典型微波组件实施计划方案

..目次TOC\o"1-3"\h\z\t"标准文件_章标题,1,前言标题,1,附录,1,标准文件_附录章标题,1,标准文件_一级条标题,2,标准文件_附录一级条标题,2,标准文件_二级条标题,3,标准文件_附录二级条标题,3"1范围12引用文件13术语和定义14概述14.1任务来源和设计依据14.2用途和功能24.3需求分析和特点35组成36性能特性46.1性能指标46.2环境适应性46.3可靠性46.4维修性46.5测试性46.6电磁兼容性46.7接口56.8能耗67设计67.1混频滤波组件6电路原理6电路结构67.2开关滤波组件8电路原理8电路结构97.3可靠性和环境适应性设计117.4不同方案的比较118贯彻"三化"要求采取的措施119计划进度11..范围本文件为典型微波组件：混频滤波组件和开关滤波组件的组成、性能指标、设计制造中的关键技术及解决途径等实施方案。本文件适用于典型微波组件的设计制造。引用文件下列文件中的有关条款通过引用而成为本文件的条款。凡注日期或版次的引用文件,其后的任何修改单〔不包括勘误的内容或修订版本都不适用于本文件,但提倡使用本文件的各方探讨其使用最新版本的可能性。凡不注日期或版次的引用文件,其最新版本适用于本文件。SJ20527A-2003微波组件设计规范术语和定义略。概述任务来源和设计依据为了减少微波分机体积,缩简研制周期,规范设计流程,特别对微波系统中常用的混频滤波和开关滤波,这两种基本架构进行重新设计和规范,设计着重于结构外观的通用和标准,在具体的微波电路上,以此前常用的频段为示范,特别适用于8GHz以下频率。更高的频率由于要改换滤波器而不适用,而且高频器件往往体积很小,对空间的需求较低,杂散和串扰也更为严重,在此不予考虑。组件的结构要适用于CPCI插盒安装,一切CPCI规范中的要求,如小型化、散热情况、电源、电磁兼容等都应该予以考虑。特别在设计中参考了国内外其它公司的成熟组件,如美国GeneralMicrowave公司的开关矩阵和接收机开关模块,开关隔离度高而体积小巧,其机载多功能模块大量采用了大量集成芯片,包括2片数控衰减器、7只放大器、1个功分器、2个开关、3个耦合器、6个温度补偿网络、1个压控衰减器和16片高速PIN驱动,而大小仅89×165×18mm3,这些芯片都是该公司其它模块中常用的,可见我们首先要构筑一套基本器件组成库,优化选用,避免一些生僻芯片的使用影响进度,使设计目标难以预知。此外,美国MITEQ公司的产品也很值得参考,该公司的组件集成度往往不如前一公司,但是类型更为多样,使用空间更为广泛,如三段下变频组件、微波传输组件、射频分路模块、开关放大组件等,而且各种组件都已形成系列,一般可以提供覆盖0.5GHz～18GHz频率的产品。相对于我部而言,类似的产品更有借鉴意义,因为我们的产品设计和生产周期往往有限,不可能设计那些功能大而全的组件,应该事先设计好几种标准的、通用性的模块,如混频滤波组件、开关滤波组件、功分放大组件、时钟产生组件和倍频链这几种模块就颇为常用,可以事先在结构上予以定型,这样对建模和归档都十分有利,可以预见,这样大量具有典型功能的模块必将大大加快项目的进程。当然,模块的选择决不能泛滥,下面主要以混频滤波组件和开关滤波组件为例探讨一二。用途和功能几乎所有的产品都需要进行混频,所以混频滤波组件对于产品是典型而且必须的,对组件的要求是滤波特性要好,还要做好端口的隔离,为适应CPCI机箱甚至机载的场合,电源选择不能过多,考虑到散热的需求,电流也不能过大,最关键的是体积决不能大。开关滤波组件也是如此。目前,外购开关价格很高,滤波器的价格则相对较低,最早设计的开关滤波组件反而是外购开关,自制滤波器,设计完成后往往发生串扰,带内也极不平坦；再后来两者均为自制,但是有限的人力使得带内平坦度还是很难保证；目前的做法是自制开关而外购滤波器,这样,虽然体积缩小有限,但是成本大为降低,控制和接线也大大减少,方便了在系统尤其是小型化设备中的使用。