典型微波组件实施方案样本

范围
引用文件
术语和定义
概述
4.1任务来源和设计依据4.2用途和功能
4.3需求分析和特点
5组成
6性能特性
6.1性能指标
6.2环境适应性
6.3可靠性
6.4维修性
6.5测试性
6.6电磁兼容性
6.7 接口
6.8能耗
7设计
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。

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7.2开关滤波组件.................................... 错误!未定义书签。

7.2.1电路原理 ...................................... 错误!未定义书签。

7.2.2电路结构 ...................................... 错误!未定义书签。

7.3可靠性和环境适应性设计.......................... 错误!未定义书签。

7.4不同方案的比较.................................. 错误!未定义书签。

8贯彻”三化”要求采取的措施........................ 错误!未定义书签。

9计划进度 ......................................... 错误!未定义书签。

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
下列文件中的有关条款经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-微波组件设计规范
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89x 165 x 18mm3,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。

4.3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：
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。

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350 x 260 nrn?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 x 160 x 40.64
mm3( 8HP)的CPCI规范的插盒就能安置。

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;
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□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;
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；
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□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 o
6.5测试性
组件接□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。

6.7 接口
接□如下表：
表1混频滤波组件1接口
表2混频滤波组件2接口
表3开关滤波组件接口
能耗：均小于10W o
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3mm x 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 x 97mm x 15mm,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。

1 CCT 丫_
2.25-4.25G
12QU7
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40 x 13mm2,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40x 17mm2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60x60x 15mm\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
142mm x 76mm x 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；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10 SP5T 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65mm x 65mm x 15mm,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r_jH
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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。