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1、目 次 1 范畴 1 2 引用文献 1 3 术语和定义 1 4 概述 1 4.1 任务来源和设计根据 1 4.2 用途和功能 2 4.3 需求分析和特点 3 5 构成 3 6 性能特性 4 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 6 7 设计 6 7.1 混频滤波组件 6 7.1.1 电路原理 6 7.1.2 电路构造 6 7.2 开关滤波组件 8 7.2.1 电路原理 8 7.2.2 电路构造 9 7.3 可靠性和环境适
2、应性设计 11 7.4 不同方案比较 11 8 贯彻“三化”规定采用办法 11 9 筹划进度 11 1 范畴 本文献为典型微波组件：混频滤波组件和开关滤波组件构成、性能指标、设计制造中核心技术及解决途径等实行方案。 本文献合用于典型微波组件设计制造。 2 引用文献 下列文献中关于条款通过引用而成为本文献条款。凡注日期或版次引用文献，其后任何修改单（不涉及勘误内容）或修订版本都不合用于本文献，但倡导使用本文献各方探讨其使用最新版本也许性。凡不注日期或版次引用文献，其最新版本合用于本文献。 SJ20527A- 微波组件设计规范 3 术语
3、和定义 略。 4 概述 4.1 任务来源和设计根据 为了减少微波分机体积，缩简研制周期，规范设计流程，特别对微波系统中惯用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，设计着重于构造外观通用和原则，在详细微波电路上，以此前惯用频段为示范，特别合用于8GHz如下频率。更高频率由于要改换滤波器而不合用，并且高频器件往往体积很小，对空间需求较低，杂散和串扰也更为严重，在此不予考虑。 组件构造要合用于CPCI插盒安装，一切CPCI规范中规定，如小型化、散热状况、电源、电磁兼容等都应当予以考虑。特别在设计中参照了国内外其他公司成熟组件，如美国General Microwave公司开
4、关矩阵和接受机开关模块，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，涉及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他模块中惯用，可见咱们一方面要构筑一套基本器件构成库，优化选用，避免某些生僻芯片使用影响进度，使设计目的难以预知。此外，美国MITEQ公司产品也很值得参照，该公司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、微波传播组件、射频分路模块、开关放大组件等，并且各种组件都已形成系列，普通可以提供覆盖0.5
5、GHz～18GHz频率产品。相对于我部而言，类似产品更有借鉴意义，由于咱们产品设计和生产周期往往有限，不也许设计那些功能大而全组件，应当事先设计好几种原则、通用性模块，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惯用，可以事先在构造上予以定型，这样对建模和归档都十分有利，可以预见，这样大量具备典型功能模块必将大大加快项目进程。固然，模块选取决不能泛滥，下面重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 几乎所有产品都需要进行混频，因此混频滤波组件对于产品是典型并且必要，对组件规定是滤波特性要好，还要做好端口隔离，为适应CPCI机箱甚
6、至机载场合，电源选取不能过多，考虑到散热需求，电流也不能过大，最核心是体积决不能大。 开关滤波组件也是如此。当前，外购开关价格很高，滤波器价格则相对较低，最早设计开关滤波组件反而是外购开关，自制滤波器，设计完毕后往往发生串扰，带内也极不平坦；再日后两者均为自制，但是有限人力使得带内平坦度还是很难保证；当前做法是自制开关而外购滤波器，这样，虽然体积缩小有限，但是成本大为减少，控制和接线也大大减少，以便了在系统特别是小型化设备中使用。 4.3 需求分析和特点 针对CPCI规范规定以及机载等苛刻条件限制，几种组件无论在外形还是在内部均有极大限制，应合理规范才干确的确实作为典型组件使用，才
7、干满足“三化”规定，设计指引思想如下： a) 采用成熟和有继承性技术、器件，需要完毕与组件配套芯片选型，避免使用冷僻器件； b) 采用模块化设计、全数字化控制，以保证组件具备非常强可靠性、可测性和可维护性； c) 构造合理设计、合理布局，做到美观与实用相结合，特别还应当考虑到系统中散热、电磁兼容等需求； d) 充分满足既有需要，增强通用性、可扩展性，这样典型组件应当能形成系列，在不同使用状况下，更换某些芯片就能使用于新产品中。 5 构成 “三化”规划中有基带变频这一分机，将50MHz～450MHz信号上变频，输入功率范畴-10dBm～-20dBm，中间先变频到550MHz～950
