數字陣列模塊老煉系統的研制

何宏平，張偉

（華東電子工程研究所，安徽 合肥 230031）

1 引言

數字陣列雷達是近幾年來越來越受到人們關注的一種新型相控陣雷達。這種基于收/發(fā)全DBF設計思想的新型相控陣雷達技術具有數字化、模塊化、可擴充等優(yōu)良特性，有著非常好的應用前景。它不僅具有常規(guī)相控陣雷達的所有優(yōu)良性能，同時具有更大的波束調度靈活性、更好的抗有源干擾性能。國內外的研究和實驗表明，數字陣列雷達代表了現代先進雷達技術發(fā)展的一個重要方向。

數字陣列模塊（DAM：Digital Array Module）是采用集成技術、數字收發(fā)技術、光電調制解調技術，完成雷達射頻收發(fā)數字化及數據預處理功能，實現大容量數據高速傳輸（一般通過光纖）的數字化收發(fā)模塊，其內部包含有：多通道接收數字化及預處理；多通道的波形產生及功率放大；多通道數字波束形成等。典型的組成框圖如圖1所示。

數字陣列雷達研制的關鍵是數字陣列天線，數字陣列模塊是數字陣列天線的核心部件。數字陣列模塊的質量和可靠性直接關系到數字陣列雷達的質量和可靠性，它的篩選是剔除早期失效、提高產品使用可靠性的重要手段。為了保障數字陣列雷達的長期可靠性和穩(wěn)定性，減少裝備使用中的故障，急需對數字陣列模塊這一雷達核心部件的篩選方法進行研究，同時盡快地研制出實用、高效的篩選老煉設備。

數字陣列模塊的篩選是剔除產品早期失效、提高產品使用可靠性的重要手段，而電老煉則是其中重要的一環(huán)。本文的提出，是針對數字陣列模塊篩選的具體需求，研究開發(fā)實用化老煉系統，為該類數字陣列模塊的老煉提供基礎技術支撐，具有非常重要的意義。

2 數字陣列模塊的篩選方法

在篩選規(guī)范和方法方面，行業(yè)內主要依據和引用的標準是GJB 1032-1990《電子產品環(huán)境應力篩選方法》、SJ 20527A-2003《微波組件通用規(guī)范》和SJ 20527系列標準。上述標準中規(guī)定了電子產品和常規(guī)微波組件例如壓控振蕩器、低噪聲放大器等組件的篩選要求和方法，但是數字陣列模塊由于功能和組成遠比常規(guī)微波組件復雜，基本屬于一種介于常規(guī)微波組件和系統級產品（分機級產品）之間的產品，不能簡單地引用上述標準，國內也沒有類似的規(guī)范可供參考，所以我們需要自己摸索出一套篩選方法。

對于類似產品的篩選，我們已有一些經驗：在某機載項目中，我們對雷達T/R組件進行了篩選并形成了一套篩選方法，這些方法在T/R組件上機應用后還作了修改和完善，通過某機載產品后期的使用情況來看，這套篩選方法被證明是行之有效的。T/R組件和數字陣列模塊兩種產品的功能和復雜性類似，所以我們的數字陣列模塊的篩選方法主要是以T/R組件篩選方法為基礎，并結合數字陣列模塊的特殊性而制定的。目前我們主要采取隨機振動、溫度循環(huán)、電老煉這幾種篩選方法的組合。其中溫度循環(huán)主要是在快速溫度變化箱內完成，隨機振動是在電磁振動臺上完成的。這兩種設備屬于常規(guī)環(huán)境試驗設備，我們已在產品篩選中大量使用。而數字陣列模塊老煉系統則屬于特殊非標定制設備，需要根據產品的結構尺寸、老煉方法、工作方式、老煉時需要測試和監(jiān)控的指標等因素進行設計，研發(fā)難度較大。老煉系統的具體研發(fā)方案就是本文主要論述的內容。

3 總體方案設計

3.1 工作原理

數字陣列模塊的老煉有靜態(tài)和動態(tài)兩種方式，我們采用動態(tài)老煉的方式，即在老煉過程中，在模塊通電的同時對模塊施加射頻信號，模擬DAM正常裝機工作狀態(tài)。對模塊長時間地施加電應力，并在老煉過程中對模塊的各項參數進行監(jiān)控，如發(fā)現故障或參數超出規(guī)定值時，系統將自動記錄并將其剔除（停止老煉）。老煉結束后，對模塊進行全參數測試，對指標超出規(guī)定值的模塊則繼續(xù)進行剔除。

3.2 系統組成

老煉系統由信號源、老煉臺主機、水冷卻系統、電源系統和監(jiān)控系統等組成。各系統組成框圖如圖2所示。

4 分系統設計詳述

4.1 老煉臺主機

主要用于安裝需要老煉的數字陣列模塊，根據模塊的尺寸，主機初步設計為20個獨立的老煉區(qū)域，每個區(qū)域一個老煉工位，整機可同時老煉20個模塊。包括有：

a)DAM盲配架

以16個收發(fā)通道（一個DAM）為一個單元，將DAM的輸出BMA接頭轉換為SMA接口，每個SMA后接一個 “衰減器+檢波器”，完成每個發(fā)射通道的功率檢測。

b)BNC電纜

檢測輸BNC形式的電纜，并將其送入電平比較盒中。在比較盒中完成故障報警信號脈沖到電平的轉變，16個通道以集束電纜的形式送出到數字接口機柜。電纜采用CD1矩形頭；從側面出，背后裝入抽風機，給負載散熱。

