典型微波組件實施計劃方案

..目次TOC\o"1-3"\h\z\t"標(biāo)準(zhǔn)文件_章標(biāo)題,1,前言標(biāo)題,1,附錄,1,標(biāo)準(zhǔn)文件_附錄章標(biāo)題,1,標(biāo)準(zhǔn)文件_一級條標(biāo)題,2,標(biāo)準(zhǔn)文件_附錄一級條標(biāo)題,2,標(biāo)準(zhǔn)文件_二級條標(biāo)題,3,標(biāo)準(zhǔn)文件_附錄二級條標(biāo)題,3"1范圍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)計依據(jù)14.2用途和功能24.3需求分析和特點35組成36性能特性46.1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67設(shè)計67.1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8電路原理8電路結(jié)構(gòu)97.3可靠性和環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計117.4不同方案的比較118貫徹"三化"要求采取的措施119計劃進(jìn)度11..范圍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、性能指標(biāo)、設(shè)計制造中的關(guān)鍵技術(shù)及解決途徑等實施方案。本文件適用于典型微波組件的設(shè)計制造。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)計規(guī)范術(shù)語和定義略。概述任務(wù)來源和設(shè)計依據(jù)為了減少微波分機(jī)體積,縮簡研制周期,規(guī)范設(shè)計流程,特別對微波系統(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)計和規(guī)范,設(shè)計著重于結(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)計中參考了國內(nèi)外其它公司的成熟組件,如美國GeneralMicrowave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個功分器、2個開關(guān)、3個耦合器、6個溫度補償網(wǎng)絡(luò)、1個壓控衰減器和16片高速PIN驅(qū)動,而大小僅89×165×18mm3,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。相對于我部而言,類似的產(chǎn)品更有借鑒意義,因為我們的產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)周期往往有限,不可能設(shè)計那些功能大而全的組件,應(yīng)該事先設(shè)計好幾種標(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。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于產(chǎn)品是典型而且必須的,對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)價格很高,濾波器的價格則相對較低,最早設(shè)計的開關(guān)濾波組件反而是外購開關(guān),自制濾波器,設(shè)計完成后往往發(fā)生串?dāng)_,帶內(nèi)也極不平坦；再后來兩者均為自制,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。需求分析和特點針對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)范才能確確實實的作為典型組件使用,才能滿足"三化"的要求,設(shè)計指導(dǎo)思想如下：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；采用模塊化設(shè)計、全數(shù)字化控制,以保證組件具有非常強的可靠性、可測性和可維護(hù)性；結(jié)構(gòu)合理設(shè)計、合理布局,做到美觀與實用相結(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；充分滿足現(xiàn)有需要,增強通用性、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。組成"三化"規(guī)劃中有基帶變頻這一分機(jī),將50MHz～450MHz信號上變頻,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2GHz～4GHz,功率范圍-5dBm～+5dBm,平坦度同輸入基帶信號,雜散惡化小于3dB,原理如下?；鶐ё冾l電路以往使用分立元器件,僅放大器就需要五個,每一個體積為43×24×15mm3,總計近20個元器件,接頭和電纜也多,須兩個350×260mm2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)在電路采用兩個混頻濾波組件和一個開關(guān)濾波組件后,只需要一個233.35×160×40.64mm3〔8HP的CPCI規(guī)范的插盒就能安置。性能特性性能指標(biāo)輸入基帶信號：50MHz～450MHz,功率范圍-10dBm～-20dBm；輸出基帶信號：2GHz～4GHz,功率范圍-5dBm～+5dBm,平坦度同輸入基帶信號,雜散惡化小于3dB；接口：SMA；環(huán)境適應(yīng)性在電訊設(shè)計時,元器件選型嚴(yán)格按軍標(biāo)要求,進(jìn)口元器件選用MIL-883以上等級元器件。國內(nèi)元器件按國軍標(biāo)要求,以提高可靠性與環(huán)境適應(yīng)性。工作溫度：-40℃～+55℃；存儲溫度：-50℃～+65℃相對濕度：0～98%〔+25℃保護(hù)：抗震動、防潮濕、防霉菌、防鹽霧、防風(fēng)等措施；可靠性略。維修性組件采用模塊化設(shè)計思路,獨立可更換,信號接口簡單、功能明確,便于維修,當(dāng)器件損壞時,可立即更換備件。可維護(hù)性：MTTR≤0.5h。測試性組件接口簡單,容易自測。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)練試驗的電磁環(huán)境。