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1、目次 1 围 1 2 引用文件 1 3 术语和定义 1 4 概述 1 4 1 任务来源和设计依据 1 4 2 用途和功能 2 4 3 需求分析和特点 2 5 组成 3 6 性能特性 3 6 1 性能指标 4 6 2 环境适应性 4 6 3 可靠性 4 6 4 维修性 4 6 5 测试性 4 6 6 电磁兼容性 4 6 7 接口 5 6 8 能耗 5 7 设计 5 7 1 混频滤波组件 6 7 1 1 电路原理 6 7 1 2 电路结构 6 7 2 开关滤波组件 8 7 2 1 电路原理 8 7 2 2 电路结构 9 7 3 可靠性和环境适应性设计 11 7 4 不同方案的比较 11 8 贯彻
2、三化 要求采取的措施 11 9 计划进度 11 1 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 2 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 3 术语和定义 略 4 概述 4 1 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
3、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 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 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外其 它公司的成熟组件 如美国General Microwave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
4、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 18mm 3 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
5、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 4 2 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 对组件的要滤波特性要好 还要做好端口的隔离 为适应CPCI机 箱甚至
6、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 带也极不平坦 再后来两者均为自制 但是有限的人力使 得带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 4 3 需求分析和特点 针对 CPCI规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 是在部都有极大的限制 应合理规才能确确实实的作为典型
7、组件使用 才能 满足 三化 的要求 设计指导思想如下 a 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 b 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 c 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 d 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 5 组成 三化 规划中有基带变频这一分机 将50MHz 450MHz信号上变频 输入功率围 10dBm 20dBm 中间先变频到550MHz 9
8、50MHz 再第二次变频 输出信号 2GHz 4GHz 功率围 5dBm 5dBm 平坦度同输入基带信号 杂散 恶化小于 3dB 原理如下 1 0GHz 2 4GHz LO 2 75GHz 4 75GHz 2 0 2 6GHz S P 5 T 2 2 3 0GHz 2 6 3 4GHz 3 0 3 8GHz 3 4 4 0GHz S P 5 T 0 55 0 95GHz 滤波放大 0 05 0 45GHz 图1 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 15mm 3 总计近 20 个元器件 接头和电缆也多 须两个 350 260 mm 2 的 8N插 盒 占
9、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 64 mm 3 8HP 的 CPCI规的插盒就能安置 6 性能特性 6 1 性能指标 a 输入基带信号 50MHz 450MHz 功率围 10dBm 20dBm b 输出基带信号 2GHz 4GHz 功率围 5dBm 5dBm 平坦度同输入 基带信号 杂散恶化小于3dB c 接口 SMA 6 2 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 国元器件按国军标要求 以提高可靠性与环境适应性 a 工作温度 40
10、 55 b 存储温度 50 65 c 相对湿度 0 98 25 d 保护 抗震动 防潮湿 防霉菌 防盐雾 防风等措施 6 3 可靠性 略 6 4 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 6 5 测试性 组件接口简单 容易自测 6 6 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GJB151A 97 军用设备和分系统电磁发射的敏感性要求 GJB152A 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
11、重要的问题 如果在设计研制阶 段不重视 设备就无常工作 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 a 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 b 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 c 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 d 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 6 7 接口
12、 接口如下表 表1 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 450MHz SMA K 功率 10 20dBm 输出信号550 950MHz SMA K 功率 10 0dBm 电源PDS90 12V 表2 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 950MHz SMA K 功率 10 0dBm 输出信号2 4GHz SMA K 功率 5 5dBm 电源PDS90 12V 表3 开关滤波组件接口 模
13、块信号接口形式备注 开关滤波 组件 输出信号2 4GHz SMA K 功率 5 5dBm 输出信号2 4GHz SMA K 功率 15 5dBm 电源PDS90 5V 6 8 能耗 能耗 均小于 10W 7 设计 7 1 混频滤波组件 7 1 1 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 图2 典型组成原理 7 1 2 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
14、设计大大提高了集成度 某混频滤波组件原理如下 图3 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
15、滤波组件还多 LO 13GHz 10dBm LO 12GHz 10dBm IF 2 25 4 25GHz 0dBm R Filter1 Filter2Filter3 LPF 图4 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 图5 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
16、 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 13mm 2 如博仑的 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 17mm 2 的滤波器构成两级滤波 该电路的特点是 a 结构简单便于安装 大小为 60 60 15mm 3 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 b 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 c 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 图6 放大滤波电路图
