1微波组件修理再制造实践情况
目前，引进机型的雷达微波组件普遍采用薄膜混合电路模式，电路建立在高介电常数的陶瓷基板上，微带线和电阻采用薄膜工艺形成图案，分立器件（电容、带封装的二极管、三级管等）通过锡焊实现电气连接，其他不带封装的管芯器件以及陶瓷基板之间的电路由金丝或金带键合工艺实现。由于该模式一致性差，电路中大量采用附着力强的铟片手工贴附在微带线上。这种电路设计制造模式给后期修理工作造成极大的困难。一方面电路对环境要求很高，微带线脱落或是电阻氧化引起的阻值变化将造成无法修复的损伤；另一方面，由于电路一致性较差，模块间不具有可互换性，需要重新调整；此外，因器件老旧而无法采购的问题也是制约修理的主要因素。相比较而言，国产机型的雷达微波组件更新较快，已经基本实现了功能模块化、体积小型化和电路集成化。在模块内部，多数采用与印制电路板加工工艺相近的微波介质印制板，器件集成度高。例如，功分器、滤波器等无源电路，基本采用带金属壳体封装的小规模集成器件；各种放大器等有源电路，部分采用砷化镓单片微波集成电路。由于带封装器件的大量使用和射频电路的集成化，电气连接多使用通用的表面贴装焊接工艺，电路的整体一致性较好。随着砷化镓单片集成电路的发展与应用，有源器件（如场效应管等）及其阻抗匹配电路大多被集成在砷化镓器件内部，封装后的器件管脚直接匹配50Ω或75Ω的电路系统，极大地方便了有源模块之间的级联，减少了电路调试工作，对于后期的维护与修理也极为有利。因此，在微波组件修理时的再制造工作中，在技术上充分参考国产机型相应微波组件的先进经验，由此带来的益处包括：一方面，建立以电路功能为单元的模块化、集成化设计理念，容易实现测试、拆卸以及更换其中的器件，可以快速恢复乃至提高引进机型微波组件的性能；另一方面，通过跟踪微波组件（尤其是T/R组件）中典型微波集成器件的应用情况，并在修理工作中进行应用，掌握微波集成器件的电路设计、性能调试等实践经验，形成与国产微波组件研制同等水平的修理技术能力，为相控阵体制雷达的修理形成技术储备。
2修理再制造实例
基于上述修理再制造理念，以某型引进机型的微波组件为例，介绍采用单片微波集成电路（MMIC）重新设计混频电路，以及采用微波印制板工艺再制造的情况。针对修理再制造过程中遇到的典型问题进行理论分析，并制定解决措施。
2.1屏蔽盒产生谐振
1）修理再制造方案进口机型微波组件中的混频器如图1所示，采用簿膜微带巴伦平衡二极管混频电路。该电路不仅对本振功率要求高，而且对4个二极管的匹配要求高，载频抑制度低。修理时，选用本振功率低的MMIC混频器芯片（HMC422）实现混频功能，不仅体积小，而且功耗和变频损耗低，采用易实现的普通微波电路工艺，性能更稳定。替代后的印制电路板（PCB）如图2所示。2）问题描述将单独测试好的混频器装入屏蔽盒（尺寸为29.7mm×26.7mm×10.5mm），利用AgilentE8257D信号源与AgilentE4440A频谱分析仪对其进行测试，发现本振杂波明显增强，测试结果如图3所示。3）问题分析安装射频PCB的屏蔽盒有数量较多的谐振频率点，谐振频率与屏蔽盒的机械尺寸有关，也与PCB的层结构、介质有关。射频PCB在设计中应关注屏蔽盒的最低谐振频率，当工作频率接近最低谐振频率时，部分能量被吸收，产生衰减的尖峰，从而影响电路的正常工作。对于已设计好的射频PCB，应选择合适的屏蔽盒尺寸，使其谐振频率不落在射频PCB电路的工作频带内。