典型微波組件實(shí)施方案

1、.目次1 范圍 12 引用文件 13 術(shù)語(yǔ)和定義 14 概述 1 4.1 任務(wù)來(lái)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 4 6.1 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(cè)試性 46.6 電磁兼容性 46.7 接口 56.8 能耗 67 設(shè)計(jì) 6 7.1 混頻濾波組件 6電路原理6電路結(jié)構(gòu)67.2 開關(guān)濾波組件 9電路原理9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12Word 文檔.9 計(jì)劃進(jìn)度 12Word 文檔.1 范圍本文件為典型微波組

2、件：混頻濾波組件和開關(guān)濾波組件的組成、性能指標(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(guò)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（不包括勘誤的內(nèi)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)范3 術(shù)語(yǔ)和定義略。4 概述4.1任務(wù)來(lái)源和設(shè)計(jì)依據(jù)為了減少微波分機(jī)體積，縮簡(jiǎn)研制周期，規(guī)范設(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)范，設(shè)

3、計(jì)著重于結(jié)構(gòu)外觀的通用和標(biāo)準(zhǔn)，在具體的微波電路上，以此前常用的頻段為示范，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)范中的要求，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(guó)內(nèi)外其它公司的成熟組件， 如美國(guó) General 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)、

4、3 個(gè)Word 文檔.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)動(dòng)，而大小僅 8916518mm 3，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(kù)，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(guó) 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 0.5GHz18GHz 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

5、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(chǎng)合，電源選擇不能過(guò)多，考慮到散熱的需求，電流也不能過(guò)大，最關(guān)鍵的是

6、體積決不能大。開關(guān)濾波組件也是如此。目前，外購(gòu)開關(guān)價(jià)格很高，濾波器的價(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(gòu)開關(guān)，自制濾波器，設(shè)計(jì)完成后往往發(fā)生串?dāng)_，帶內(nèi)也極不平坦；再后來(lái)兩者均為自制，但是有限的人力使得帶內(nèi)平坦度還是很難保證；目前的做法是自制開關(guān)而外購(gòu)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)Word 文檔.針對(duì) CPCI規(guī)范的要求以及機(jī)載等苛刻條件的限制， 幾種組件無(wú)論在外形還是在內(nèi)部都有極大的限制，應(yīng)合理規(guī)范才能確確實(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

7、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) 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(cè)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，輸入功率范圍 -10dBm -20dBm ，中間先變頻到 550MHz 950MHz ，再第二次變頻輸出信號(hào) 2GHz4GHz

8、，功率范圍 -5dBm +5dBm ，平坦度同輸入基帶信號(hào)，雜散惡化小于 3dB，原理如下。LO1.0GHz2.75GHz-4.75GHz2.0-2.6GHzS2.2-3.0GHzS0.05-0.45GHz0.55-0.95GHzP2 4GHzP濾波放大2.6-3.4GHz55T3.0-3.8GHzT3.4-4.0GHz圖 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432415mm 3，總計(jì)近 20 個(gè)元器件，接頭和電纜也多，須兩個(gè) 350260 mm 2 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?，F(xiàn)在電路采Word 文檔.用兩個(gè)混頻濾波組件和一

9、個(gè)開關(guān)濾波組件后，只需要一個(gè)233.3516040.64mm 3（8HP）的 CPCI規(guī)范的插盒就能安置。6 性能特性6.1性能指標(biāo)a) 輸入基帶信號(hào)： 50MHz 450MHz ，功率范圍 -10dBm -20dBm ；b) 輸出基帶信號(hào)： 2GHz4GHz，功率范圍 -5dBm +5dBm ，平坦度同輸入基帶信號(hào)，雜散惡化小于 3dB；c) 接口： SMA；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(guó)內(nèi)元器件按國(guó)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 +55 ；b) 存儲(chǔ)溫度： -50 +65 ；c) 相對(duì)濕度

