微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)

摘 要

在微波器件應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展的趨勢下，對微波器件可靠性的要求也在日益提升。在評估微波器件的可靠性時，射頻動態(tài)老化試驗是非常重要的一個試驗。試驗系統(tǒng)的實用性、經(jīng)濟(jì)型和可靠性對評估的準(zhǔn)確性和安全性有著直接的影響。文章將微波混頻器作為研究對象，搭建了射頻動態(tài)老化系統(tǒng)，提高了電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實踐證明，利用此系統(tǒng)可以更好地完成微波器件的老化過程，相較于靜態(tài)老化系統(tǒng)有了顯著的改進(jìn)和提升。

【關(guān)鍵詞】微波器件 射頻動態(tài)老化試驗 混頻器

近年來，微波器件被廣泛地應(yīng)用在各種高科技領(lǐng)域，在微波器件應(yīng)用過程中，其是否可以安全可靠的發(fā)揮作用至關(guān)重要。為了可以更好地研究微波器件相關(guān)性能，同時使得微波器件投入使用后，具有和評價過程中一致的性能，要求對微波器件進(jìn)行評價時，必須將微波器件放置于類似實際應(yīng)用環(huán)境中。如果存在早期失效的微波器件，在對其進(jìn)行評價的過程中，要將其剔除，另外，微波器件的老化試驗也是最能體現(xiàn)微波器件性能的基本試驗。老化試驗常用的方式是直流老化。直流老化可以對微波器件的性能進(jìn)行評價，但因為直流老化的過程和微波器件具體實際的工作狀態(tài)有差別，沒有重視微波器件在一定條件下的電應(yīng)力，所以具體的評價結(jié)果和微波器件的真實性能有一定的出入，直流老化通常是以單一熱應(yīng)力模擬器件的工作狀態(tài)。微波器件的使用壽命是微波器件最重要的應(yīng)用參數(shù)之一，相對于直流試驗，能更好地反映這項參數(shù)的評價方式是射頻動態(tài)老化試驗，因為在微波期間老化試驗的過程中，試驗條件相對苛刻，試驗數(shù)量相對較多，試驗時間相對較長，輸出的功率也相對較高，如果在老化試驗的過程中，搭建系統(tǒng)時僅僅應(yīng)用功率計和微波號源，并不能長期運行于微波期間。為了可以實現(xiàn)微波器件射頻動態(tài)老化，急需設(shè)計一種相對更為實用經(jīng)濟(jì)的微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)。文章詳盡地介紹了一款微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)，這款系統(tǒng)是由混頻器HMC144LH5的射頻動態(tài)老化試驗設(shè)計而來。

1 射頻動態(tài)老化系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

依據(jù)混頻器HMC144LH5射頻動態(tài)老化具體的試驗有如下要求：處于室溫下的常規(guī)散熱條件，具體的老化時間為240h，系統(tǒng)電阻在50Ω下，本振端所注入的射頻信號具體頻率為6.1GHz，功率為20dBm，中頻端和射頻端需設(shè)置50Ω阻抗匹配，在進(jìn)行微波期間射頻動態(tài)老化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需注意以下指標(biāo)內(nèi)容：

（1）需將微波射頻動態(tài)老化系統(tǒng)的工作頻率設(shè)置為：6.1±0.1GHz。

（2）最大輸出功率設(shè)置為25dBm，需盡量控制設(shè)定值和實際輸出值，使偏差<±0.3dBm。

（3）設(shè)置系統(tǒng)工作電壓為交流電，電壓大小為220V。

（4）所設(shè)計的系統(tǒng)需具備更穩(wěn)定、時間更長的工作能力，上位機(jī)需及時采集射頻輸出功率以及直流參數(shù)，并要做好記錄。

（5）控制系統(tǒng)的工作溫度低于50℃。

（6）合理控制射頻動態(tài)老化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，使其成本控制在8000元內(nèi)。

（7）合理調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作頻率，該射頻系統(tǒng)工作的狀態(tài)為點頻狀態(tài)，具體操作的時候應(yīng)注意，因信號源來自不同系統(tǒng)，所以會出現(xiàn)一定的差異，需設(shè)置系統(tǒng)工作頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。精準(zhǔn)地輸入老化器件的微波功率，因為不管是所輸入的頻率過大還是過小，都會對老化器件產(chǎn)生一定的影響，如果過大，會損傷老化器件，如果過小，老化強(qiáng)度不充足，所以在控制的過程中，需憑借負(fù)反饋進(jìn)行控制。射頻動態(tài)老化系統(tǒng)如果上時間運行，必須保證其穩(wěn)定性，此外，該系統(tǒng)對溫度也有較為明確的要求。系統(tǒng)在工作的過程中，要求上位機(jī)具備足夠的采集能力，因為需要實時記錄樣品的工作狀態(tài)。

2 微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)設(shè)計

2.1 微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)的原理圖

微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2.2 信號源的設(shè)計

文章涉及到的樣品HMC441LH5屬于寬帶器件，所以該樣品對系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定度并沒有過高的要求，文章所采用的射頻信號源為VCO，沒有必要加入鎖相環(huán)，在頻率輸出過程中，所采用的方式是固定電阻分壓控制，VCO內(nèi)部設(shè)置有隔離放大器，這就造成輸出的阻抗匹配并不會影響其震動頻率。為了可以更好地對信號進(jìn)行擴(kuò)大，需將功率放大器安裝在壓縮衰減器的后端，這樣就能將輸出功率控制在25dBm。如果輸出的功率超出老化功率5dB，通常有兩個原因：VCO出現(xiàn)線路損耗或者后端的耦合器發(fā)生損耗；因為個體差異造成VCO輸出功率不足。