需求分析和特点针对CPCI规范的要求以及机载等苛刻条件的限制,几种组件无论在外形还是在内部都有极大的限制,应合理规范才能确确实实的作为典型组件使用,才能满足"三化"的要求,设计指导思想如下：采用成熟的和有继承性的技术、器件,需要完成与组件配套的芯片的选型,避免使用冷僻的器件；采用模块化设计、全数字化控制,以保证组件具有非常强的可靠性、可测性和可维护性；结构合理设计、合理布局,做到美观与实用相结合,尤其还应该考虑到系统中散热、电磁兼容等的需求；充分满足现有需要,增强通用性、可扩展性,这样的典型组件应该能形成系列,在不同使用情况下,更换部分芯片就能使用于新的产品中。组成"三化"规划中有基带变频这一分机,将50MHz～450MHz信号上变频,输入功率范围-10dBm～-20dBm,中间先变频到550MHz～950MHz,再第二次变频输出信号2GHz～4GHz,功率范围-5dBm～+5dBm,平坦度同输入基带信号,杂散恶化小于3dB,原理如下。基带变频电路以往使用分立元器件,仅放大器就需要五个,每一个体积为43×24×15mm3,总计近20个元器件,接头和电缆也多,须两个350×260mm2的8N插盒,占用了大量空间,成本高昂且接线繁琐,降低了可靠性。现在电路采用两个混频滤波组件和一个开关滤波组件后,只需要一个233.35×160×40.64mm3〔8HP的CPCI规范的插盒就能安置。性能特性性能指标输入基带信号：50MHz～450MHz,功率范围-10dBm～-20dBm；输出基带信号：2GHz～4GHz,功率范围-5dBm～+5dBm,平坦度同输入基带信号,杂散恶化小于3dB；接口：SMA；环境适应性在电讯设计时,元器件选型严格按军标要求,进口元器件选用MIL-883以上等级元器件。国内元器件按国军标要求,以提高可靠性与环境适应性。工作温度：-40℃～+55℃；存储温度：-50℃～+65℃相对湿度：0～98%〔+25℃保护：抗震动、防潮湿、防霉菌、防盐雾、防风等措施；可靠性略。维修性组件采用模块化设计思路,独立可更换,信号接口简单、功能明确,便于维修,当器件损坏时,可立即更换备件。可维护性：MTTR≤0.5h。测试性组件接口简单,容易自测。电磁兼容性本分系统具有良好的电磁兼容性能,能够适应各种训练试验的电磁环境。电磁兼容设计按G151A-97《军用设备和分系统电磁发射的敏感性要求》、G152A-97《军用设备和分系统电磁发射的敏感性测试》的有关要求进行设计。电磁兼容性设计是系统设计的一个非常重要的问题,如果在设计研制阶段不重视,设备就无法正常工作。为了达到较好电磁兼容性,要从设计上就重视,提高各模块的抗干扰性能,减少电磁辐射,具体步骤如下：在电路设计中,充分利用滤波、接地、屏蔽以及合理布线等设计技术,以改善电磁兼容性；克服公共地阻抗耦合干扰,此种干扰是由不同的电路或组件,所用电源要经过一段公共地线构成回路而产生的,在设计中要考虑地线的有效性,严格保证地线的焊接质量,通过多点接地等措施减小、消除公共地阻抗耦合干扰造成的影响；所用组件,结构件采用导电氧极化表面处理技术,保证密封良好、接地良好；所用器件都经过充分的环境实验及筛选,保证产品的可靠性及质量。接口接口如下表：混频滤波组件1接口模块信号接口形式备注混频滤波组件1输入1GHz本振SMA-K功率-15～+5dBm输入信号50～450MHzSMA-K功率-10～-20dBm输出信号550～950MHzSMA-K功率-10～0dBm电源PDS90+12V混频滤波组件2接口模块信号接口形式备注混频滤波组件2输入2.75～4.75GHz本振SMA-K功率-10～+5dBm输入信号550～950MHzSMA-K功率-10～0dBm输出信号2～4GHzSMA-K功率-5～+5dBm电源PDS90+12V开关滤波组件接口模块信号接口形式备注开关滤波组件输出信号2～4GHzSMA-K功率-5～+5dBm输出信号2～4GHzSMA-K功率-15～-5dBm电源PDS90±5V能耗能耗：均小于10W。设计混频滤波组件电路原理典型电路组成原理如图所示,需要两个组件才能实现。