三塊。雖然尺寸不大，為164mM 97mM 15mm且只有一面，但是圖紙 還是使用了 A1幅面，尺寸標(biāo)注數(shù)千項(xiàng)，設(shè)計(jì)用時(shí)一個(gè)半

14、月。由于標(biāo)注復(fù)雜， 嵌入的模塊高度不一，加工條件有限，殼體多次返工，加之項(xiàng)目末期有設(shè)計(jì) 更改，最后用時(shí)比SP5T開關(guān)濾波組件還多。圖4 某混頻濾波組件結(jié)構(gòu)圖這種結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)是好的，但是以我們目前的實(shí)際條件，不僅設(shè)計(jì)加工 困難，調(diào)試也極為不便，加之接頭很多，難以安裝，不便于擴(kuò)展使用，不具 備繼承性，所以當(dāng)時(shí)在總裝聯(lián)調(diào)時(shí)就有多個(gè)類似結(jié)構(gòu)被還原成分立元件電路, 新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到了上述優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際尺寸的結(jié)構(gòu)如下：5UD'CB1IIAr1圖5典型混頻濾波組件結(jié)構(gòu)圖圖中A區(qū)為射頻輸入放大器和混頻器，輸入電平過大時(shí)，可以僅安置衰 減網(wǎng)絡(luò)而不添加放大器，完全比例的電路圖如圖6所示；B區(qū)為本振輸入放大

15、 器，如果本振太小，可以使用兩級(jí)放大以保證混頻器驅(qū)動(dòng)功率；C區(qū)為濾波器, 長寬不宜超過40X 13mm）如博侖的C1B型濾波器結(jié)構(gòu)；D區(qū)為放大器，有需 要時(shí)可以增至兩級(jí)放大，也可以放置小于 40X 17口制勺濾波器構(gòu)成兩級(jí)濾波。 該電路的特點(diǎn)是：a）結(jié)構(gòu)簡單便于安裝：大小為60x 60X 15mm所有接頭都在同一側(cè)面； 設(shè)計(jì)有兩對(duì)不同的安裝孔，其中兩個(gè)通孔可以疊放，兩個(gè)螺孔用來 貼底面安裝；只用了一個(gè)加電端子且放置在接頭側(cè)面，從底面通孔 加電；上下面都有1mm厚鋁面板，氣密性好；接頭居于中線，正反 安裝都不須另加墊塊。b）電路典型宜于擴(kuò)展使用。在8GHz以下，所有器件均是常用器件，電 路的性能

16、可以預(yù)估；除了圖 2所示的典型電路以外，幾乎通用于其 它任何混頻電路；該電路對(duì)外均是放大器，能很好的與外界元器件 隔離，提高了組件的實(shí)用性。c）結(jié)構(gòu)宜于擴(kuò)展。目前的分立元件構(gòu)成的功分器特別是 1GHZ以上頻率，需要外購功分器，隔離度有限，往往需要用隔離器、放大器或?yàn)V波 器作為隔離，所設(shè)計(jì)的典型混頻濾波結(jié)構(gòu)只需要稍微更改A區(qū)和B區(qū)的電路就可實(shí)現(xiàn)。圖6放大濾波電路圖7.2 開關(guān)濾波組件7.2.1 電路原理圖7典型開關(guān)濾波電路722 電路結(jié)構(gòu)開關(guān)濾波組件是一成熟的類型，國外如 MITEC公司有成系列的產(chǎn)品，我 部產(chǎn)品中也多次使用，歷年來設(shè)計(jì)制造的類似組件上十種，在不同產(chǎn)品中發(fā) 揮了巨大的作用。其中設(shè)

17、計(jì)難度最高為一個(gè)頻率高達(dá) 18GHZ勺開關(guān)濾波組件, 背面走線，原理如下：圖8某開關(guān)濾波組件原理圖該組件采用自制的平行耦合線濾波器，第一次試制結(jié)構(gòu)如圖9,尺寸為142mM 76mrt 15mm銅鍍金，一個(gè)月后完成調(diào)試，基本滿足指標(biāo)。除了加工問題，為了保證抑制，還使用了約200個(gè)螺釘，致使調(diào)試非常麻煩；在指標(biāo)上，自制的濾波器高端損耗很大導(dǎo)致全頻帶平坦度較差；此外， 在焊臺(tái)上點(diǎn)焊SP5T過程中發(fā)現(xiàn)組件尺寸過大，影響了組裝進(jìn)度。圖9開關(guān)濾波組件結(jié)構(gòu)圖為了便于組裝調(diào)試，同時(shí)也易于檢測和維護(hù)，正式件（四個(gè)）投產(chǎn)時(shí)將 SP5T單獨(dú)設(shè)計(jì)（包括壓塊等一系列附件），如圖 9。設(shè)計(jì)僅一周，一個(gè)月后 到貨，再一個(gè)月

18、完成所有安裝調(diào)試并交付。圖10 SP5T開關(guān)模塊上述電路的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果，但是雖然我們能自制各種頻率、各 種類型的開關(guān)，仍無法滿足過多的需求，更無法形成大批量。且受工藝和加 工周期的限制，不建議使用五路以上開關(guān)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，五路以上開關(guān)可以 分兩級(jí)或更多級(jí)制作，便于功率配平和雜散等指標(biāo)的調(diào)試。開關(guān)應(yīng)統(tǒng)一采用 嵌入式的模塊，正著手將該類模塊從調(diào)制器到 SP5T予以定型，便于嵌入組件。以前也曾嘗試將外購的開關(guān)去除接頭嵌入組件，使用的頻率一般為4GHz以下，但大多仍然失敗了。這種結(jié)構(gòu)的組件安裝不易，焊線也困難，開關(guān)信 號(hào)分路后放在同一塊印制板上極易形成串?dāng)_，導(dǎo)致雜散無法滿足指標(biāo)。曾經(jīng) 定制過泰格的SP5T開關(guān)濾波組件，頻率約 2GH