何宏平，張偉

（華東電子工程研究所，安徽 合肥 230031）

1 引言

數(shù)字陣列雷達(dá)是近幾年來越來越受到人們關(guān)注的一種新型相控陣?yán)走_(dá)。這種基于收/發(fā)全DBF設(shè)計(jì)思想的新型相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)具有數(shù)字化、模塊化、可擴(kuò)充等優(yōu)良特性，有著非常好的應(yīng)用前景。它不僅具有常規(guī)相控陣?yán)走_(dá)的所有優(yōu)良性能，同時(shí)具有更大的波束調(diào)度靈活性、更好的抗有源干擾性能。國內(nèi)外的研究和實(shí)驗(yàn)表明，數(shù)字陣列雷達(dá)代表了現(xiàn)代先進(jìn)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

數(shù)字陣列模塊（DAM：Digital Array Module）是采用集成技術(shù)、數(shù)字收發(fā)技術(shù)、光電調(diào)制解調(diào)技術(shù)，完成雷達(dá)射頻收發(fā)數(shù)字化及數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)高速傳輸（一般通過光纖）的數(shù)字化收發(fā)模塊，其內(nèi)部包含有：多通道接收數(shù)字化及預(yù)處理；多通道的波形產(chǎn)生及功率放大；多通道數(shù)字波束形成等。典型的組成框圖如圖1所示。

數(shù)字陣列雷達(dá)研制的關(guān)鍵是數(shù)字陣列天線，數(shù)字陣列模塊是數(shù)字陣列天線的核心部件。數(shù)字陣列模塊的質(zhì)量和可靠性直接關(guān)系到數(shù)字陣列雷達(dá)的質(zhì)量和可靠性，它的篩選是剔除早期失效、提高產(chǎn)品使用可靠性的重要手段。為了保障數(shù)字陣列雷達(dá)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(shù)字陣列模塊這一雷達(dá)核心部件的篩選方法進(jìn)行研究，同時(shí)盡快地研制出實(shí)用、高效的篩選老煉設(shè)備。

數(shù)字陣列模塊的篩選是剔除產(chǎn)品早期失效、提高產(chǎn)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(shù)字陣列模塊篩選的具體需求，研究開發(fā)實(shí)用化老煉系統(tǒng)，為該類數(shù)字陣列模塊的老煉提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐，具有非常重要的意義。

2 數(shù)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(nèi)主要依據(jù)和引用的標(biāo)準(zhǔn)是GJB 1032-1990《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》、SJ 20527A-2003《微波組件通用規(guī)范》和SJ 20527系列標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了電子產(chǎn)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(shù)字陣列模塊由于功能和組成遠(yuǎn)比常規(guī)微波組件復(fù)雜，基本屬于一種介于常規(guī)微波組件和系統(tǒng)級產(chǎn)品（分機(jī)級產(chǎn)品）之間的產(chǎn)品，不能簡單地引用上述標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)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(chǎn)品的篩選，我們已有一些經(jīng)驗(yàn)：在某機(jī)載項(xiàng)目中，我們對雷達(dá)T/R組件進(jìn)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(jī)應(yīng)用后還作了修改和完善，通過某機(jī)載產(chǎn)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(shù)字陣列模塊兩種產(chǎn)品的功能和復(fù)雜性類似，所以我們的數(shù)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(chǔ)，并結(jié)合數(shù)字陣列模塊的特殊性而制定的。目前我們主要采取隨機(jī)振動(dòng)、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(nèi)完成，隨機(jī)振動(dòng)是在電磁振動(dòng)臺上完成的。這兩種設(shè)備屬于常規(guī)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，我們已在產(chǎn)品篩選中大量使用。而數(shù)字陣列模塊老煉系統(tǒng)則屬于特殊非標(biāo)定制設(shè)備，需要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸、老煉方法、工作方式、老煉時(shí)需要測試和監(jiān)控的指標(biāo)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，研發(fā)難度較大。老煉系統(tǒng)的具體研發(fā)方案就是本文主要論述的內(nèi)容。

3 總體方案設(shè)計(jì)

3.1 工作原理

數(shù)字陣列模塊的老煉有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式，我們采用動(dòng)態(tài)老煉的方式，即在老煉過程中，在模塊通電的同時(shí)對模塊施加射頻信號，模擬DAM正常裝機(jī)工作狀態(tài)。對模塊長時(shí)間地施加電應(yīng)力，并在老煉過程中對模塊的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)故障或參數(shù)超出規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄并將其剔除（停止老煉）。老煉結(jié)束后，對模塊進(jìn)行全參數(shù)測試，對指標(biāo)超出規(guī)定值的模塊則繼續(xù)進(jìn)行剔除。

3.2 系統(tǒng)組成

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

4 分系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳述

4.1 老煉臺主機(jī)

主要用于安裝需要老煉的數(shù)字陣列模塊，根據(jù)模塊的尺寸，主機(jī)初步設(shè)計(jì)為20個(gè)獨(dú)立的老煉區(qū)域，每個(gè)區(qū)域一個(gè)老煉工位，整機(jī)可同時(shí)老煉20個(gè)模塊。包括有：

a)DAM盲配架

以16個(gè)收發(fā)通道（一個(gè)DAM）為一個(gè)單元，將DAM的輸出BMA接頭轉(zhuǎn)換為SMA接口，每個(gè)SMA后接一個(gè) “衰減器+檢波器”，完成每個(gè)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(bào)警信號脈沖到電平的轉(zhuǎn)變，16個(gè)通道以集束電纜的形式送出到數(shù)字接口機(jī)柜。電纜采用CD1矩形頭；從側(cè)面出，背后裝入抽風(fēng)機(jī)，給負(fù)載散熱。

c)冷卻液分配器

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

d)本振功率分配網(wǎng)絡(luò)

