姜廣順，王 芳，崔玉利

(空軍二十三廠，北京 102200)

0 引言

20世紀90年代以來，隨著世界格局和國家安全形勢變化需要，我國開始逐步恢復從國外引進武器裝備，以促進我軍裝備的跨越式發(fā)展，縮小與發(fā)達國家在軍事上的“代差”[1]。引進裝備，尤其是引進電子裝備，是我軍裝備體系的重要補充，對于增強國防實力，充實武器裝備構成，擔負戰(zhàn)備任務具有重要作用[2]。但其科技含量高，裝備數(shù)量少，價格昂貴，零備件渠道受限，這些情況決定了引進裝備的備件保障工作尤為重要?；祛l濾波組合作為某型引進制導雷達高頻接收機的關重件，其性能參數(shù)直接決定目標和導彈的跟蹤及制導精度，影響到武器系統(tǒng)能否充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能。由于擔負作戰(zhàn)值班任務的武器裝備使用環(huán)境惡劣，隨著服役年限的增長，混頻濾波組合存在故障率增高、備件消耗量大、對外采購困難等問題[3]。該武器裝備為20世紀80、90年代產(chǎn)品，由于系統(tǒng)集成度不高，故障檢測和定位困難，組合修復率低，已嚴重影響到裝備的戰(zhàn)備完好性[4]。為了保證引進裝備的正常使用要求，充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能，必須開展備件國產(chǎn)化研制[5]。

1 原混頻濾波組合的功能分析和反設計

原混頻濾波組合位于高頻接收機柜，主要由高頻濾波器、平衡混頻器和前置中頻放大器等組成。用于將前級送來的高頻目標回波信號進行變頻，形成第一中頻，并進行預先放大。原混頻濾波組合原理框圖見圖1。

圖1 原混頻濾波組合原理框圖

1) 高頻濾波器

圓柱形高頻濾波器(諧振器)保證按頻率預先選通信號，保護接收機免受工作于另一頻率上的發(fā)射設備的信號干擾，同時可對鏡像頻率信號進行必要的抑制。高頻濾波器工作在2個正交H111型振蕩上，由因瓦合金材料制成的殼體和活塞構成，有2個沿圓柱體呈90°角的耦合孔與輸入、輸出波導相連。為調(diào)整高頻濾波器的幅頻特性曲線，在耦合孔前部設有可調(diào)螺釘。

來自輸入波導的H10基波在柱形諧振腔內(nèi)激勵起H111型振蕩。位于成45°角的中心螺釘擰入柱形腔內(nèi)時，諧振器的電磁場發(fā)生變化，激勵起同樣的H111型振蕩，但在空間的指向與原初始振蕩成90°角，這種振蕩經(jīng)耦合孔在輸出波導中形成H10型振蕩波。

2) 平衡混頻器

平衡混頻器用于將高頻信號變換為第一中頻信號f中頻1，采用帶檢波頭的雙T混合接頭波導結(jié)構。接收的高頻信號fС加在混合T形波導接頭的H臂，高頻本振信號fГ送到E臂上，3 dB收縮T形接頭用于信號功率分配。檢波頭(二極管頭)使用同軸封裝的混頻二極管，二極管頭是波導管的2個短路段，在離短路壁約λ/4的距離上，利用專用支架安裝二極管，其相對移位λ/4。波導管斷面和二極管沉入深度要保證二極管與管頭在給定的頻率范圍內(nèi)匹配。

本振產(chǎn)生的噪聲在混頻過程中因反向而抵消，可以減少中頻噪聲，改善信噪比。利用電路的對稱特性實現(xiàn)本振與信號的相互隔離，可以不需窄帶濾波器，同時，電路本身具有寬帶特性。

3) 前置中頻放大器

前置中頻放大器保證在頻帶f中頻1±4.5 MHz內(nèi)，對第一中頻信號f中頻1進行濾波和預放大，其增益系數(shù)可借助于“手動增益調(diào)整”電位器調(diào)整。它由中頻輸入電路、中頻放大器電路、緩沖級電路和電鍵級電路(電子開關)等組成。