10、： 098%（+25 ）；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(jiǎn)單、功能明確，便于維修，當(dāng)器件損壞時(shí)，可立即更換備件。可維護(hù)性： MTTR0.5h。6.5測(cè)試性組件接口簡(jiǎn)單，容易自測(cè)。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。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(cè)試的有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。Word 文檔.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(wèn)題，如果在設(shè)計(jì)研制階段不重視，設(shè)備

11、就無(wú)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(guò)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(guò)多點(diǎn)接地等措施減小、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(guò)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

12、塊信號(hào)接口形式備注輸入 1GHz 本振SMA-K功率 -15 +5dBm混頻濾波輸入信號(hào)50 450MHzSMA-K功率 -10 -20dBm組件 1輸出信號(hào)550 950MHzSMA-K功率 -10 0dBm電源PDS90+12V表2混頻濾波組件 2 接口模塊信號(hào)接口形式備注輸入 2.75 4.75GHz 本振SMA-K功率 -10 +5dBm混頻濾波輸入信號(hào)550 950MHzSMA-K功率 -10 0dBm組件 2輸出信號(hào)2 4GHzSMA-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)濾波輸出信號(hào)2 4GHzSMA-K功率 -5 +5dBm輸

13、出信號(hào)2 4GHzSMA-K功率 -15 -5dBmWord 文檔.組件電源PDS905V6.8能耗能耗：均小于 10W。7 設(shè)計(jì)7.1混頻濾波組件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(guò)的類似電路的總結(jié)，最早使用的混頻濾波組件均為長(zhǎng)方形，一般經(jīng)過(guò)放大混頻 濾波 放大后輸出，這樣總長(zhǎng)超過(guò) 160mm ，寬度不超過(guò) 33mm ，且加電端子總多，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(lái)的設(shè)計(jì)大大提高了集成度，某混頻濾波組件原理如下：RFilter1Filter2Filter3LPFLOIFLO12GHz +

14、10dBm2.25-4.25GHz13GHz +10dBm0dBm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) 3mm 3mm 走線槽，低頻部分采用普通微帶板，Word 文檔.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)

15、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：Word 文檔.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(guò)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，2長(zhǎng)寬不宜超過(guò) 4013m

16、m ，如合肥博侖的 C1B 型濾波器結(jié)構(gòu)； D 區(qū)為放大器，2有需要時(shí)可以增至兩級(jí)放大，也可以放置小于4017mm 的濾波器構(gòu)成兩級(jí)濾波。該電路的特點(diǎn)是：a) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于安裝： 大小為 606015mm 3，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(lái)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

17、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。Word 文檔.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(gòu)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)濾波組件電路原理2.0-2.6GHzS2.2-3.0GHzSPP2 4GHz2.6-3.4GHz55T3.0-3.8GHzT3.4-4.0GHz圖7典型開關(guān)濾波電路電路結(jié)構(gòu)開關(guān)濾波組件是一成熟的類型，國(guó)外如MITEQ 公司有成系列的產(chǎn)品，我部產(chǎn)品中也多次使用，歷年來(lái)設(shè)計(jì)制造的類似組件上十種，

18、在不同產(chǎn)品中發(fā)揮了巨大的作用。其中設(shè)計(jì)難度最高為一個(gè)頻率高達(dá)18GHz 的開關(guān)濾波組件，背面走線，原理如下：SFilter 1SPFilter 2P5Filter 35Filter 4TFilter 5TWord 文檔.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 76mm 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(wèn)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)致全頻帶內(nèi)平坦度較差；此外，在焊臺(tái)上點(diǎn)焊 SP5T過(guò)程中發(fā)現(xiàn)組件尺寸過(guò)大，影響了組裝進(jìn)度。圖9開關(guān)濾波組件結(jié)構(gòu)

19、圖為了便于組裝調(diào)試，同時(shí)也易于檢測(cè)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(wú)法滿足過(guò)多的需求，更無(wú)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。Word 文檔.以前也曾嘗試將外購(gòu)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(wú)法滿足指標(biāo)。曾經(jīng)定制過(guò)泰