当屏蔽盒内的PCB是多层板时，通常第二层接地，与屏蔽盒体等电位，h表示PCB的顶层到第二层的介质厚度，b是PCB的第二层到屏蔽盒内顶面的高度。a是关键尺寸，必须满足a＜λ/2，λ是工作频段高端频率在空气中的波长。如果不能满足上述公式，盒内就可能产生波导型传播。当反向传播的波构成正反馈时，频带内增益平坦度变坏，在某些频点上出现尖峰，反馈过强时，还容易出现自激振荡。选择屏蔽盒时，应使其最低谐振频率远高于工作频率，最好10倍以上。屏蔽盒的高度一般为第一层介质厚度的15～20倍以上，以保证较高的元件能放入。在屏蔽盒底面积一定的情况下，要提高屏蔽盒的最低谐振频率就必须增加长宽比，所以应避免选用正方形的屏蔽盒。4）解决措施调整混频器PCB和屏蔽盒的尺寸，增加长宽比，从而提高屏蔽盒的最低谐振频率。调整后的混频器PCB如图5所示，屏蔽盒尺寸调整为32.5mm×26.5mm×10.5mm。同时，正确选择吸波材料，对消除腔体自激现象也起到极大的作用。调整后的波形如图6所示，比较后不难发现，波形已经得到很大改善。
2.2屏蔽盒产生信号波导传输现象
1）修理再制造方案采用微波印制板工艺替代图1中的滤波器。先采用安捷伦公司的Advanced.Design.System.v2008软件对电路进行仿真，根据仿真结果绘制PCB图案（见图7），印制板制作时选用合适介电常数的Rogers4003微波印制电路板材。采用AgilentE8363B矢量网络分析仪对新滤波器进行性能测试，测试结果如图8所示。分析该曲线可知，滤波器性能正常，3dB通带为160MHz。2）问题描述将滤波器放入屏蔽盒中，用AgilentE8257D信号源与AgilentE4440A频谱分析仪对其进行测试，测试结果表明，本应被抑制的杂散信号重新出现,滤波器功能失效。通过实验证明，该滤波器在开放空间环境中可成功滤除带外杂散信号，但在屏蔽盒内却完全失去作用。3）问题分析失效的滤波器在使用前已进行性能测试,表明滤波器设计无问题，说明屏蔽盒是造成其失效的原因。滤波器屏蔽盒为金属材质，内表面光滑且横截面为矩形，对于相应频率的杂散信号将产生行波传输效果，从而造成杂散信号从滤波器输入端进入腔体，经腔体内部形成空间波导传输至滤波器的输出端，从而直接造成滤波器失效。4）解决措施解决波导行波传输问题，可以在滤波器屏蔽盒腔体内增加隔离措施，在滤波器的输入端和输出端之间增加一道金属墙，直接破坏波导传输路径。增加隔离措施后，滤波器失效现象消失，其3dB通带以外的杂散信号均得到有效衰减。
3微波组件修理再制造中应注意的事项
微波混合电路的主要失效方式所占比例、对应的修理措施和需要注意的问题如表1所示。应特别注意电源的匹配问题。微波组件通常在有限的空间内进行安装，体积较小，同时不应显著增加产品功耗，还应满足电磁兼容性要求。另外，在屏蔽盒的设计方面，除了关注最低谐振频率外，通常采用铝合金材料，表面进行化学镀镍处理，将高电导率和中等磁导率结合起来；封装采用螺钉固定时，应注意螺钉的最小间距，保证接合面的最小接缝和缝隙，从而最大限度地提高屏蔽效能。
4结束语
实践表明，微波组件修理再制造技术对提高机载雷达的维修水平和质量以及降低维修成本有着显著效果，尤其对提升相控阵体制雷达T/R组件的维修保障能力与推动微组装线的建设有着重要作用。
作者：朱康珑 刘斌 单位：国防科技大学 江苏金陵机械制造总厂 空军装备部航空工厂管理部