電磁兼容設(shè)計按G151A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射的敏感性要求》、G152A-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。電磁兼容性設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的一個非常重要的問題,如果在設(shè)計研制階段不重視,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：在電路設(shè)計中,充分利用濾波、接地、屏蔽以及合理布線等設(shè)計技術(shù),以改善電磁兼容性；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,通過多點接地等措施減小、消除公共地阻抗耦合干擾造成的影響；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；所用器件都經(jīng)過充分的環(huán)境實驗及篩選,保證產(chǎn)品的可靠性及質(zhì)量。接口接口如下表：混頻濾波組件1接口模塊信號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50～450MHzSMA-K功率-10～-20dBm輸出信號550～950MHzSMA-K功率-10～0dBm電源PDS90+12V混頻濾波組件2接口模塊信號接口形式備注混頻濾波組件2輸入2.75～4.75GHz本振SMA-K功率-10～+5dBm輸入信號550～950MHzSMA-K功率-10～0dBm輸出信號2～4GHzSMA-K功率-5～+5dBm電源PDS90+12V開關(guān)濾波組件接口模塊信號接口形式備注開關(guān)濾波組件輸出信號2～4GHzSMA-K功率-5～+5dBm輸出信號2～4GHzSMA-K功率-15～-5dBm電源PDS90±5V能耗能耗：均小于10W。設(shè)計混頻濾波組件電路原理典型電路組成原理如圖所示,需要兩個組件才能實現(xiàn)。典型組成原理電路結(jié)構(gòu)現(xiàn)在設(shè)計的電路實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—混頻—濾波—放大后輸出,這樣總長超過160mm,寬度不超過33mm,且加電端子總多,三個側(cè)面都有輸出,安裝極為不便,很快就舍棄了這種設(shè)計。后來的設(shè)計大大提高了集成度,某混頻濾波組件原理如下：LPFFilter3Filter2Filter1RFLPFFilter3Filter2Filter1RFLO12GHzLO12GHz+10dBmIF0dBmLO13GHz+10dBm某混頻濾波組件原理該組件結(jié)構(gòu)設(shè)計非常困難,主要是應(yīng)用了大量嵌入式的模塊,如采用了三個去掉可拆卸接頭的MITEQ的混頻器；兩個自制高頻放大模塊；兩個自制平行耦合線濾波器；一個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,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,設(shè)計用時一個半月。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,加之項目末期有設(shè)計更改,最后用時比SP5T開關(guān)濾波組件還多。某混頻濾波組件結(jié)構(gòu)圖這種結(jié)構(gòu)的出發(fā)點是好的,但是以我們目前的實際條件,不僅設(shè)計加工困難,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)時在總裝聯(lián)調(diào)時就有多個類似結(jié)構(gòu)被還原成分立元件電路,新的結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮到了上述優(yōu)缺點,實際尺寸的結(jié)構(gòu)如下：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,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,可以使用兩級放大以保證混頻器驅(qū)動功率；C區(qū)為濾波器,長寬不宜超過40×13mm2,如XX博侖的C1B型濾波器結(jié)構(gòu)；D區(qū)為放大器,有需要時可以增至兩級放大,也可以放置小于40×17mm2的濾波器構(gòu)成兩級濾波。該電路的特點是：結(jié)構(gòu)簡單便于安裝：大小為60×60×15mm3,所有接頭都在同一側(cè)面；設(shè)計有兩對不同的安裝孔,其中兩個通孔可以疊放,兩個螺孔用來貼底面安裝；只用了一個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。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,提高了組件的實用性。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、放大器或濾波器作為隔離,所設(shè)計的典型混頻濾波結(jié)構(gòu)只需要稍微更改A區(qū)和B區(qū)的電路就可實現(xiàn)。放大濾波電路圖開關(guān)濾波組件電路原理典型開關(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,歷年來設(shè)計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)計難度最高為一個頻率高達(dá)18GHz的開關(guān)濾波組件,背面走線,原理如下：Filter1Filter1Filter2Filter3Filter4Filter5SP5TSP5T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,在焊臺上點焊SP5T過程中發(fā)現(xiàn)組件尺寸過大,影響了組裝進(jìn)度。開關(guān)濾波組件結(jié)構(gòu)圖為了便于組裝調(diào)試,同時也易于檢測和維護(hù),正式件〔四個投產(chǎn)時將SP5T單獨設(shè)計〔包括壓塊等一系列附件,如圖9。設(shè)計僅一周,一個月后到貨,再一個月完成所有安裝調(diào)試并交付。SP5T開關(guān)模塊上述電路的設(shè)計達(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),實際