典型微波组件实施方案样本文档格式.docx
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7.1混频滤波组件
7.1.1电路原理
7.1.2电路结构
错误!
未定义书签。
7.2开关滤波组件错误!
7.2.1电路原理错误!
7.2.2电路结构错误!
7.3可靠性和环境适应性设计错误!
7.4不同方案的比较错误!
8贯彻”三化”要求采取的措施错误!
9计划进度错误!
1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。
2引用文件
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SJ20527A-微波组件设计规范
3术语和定义
略。
4概述
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见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，以此前常见的频段为示范，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及，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89x165x18mm3,这些芯片都是该公司其它模块中常见的，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。
另外，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，可是类型更为多样，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，而且各种组件都己形成系列，一般能够提供覆盖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见，能够事先在结构上予以定型，这样对建模和归档都十分有利，能够预见，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，因此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□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。
当前，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，可杲有限的人力使得带内平坦度还是很难保证；
当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，可是成本大为降低，控制和接线也大大减少，方便了在系统特别是小型化设备中的使用。
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：
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，特别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。
”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。
LO
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43x24x
15mn?
总计近20个元器件，接头和电缆也多，须两个350x260nrn?
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233.35x160x40.64mm3（8HP）的CPCI规范的插盒就能安置。
a）输入基带信号:
50MHz—450MHz,功率范围-10dBm—-20dBm;
b）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;
c）接□:
SMA;
在电讯设计时，元器件选型严格按军标要求，进□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。
a）工作温度:
-40°
C—+55°
C;
b）存储温度:
-50°
C—+65°
c）相对湿度:
0—98%（+25°
C）;
d）保护：
抗震动、防潮湿、防霉菌.防盐雾、防风等措施；
组件采用模块化设计思路，独立可更换，信号接□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<
0.5ho
组件接□简单，容易自测。
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：
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，经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。
接□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
功率-10〜-20dBm
输出信号550〜950MHz
功率-10〜OdBm
电源
PDS90
+12V
表2混频滤波组件2接口
组件2
输入2.75〜4・75GHz本振
功率-10〜+5dBm
输入信号550〜950MHz
输岀信号2〜4GHz
功率-5~+5dBm
表3开关滤波组件接口
开关滤波
组件
输出信号2〜4GHz
功率-5〜+5dBm
功率-15〜-5dBm
±
5V
能耗：
均小于10Wo
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杲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，一般经过放大一混频一滤波一放大后输出，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：
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。
不但如此，高频和低频部分也有所不同，高频采用标准3mmx3mm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164mmx97mmx15mm,且只有一⑥，可是图纸还是使用了A1幅⑥，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。
图4某混频滤波组件结构图
这种结构的出发点是好的，可是以我们当前的实际条件，不但设计加工困难，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，因此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，能够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，能够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40x13mm2,如合肥博仑的ClB型滤波器结构;
D区为放大器，有需要时能够增至两级放大，也能够放置小于40x17mm2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60x60x15mm\所有接头都在同一侧廂；
设计有两对不同的安装孔，其中两个通孔能够叠放，两个螺孔用来贴底直安装；
只用了一个加电端子且放置在接头侧面，从底廂通孔加电；
上下面都有1mm厚铝⑥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，所有器件均是常见器件,电路的性能能够预估；
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；
该电路对外均杲放大器，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。
当前的分立元件构成的功分器特别杲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
7.2开关滤波组件7.2.1电路原理
图7典型开关滤波电路
7.2.2电路结构
开关滤波组件杲一成熟的类型，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，背庖走线，原理如下：
图8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142mmx76mmx15mm,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；
另外，在焊台上点焊SP5T过程中发现组件尺寸过大，影响了组装逬度。
图9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。
图10SP5T开关模块
上述电路的设计达到了预期的效果，可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，实际应用时，五路以上开关能够分两级或更多级制作，便于功率配平和杂散等指标的调试。
开关应统一采用嵌入式的模块，正着手将该类模块从调制器到SP5T予以定型，便于嵌入组件。
以前也曾尝试将外购的开关去除接头嵌入组件，使用的频率一般为
4GHz以下，但大多依然失败了。
这种结构的组件安装不易，焊线也困难，幵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。
曾经定制过泰格的SP5T开关滤波组件，频率约2GHz—3GHz,体积65mmx65mmx15mm,尺寸到达一般的设计极限，很难自制，一般情况下无此必要设计。
且随着技术的进步，现在开关芯片的隔离也越做越好,HITTITE公司的几种新型号的单刀双掷开关在低频能做到60dB的隔离度，在高频也能达到40dB的隔离度，下表列出了几种高隔离的滤波器，可知在相同型号下,有管脚的SMT芯片隔离度最小；
使用再流焊安装技术的芯片稍高；
用热超声波压焊技术的芯片隔离最好，可达到的频率也最高，在组件中使用能够大大减少结构和设计周期。
在”三化”的典型开关滤波电路中，滤波器能够定型为插针式C1B结构，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。
这样的开关滤波组件已经在多个项目中获得了应用，大大降低了成本和调试难度。
可工作温度为-40C—+55°
C,所选器材尽量选用军品级器件，使组件满足工作环境要求。
7.4不同方案的比较
与此前的各种设计相比较，新的设计很好的贯彻了”三化”需求能够满足当前CPCI规范和机载条件的要求。
8贯彻”三化”要求采取的措施
开展”三化”工作是在保证产品技术性能和质量的前提下，缩短研制周期、降低成本的一条切实可行的研制思路。
本组件设计充分考虑产品的通用化、系列化、组合化设计，继承现有成熟技术.成果和社会”货架”产品。
9计划进度
按计划要求进行。
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