8、MHz，再第二次变频输出信号2GHz～4GHz，功率范畴-5dBm～+5dBm，平坦度同输入基带信号，杂散恶化不大于3dB，原理如下。 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，每一种体积为43×24×15mm3，总计近20个元器件，接头和电缆也多，须两个350×260 mm28N插盒，占用了大量空间，成本高昂且接线繁琐，减少了可靠性。当前电路采用两个混频滤波组件和一种开关滤波组件后，只需要一种233.35×160×40.64 mm3（8HP）CPCI规范插盒就能安顿。 6 性能特性 6.1 性能指标 a) 输入基带信号：50MHz～450MHz，功率范畴
9、10dBm～-20dBm； b) 输出基带信号：2GHz～4GHz，功率范畴-5dBm～+5dBm，平坦度同输入基带信号，杂散恶化不大于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规定，进口元器件选用MIL-883以上级别元器件。国内元器件按国军标规定，以提高可靠性与环境适应性。 a) 工作温度：-40℃～+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、防风等办法； 6.3 可靠性 略。 6.4 维修性 组件采用模块化设计思路，
10、独立可更换，信号接口简朴、功能明确，便于维修，当器件损坏时，可及时更换备件。 可维护性：MTTR≤0.5h。 6.5 测试性 组件接口简朴，容易自测。 6.6 电磁兼容性 本分系统具备良好电磁兼容性能，可以适应各种训练实验电磁环境。电磁兼容设计按GJB151A-97《军用设备和分系统电磁发射敏感性规定》、GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射敏感性测试》关于规定进行设计。 电磁兼容性设计是系统设计一种非常重要问题，如果在设计研制阶段不注重，设备就无法正常工作。为了达到较好电磁兼容性，要从设计上就注重，提高各模块抗干扰性能，减少电磁辐射，详细环节如下： a) 在电路设计
11、中，充分运用滤波、接地、屏蔽以及合理布线等设计技术，以改进电磁兼容性； b) 克服公共地阻抗耦合干扰，此种干扰是由不同电路或组件，所用电源要通过一段公共地线构成回路而产生，在设计中要考虑地线有效性，严格保证地线焊接质量，通过多点接地等办法减小、消除公共地阻抗耦合干扰导致影响； c) 所用组件，构造件采用导电氧极化表面解决技术，保证密封良好、接地良好； d) 所用器件都通过充分环境实验及筛选，保证产品可靠性及质量。 6.7 接口 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
12、 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 模块 信号 接口形式 备注 开关滤波组件 输出信号2～4
13、GHz 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：均不大于10W。 7 设计 7.1 混频滤波组件 7.1.1 电路原理 典型电路构成原理如图所示，需要两个组件才干实现。 图2 典型构成原理 7.1.2 电路构造 当前设计电路事实上是以往使用过类似电路总结，最早使用混频滤波组件均为长方形，普通通过放大—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，三个侧面均有输出，安装极为不便，不久就舍弃了这种设计。 日后设计
14、大大提高了集成度，某混频滤波组件原理如下： LPF Filter3 Filter2 Filter1 RF LO 12GHz +10dBm IF 2.25-4.25GHz 0dBm LO 13GHz +10dBm 图3 某混频滤波组件原理 该组件构造设计非常困难，重要是应用了大量嵌入式模块，如采用了三个去掉可拆卸接头MITEQ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；一种自制悬置微带滤波器。不但如此，高频和低频
15、某些也有所不同，高频采用原则3mm×3mm走线槽，低频某些采用普通微带板，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，设计用时一种半月。由于标注复杂，嵌入模块高度不一，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。 图4 某混频滤波组件构造图 这种构造出发点是好，但是以咱们当前实际条件，不但设计加工困难，调试也极为不便，加之接头诸多，难以安装，不便于扩展使用，不具备继承性，因此当时在总装联调时就有各种类似构造被还原成分立元件电路，新构造设计考虑到了上述优缺陷，实