2.3 射頻信號功率的負(fù)反饋控制

信號源經(jīng)過電路設(shè)計后，需和定向耦合器進(jìn)行連接，當(dāng)有信號源經(jīng)過時，定向耦合器可將其進(jìn)行耦合處理，然后輸入功率檢波器。操作檢波器的過程中，需注意合理把控檢波器的控制模式，控制端的輸出電壓必須經(jīng)過精準(zhǔn)的計算，調(diào)整為量級標(biāo)準(zhǔn)。這樣做的目的是為了盡可能減小衰減器的衰減量。以上操作可將整個系統(tǒng)形成閉合環(huán)路，形成一定的反饋控制，從而保證提供給受試器件的電壓更為穩(wěn)定，不會損壞器件。

2.4 采集功能設(shè)計

在設(shè)計采集功能的過程中，搭配硬件電路所應(yīng)用的是虛擬儀器軟件，采集射頻信號以及直流信號的功能是憑借虛擬儀器控制所實現(xiàn)。射頻端和中頻端的泄露射頻信號的功率以及本振端輸入功能是通過射頻部分進(jìn)行實時監(jiān)測的，實時采集供電電源的電壓電流信號是通過直流部分得以實現(xiàn)的。

數(shù)檢波器可將射頻功率信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。在電壓信號的處理過程中，采集后會通過上位計算機(jī)進(jìn)行換算，形成微波功率值，及時精確地存入Excel文件以備后續(xù)工作需要。受試器件是否已經(jīng)失效，需依據(jù)中頻端具體的輸出功率以及射頻端具體的輸出功率做出判斷，另外，可根據(jù)存儲數(shù)據(jù)對試驗樣品相關(guān)參數(shù)的變化情況進(jìn)行分析。

供電電源所自帶的信號功能可以對受試器件、電流信息、信號源以及檢波器等模塊的電壓進(jìn)行測試，供電電源的LAN通訊接口會將所采集到的信息及數(shù)據(jù)傳輸至上位計算機(jī)的虛擬儀器程序，這樣就形成了虛擬儀器程序的實時采集以及故障報警功能。endprint

3 微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)搭建

系統(tǒng)在工作的過程中，因為各種因素會造成器件局部溫度發(fā)生變化，為了確保該系統(tǒng)在具體工作過程中，可以保持穩(wěn)定性，需將系統(tǒng)中的每個模塊都和散熱板進(jìn)行固定，模板之間再憑借電纜進(jìn)行連接。該系統(tǒng)的上位計算機(jī)應(yīng)用的是IBM公司生產(chǎn)的中檔服務(wù)器。完成系統(tǒng)的搭建工作后，需具備如下性能指標(biāo)：

（1）信號源的輸出方式為點頻輸出，控制信號的輸出頻率為5～7GHz；系統(tǒng)最大的注頻功率為25dBm；控制系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度處于±0.1GHz；保證衰減量是可以進(jìn)行數(shù)控可調(diào)的，具體的調(diào)節(jié)范圍處于0～30dB；

（2）可對信息進(jìn)行實時的采集、顯示以及存儲。進(jìn)一步完善電源電流和電壓的采集能力，憑借上位機(jī)虛擬軟件，可進(jìn)一步實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理以及故障報警功能。

（3）控制系統(tǒng)的工作溫度<50℃。

（4）經(jīng)過相關(guān)的計算，需控制每通道射頻動態(tài)老化系統(tǒng)成本在6000元以內(nèi)。

4 試驗驗證利用

文章所搭建的系統(tǒng)是針對10只HMC144LH5為時240h的試驗。在進(jìn)行試驗的過程中，需每間隔1h分別對本振端、中頻端以及射頻端進(jìn)行一次采樣工作，然后繪制通道的功率圖。經(jīng)相應(yīng)的計算統(tǒng)計，得出本振端所注入的功率穩(wěn)定度<±0.2dBm，射頻端和中頻端所輸出的功率穩(wěn)定度<±0.4dBm。經(jīng)過對相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出，對比傳統(tǒng)的靜態(tài)老化系統(tǒng)，微波器件射頻動態(tài)老化系統(tǒng)相關(guān)水平具有更大的提高和改進(jìn)，可以更好地完成老化過程。

5 結(jié)論

綜上所述，為了可以更加準(zhǔn)確地掌握微波器件的性能，需要生產(chǎn)單位和用戶單位篩選和評價其可靠性。在進(jìn)行可靠性評價試驗時，要盡可能地和實際應(yīng)用環(huán)境接近。本工程設(shè)計采用自主開發(fā)的射頻冬天老化系統(tǒng)，不僅有效滿足了射頻元器件動態(tài)老化的基本需求，且極大地節(jié)省了施工成本，工程應(yīng)用性較強(qiáng)，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

廖富發(fā)（1987-），男，四川省成都市人。大學(xué)本科學(xué)歷。從事電子元器件外購零部整件檢驗工作。

作者單位

中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所 四川省成都市 610036endprint