包括一本振功率分配和20MHz參考時(shí)鐘分配，每個(gè)分配器前接一個(gè)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(tǒng)

監(jiān)控分系統(tǒng)能完成以下功能：

a)完成DAM每個(gè)單元通道輸出功率監(jiān)視結(jié)果（“0”、 “1”電平）與系統(tǒng)監(jiān)視計(jì)算機(jī)之間的通訊。即每個(gè)DAM通過一根集束電纜與數(shù)字接口機(jī)柜相連，其中一根線纜傳輸5V電源，通過一個(gè)接口板，將20﹡16個(gè)功率狀態(tài)代碼采入監(jiān)控計(jì)算機(jī)中。

b)完成DAM光纖調(diào)制解調(diào)板和計(jì)算機(jī)之間的通訊。

c)監(jiān)控軟件

系統(tǒng)專用控制軟件將基于WINDOWS圖形化操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(shù)據(jù)圖形顯示和報(bào)表打印等多項(xiàng)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(shí)間監(jiān)控，此外還具有如下的功能：

1）能自動(dòng)檢測數(shù)據(jù)，并能生成數(shù)據(jù)報(bào)表，形成Excel表格文件；

2）能將原始數(shù)據(jù)形成失效分析，統(tǒng)計(jì)報(bào)表；

3）能對原始數(shù)據(jù)按時(shí)間間隔生成報(bào)表；

4）電壓、電流、溫度等重要的判據(jù)要加一個(gè)精度范圍，作判斷后系統(tǒng)發(fā)出聲音報(bào)警；

5）可以在保存的數(shù)據(jù)庫表中，設(shè)置保存的間隔時(shí)間，按間隔時(shí)間進(jìn)行保存；

6）對超標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，便于查找；

7）可根據(jù)用戶設(shè)置的報(bào)警參數(shù)，在老化過程中發(fā)現(xiàn)老化狀態(tài)參數(shù)異常時(shí)，立即關(guān)閉電源。

4.3 水冷卻系統(tǒng)

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(jì)算機(jī)上顯示溫度，當(dāng)水溫超過或低于設(shè)定溫度時(shí)，計(jì)算機(jī)報(bào)警。

b)冷卻水溫度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制。

c)外殼采用冷軋鋼板，防銹處理。

d)供電回路保護(hù)功能

獨(dú)立控制型冷卻水系統(tǒng)具有缺相及相序保護(hù)功能，三相供電出現(xiàn)缺相或相序錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)斷電。

e)獨(dú)立控制型冷卻水系統(tǒng)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(shí)具有自動(dòng)斷電保護(hù)功能。

f)獨(dú)立控制型冷卻水系統(tǒng)配置缺水報(bào)警功能，當(dāng)制冷機(jī)中的水位低于安全水位時(shí)，會(huì)有聲報(bào)警。

4.4 電源分系統(tǒng)

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

每路電源能夠單獨(dú)開關(guān)，并能采用監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制開關(guān)機(jī)。

由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對每路電源電壓與電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)過壓、過流、開路和短路等現(xiàn)象時(shí)能夠聲光報(bào)警，自動(dòng)保護(hù)，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)切斷電源輸出，電源模塊本聲具備這種通訊能力。

系統(tǒng)共采用20臺電源，每4個(gè)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(jī)和關(guān)機(jī)順序可以程控，并且每一個(gè)模塊的輸入電源可以通過繼電器獨(dú)立開關(guān)控制。

5 系統(tǒng)功能和主要指標(biāo)

系統(tǒng)工作在S波段，可實(shí)現(xiàn)對數(shù)字陣列模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)老煉。

系統(tǒng)有20個(gè)老煉通道和工位，可同時(shí)老煉20個(gè)模塊。具有監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程通訊功能，可實(shí)現(xiàn)老煉數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)采集、記錄并自動(dòng)生成Excel報(bào)表。

系統(tǒng)可對加電老煉的數(shù)字陣列模塊進(jìn)行溫度控制，并能自動(dòng)監(jiān)控、調(diào)節(jié)冷卻水的壓力和流量和溫度，具有超溫報(bào)警功能。電源系統(tǒng)具備過壓保護(hù)、過流保護(hù)功能。能自動(dòng)切斷出現(xiàn)故障的模塊電源退出老煉，具備聲光報(bào)警功能。主要指標(biāo)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(fù)載變化率：≤50mV；

5 )電源調(diào)整率：（220V±10）%；

6 )冷卻水溫控制誤差范圍：≤±3℃。

6 結(jié)束語

數(shù)字陣列模塊老煉系統(tǒng)不僅用于某新型機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的科研生產(chǎn)，還可推廣在其它大量使用DAM的各型號的數(shù)字陣列雷達(dá)上，為該類組件的篩選工作的開展提供了基礎(chǔ)。而且老煉系統(tǒng)通過更改接口結(jié)構(gòu)形式，也可成為其它各類DAM老煉的平臺。

數(shù)字陣列模塊老煉系統(tǒng)的建設(shè)提高了數(shù)字陣列雷達(dá)的可靠性，將存在缺陷的DAM暴露在交付部隊(duì)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(hù)和使用費(fèi)用，同時(shí)也大大降低了裝備供貨方維修及售后服務(wù)成本，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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

[2]SJ 20527A-2003，微波組件通用規(guī)范 [S].