16、际尺寸构造如下： 图5 典型混频滤波组件构造图 图中A区为射频输入放大器和混频器，输入电平过大时，可以仅安顿衰减网络而不添加放大器，完全比例电路图如图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，长宽不适当超过40×13mm2，如合肥博仑C1B型滤波器构造；D区为放大器，有需要时可以增至两级放大，也可以放置不大于40×17mm2滤波器构成两级滤波。该电路特点是： a) 构造简朴便于安装：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；只用了一种加电端子且放置在接
17、头侧面，从底面通孔加电；上下面均有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如下，所有器件均是惯用器件，电路性能可以预估；除了图2所示典型电路以外，几乎通用于其他任何混频电路；该电路对外均是放大器，能较好与外界元器件隔离，提高了组件实用性。 c) 构造宜于扩展。当前分立元件构成功分器特别是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，所设计典型混频滤波构造只需要稍微更改A区和B区电路就可实现。 图6 放大滤波电路图 7.2 开关滤波组件 7.2.1 电路原理 图7
18、 典型开关滤波电路 7.2.2 电路构造 开关滤波组件是一成熟类型，国外如MITEQ公司有成系列产品，我部产品中也多次使用，历年来设计制造类似组件上十种，在不同产品中发挥了巨大作用。其中设计难度最高为一种频率高达18GHz开关滤波组件，背面走线，原理如下： Filter 1 Filter 2 Filter 3 Filter 4 Filter 5 S P 5 T S P 5 T 图8 某开关滤波组件原理图 该组件采用自制平行耦合线滤波器，第一次试制构造如图9，尺寸为142mm×76mm×15mm，铜镀金，一种月后完毕调试，基本满足指标。
19、 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，自制滤波器高品位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。 图9 开关滤波组件构造图 为了便于组装调试，同步也易于检测和维护，正式件（四个）投产时将SP5T单独设计（涉及压块等一系列附件），如图9。设计仅一周，一种月后到货，再一种月完毕所有安装调试并交付。 图10 SP5T开关模块 上述电路设计达到了预期效果，但是虽然咱们能自制各种频率、各种类型开关，仍无法满足过多需求，更无法形成大批量。且受工艺和加工周期限制，不建议使用五路以上开关，
20、实际应用时，五路以上开关可以分两级或更多级制作，便于功率配平和杂散等指标调试。开关应统一采用嵌入式模块，正着手将该类模块从调制器到SP5T予以定型，便于嵌入组件。 此前也曾尝试将外购开关去除接头嵌入组件，使用频率普通为4GHz如下，但大多依然失败了。这种构造组件安装不易，焊线也困难，开关信号分路后放在同一块印制板上极易形成串扰，导致杂散无法满足指标。曾经定制过泰格SP5T开关滤波组件，频率约2GHz～3GHz，体积65mm×65mm×15mm，尺寸到达普通设计极限，很难自制，普通状况下无此必要设计。且随着技术进步，当前开关芯片隔离也越做越好，HITTITE公司几种新型号单刀双掷开关在低频能
21、做到60dB隔离度，在高频也能达到40 dB隔离度，下表列出了几种高隔离滤波器，可知在相似型号下，有管脚SMT芯片隔离度最小；使用再流焊安装技术芯片稍高；用热超声波压焊技术芯片隔离最佳，可达到频率也最高，在组件中使用可以大大减少构造和设计周期。 在“三化”典型开关滤波电路中，滤波器可以定型为插针式C1B构造，如图所示，在滤波器一端端还留有一段微带线可用于添加放大器或衰减网络。这样开关滤波组件已经在各种项目中获得了应用，大大减少了成本和调试难度。 图11 典型开关滤波电路构造 7.3 可靠性和环境适应性设计 可工作温度为-40℃～+55℃，所选器材尽量选用军品级器件，使组件满足工作环境规定。 7.4 不同方案比较 与此前各种设计相比较，新设计较好贯彻了“三化”需求可以满足当前CPCI规范和机载条件规定。 8 贯彻“三化”规定采用办法 开展“三化”工作是在保证产品技术性能和质量前提下，缩短研制周期、减少成本一条切实可行研制思路。 本组件设计充分考虑产品通用化、系列化、组合化设计，继承既有成熟技术、成果和社会“货架”产品。 9 筹划进度 按筹划规定进行。
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