典型组成原理电路结构现在设计的电路实际上是以往使用过的类似电路的总结,最早使用的混频滤波组件均为长方形,一般经过放大—混频—滤波—放大后输出,这样总长超过160mm,宽度不超过33mm,且加电端子总多,三个侧面都有输出,安装极为不便,很快就舍弃了这种设计。后来的设计大大提高了集成度,某混频滤波组件原理如下：LPFFilter3Filter2Filter1RFLPFFilter3Filter2Filter1RFLO12GHzLO12GHz+10dBmIF0dBmLO13GHz+10dBm某混频滤波组件原理该组件结构设计非常困难,主要是应用了大量嵌入式的模块,如采用了三个去掉可拆卸接头的MITEQ的混频器；两个自制高频放大模块；两个自制平行耦合线滤波器；一个自制的悬置微带滤波器。不仅如此,高频和低频部分也有所不同,高频采用标准3mm×3mm走线槽,低频部分采用普通微带板,盖板有三块。虽然尺寸不大,为164mm×97mm×15mm,且只有一面,但是图纸还是使用了A1幅面,尺寸标注数千项,设计用时一个半月。由于标注复杂,嵌入的模块高度不一,加工条件有限,壳体多次返工,加之项目末期有设计更改,最后用时比SP5T开关滤波组件还多。某混频滤波组件结构图这种结构的出发点是好的,但是以我们目前的实际条件,不仅设计加工困难,调试也极为不便,加之接头很多,难以安装,不便于扩展使用,不具备继承性,所以当时在总装联调时就有多个类似结构被还原成分立元件电路,新的结构设计考虑到了上述优缺点,实际尺寸的结构如下：典型混频滤波组件结构图图中A区为射频输入放大器和混频器,输入电平过大时,可以仅安置衰减网络而不添加放大器,完全比例的电路图如图6所示；B区为本振输入放大器,如果本振太小,可以使用两级放大以保证混频器驱动功率；C区为滤波器,长宽不宜超过40×13mm2,如XX博仑的C1B型滤波器结构；D区为放大器,有需要时可以增至两级放大,也可以放置小于40×17mm2的滤波器构成两级滤波。该电路的特点是：结构简单便于安装：大小为60×60×15mm3,所有接头都在同一侧面；设计有两对不同的安装孔,其中两个通孔可以叠放,两个螺孔用来贴底面安装；只用了一个加电端子且放置在接头侧面,从底面通孔加电；上下面都有1mm厚铝面板,气密性好；接头居于中线,正反安装都不须另加垫块。电路典型宜于扩展使用。在8GHz以下,所有器件均是常用器件,电路的性能可以预估；除了图2所示的典型电路以外,几乎通用于其它任何混频电路；该电路对外均是放大器,能很好的与外界元器件隔离,提高了组件的实用性。结构宜于扩展。目前的分立元件构成的功分器特别是1GHz以上频率,需要外购功分器,隔离度有限,往往需要用隔离器、放大器或滤波器作为隔离,所设计的典型混频滤波结构只需要稍微更改A区和B区的电路就可实现。放大滤波电路图开关滤波组件电路原理典型开关滤波电路电路结构开关滤波组件是一成熟的类型,国外如MITEQ公司有成系列的产品,我部产品中也多次使用,历年来设计制造的类似组件上十种,在不同产品中发挥了巨大的作用。其中设计难度最高为一个频率高达18GHz的开关滤波组件,背面走线,原理如下：Filter1Filter1Filter2Filter3Filter4Filter5SP5TSP5T某开关滤波组件原理图该组件采用自制的平行耦合线滤波器,第一次试制结构如图9,尺寸为142mm×76mm×15mm,铜镀金,一个月后完成调试,基本满足指标。除了加工问题,为了保证抑制,还使用了约200个螺钉,致使调试非常麻烦；在指标上,自制的滤波器高端损耗很大导致全频带内平坦度较差；此外,在焊台上点焊SP5T过程中发现组件尺寸过大,影响了组装进度。开关滤波组件结构图为了便于组装调试,同时也易于检测和维护,正式件〔四个投产时将SP5T单独设计〔包括压块等一系列附件,如图9。设计仅一周,一个月后到货,再一个月完成所有安装调试并交付。SP5T开关模块上述电路的设计达到了预期的效果,但是虽然我们能自制各种频率、各种类型的开关,仍无法满足过多的需求,更无法形成大批量。且受工艺和加工周期的限制,不建议使用五路以上开关,实际