c)冷卻液分配器

水冷機組以水管的方式輸入適配架入口，從冷卻液出口回收。每個冷卻液分配器只有一個入口和一個出口，完成在DAM中的均勻分配。

d)本振功率分配網絡

包括一本振功率分配和20MHz參考時鐘分配，每個分配器前接一個功率放大器，將信號源1和信號源2所輸出的本振和參考信號放大到所需要的電平。

4.2 監(jiān)控分系統

監(jiān)控分系統能完成以下功能：

a)完成DAM每個單元通道輸出功率監(jiān)視結果（“0”、 “1”電平）與系統監(jiān)視計算機之間的通訊。即每個DAM通過一根集束電纜與數字接口機柜相連，其中一根線纜傳輸5V電源，通過一個接口板，將20﹡16個功率狀態(tài)代碼采入監(jiān)控計算機中。

b)完成DAM光纖調制解調板和計算機之間的通訊。

c)監(jiān)控軟件

系統專用控制軟件將基于WINDOWS圖形化操作系統設計，界面直觀友好，操作方便，具有器件庫管理、文件管理、命令發(fā)送、老化管理、數據圖形顯示和報表打印等多項功能。軟件通過RS-485通訊接口對DAM模塊老化過程中老化狀態(tài)時間監(jiān)控，此外還具有如下的功能：

1）能自動檢測數據，并能生成數據報表，形成Excel表格文件；

2）能將原始數據形成失效分析，統計報表；

3）能對原始數據按時間間隔生成報表；

4）電壓、電流、溫度等重要的判據要加一個精度范圍，作判斷后系統發(fā)出聲音報警；

5）可以在保存的數據庫表中，設置保存的間隔時間，按間隔時間進行保存；

6）對超標的數據進行標記，便于查找；

7）可根據用戶設置的報警參數，在老化過程中發(fā)現老化狀態(tài)參數異常時，立即關閉電源。

4.3 水冷卻系統

主要功能是完成水冷循環(huán)及熱量交換，具體包括：

a)適配架入口水溫、出口水溫監(jiān)視，并在監(jiān)控計算機上顯示溫度，當水溫超過或低于設定溫度時，計算機報警。

b)冷卻水溫度可以在一定的范圍內調節(jié)控制。

c)外殼采用冷軋鋼板，防銹處理。

d)供電回路保護功能

獨立控制型冷卻水系統具有缺相及相序保護功能，三相供電出現缺相或相序錯誤時，系統應斷電。

e)獨立控制型冷卻水系統配置有水溫控制器和水壓力表，發(fā)生水溫超溫、水壓超壓、水壓欠壓故障時具有自動斷電保護功能。

f)獨立控制型冷卻水系統配置缺水報警功能，當制冷機中的水位低于安全水位時，會有聲報警。

4.4 電源分系統

功能：完成對需老煉的DAM的電源供應，同時兼顧DAM適配架的功放供電，監(jiān)控系統數字機柜考慮單獨采用一個DC/DC模塊，而DAM適配架上比較模塊的5V供電考慮從數字機柜中供給。

每路電源能夠單獨開關，并能采用監(jiān)控計算機進行控制開關機。

由計算機實現對每路電源電壓與電流的實時監(jiān)控，當出現過壓、過流、開路和短路等現象時能夠聲光報警，自動保護，并由計算機自動切斷電源輸出，電源模塊本聲具備這種通訊能力。

系統共采用20臺電源，每4個模塊為一組，用2臺36V/32A電源供電。模塊的兩組供電電源開機和關機順序可以程控，并且每一個模塊的輸入電源可以通過繼電器獨立開關控制。

5 系統功能和主要指標

系統工作在S波段，可實現對數字陣列模塊進行實時動態(tài)老煉。

系統有20個老煉通道和工位，可同時老煉20個模塊。具有監(jiān)控系統遠程通訊功能，可實現老煉數據自動實時采集、記錄并自動生成Excel報表。

系統可對加電老煉的數字陣列模塊進行溫度控制，并能自動監(jiān)控、調節(jié)冷卻水的壓力和流量和溫度，具有超溫報警功能。電源系統具備過壓保護、過流保護功能。能自動切斷出現故障的模塊電源退出老煉，具備聲光報警功能。主要指標包括：

1 )輸出電壓：0～36.0V；

2 )輸出電流：0～32.0A；

3 )電源紋波：≤50mV；

4 )電源負載變化率：≤50mV；

5 )電源調整率：（220V±10）%；

6 )冷卻水溫控制誤差范圍：≤±3℃。

6 結束語

數字陣列模塊老煉系統不僅用于某新型機載雷達系統的科研生產，還可推廣在其它大量使用DAM的各型號的數字陣列雷達上，為該類組件的篩選工作的開展提供了基礎。而且老煉系統通過更改接口結構形式，也可成為其它各類DAM老煉的平臺。

數字陣列模塊老煉系統的建設提高了數字陣列雷達的可靠性，將存在缺陷的DAM暴露在交付部隊使用前，不僅提高了裝備使用效率也大大降低了裝備后期維修、維護和使用費用，同時也大大降低了裝備供貨方維修及售后服務成本，具有巨大的經濟效益。

[1]GJB 1032-1990，電子產品環(huán)境應力篩選方法 [S].

[2]SJ 20527A-2003，微波組件通用規(guī)范 [S].