輸入電路：用于使平衡混頻器的輸出端與中頻放大器的輸入端相匹配，同時可檢查平衡混頻器2個混頻二極管的工作電流。

中頻放大器：由低噪聲晶體管等分立器件搭建而成，保證必要的通帶和選擇性帶通濾波。當Ш1/6有邏輯0電平的“選通波門”指令時，通過打開電鍵級，將-12 V電源電壓加到中頻放大器上；當Ш1/6有邏輯1電平的“選通波門”指令時，中頻放大器被鎖定，且對信號的衰減值不小于40 dB。

緩沖級：為輸出級，保證中頻放大器與通帶內(nèi)的75 Ω負載相匹配。

電鍵級：將“-12.6 V”電壓、“選通波門”用于選通中頻放大器。

2 混頻濾波組合的國產(chǎn)化設計

引進裝備獨特的設計思想使其在性能指標和作戰(zhàn)效能等方面處于世界領先水平，但受裝備生產(chǎn)國微電子技術水平制約，裝備中很多功能電路仍采用分立器件配合部分專用芯片(微波器件)搭建，隨機文件沒有相關電路的技術條件和測試需求，國內(nèi)亦無同類微波器件資料可供借鑒，更無采購渠道。顯然，目前情況下，不可能采用器件級“拷貝”研仿模式，應基于逆向工程方法和信號處理技術，通過系統(tǒng)反設計和不同工作狀態(tài)下的激勵/響應信息，反推解算出設計需求，利用國內(nèi)先進技術和成熟工藝，走功能替代之路，提升國產(chǎn)化產(chǎn)品的可靠性和維修性水平。

2.1 國產(chǎn)化混頻濾波組合的組成結(jié)構

國產(chǎn)化混頻濾波組合主要由諧振腔、魔T、平衡混頻器、匹配級、中頻帶通濾波器、可調(diào)增益放大器和功分器等組成。國產(chǎn)化混頻濾波組合組成結(jié)構框圖見圖2。

圖2 國產(chǎn)化混頻濾波組合組成結(jié)構框圖

目標回波信號經(jīng)波導送達通頻帶為18～20 MHz的諧振腔，按規(guī)定頻率對信號進行選通，濾除帶外干擾，并對鏡像頻率信號進行不小于30 dB的抑制。目標回波信號經(jīng)濾波處理后到達魔T，由魔T等幅同相輸送至平衡混頻器。同時，本振信號也通過波導輸入魔T，魔T將其等幅反相送達平衡混頻器，目標回波信號和本振信號間的隔離度不小于25 dB。2路信號經(jīng)平衡混頻器混頻、濾波后，輸出差頻信號至前置中頻放大器。匹配級使平衡混頻器的輸出與前置中頻放大器相匹配，實現(xiàn)前置中頻放大器的低噪聲性能。經(jīng)中頻帶通濾波器處理后的信號進入可調(diào)增益放大器，實現(xiàn)增益調(diào)整。加入TTL控制電平可進行信號的深度衰減，從而實現(xiàn)前置中頻放大器對時分有用信號的選擇?？烧{(diào)增益放大器的輸出信號送入二功分器，由此得到組合的2路中頻輸出信號f中頻。

2.2 硬件設計中解決的主要問題

1) 諧振腔的加工制作

目標回波信號在接收機前端經(jīng)過低噪聲放大后進入諧振腔(圓柱形高頻濾波器)進行頻率選擇，濾除帶外干擾。接收機的幅頻特性與諧振腔的幾何形狀、尺寸密切相關，其諧振中心頻率極易受環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生漂移，為提高諧振腔的品質(zhì)因數(shù)，保證接收機的幅頻特性穩(wěn)定，能夠在復雜多變的環(huán)境條件下完成對目標回波信號的處理，諧振腔使用因瓦合金(俗稱殷鋼)材料制作，其加工制作材料和精度將直接影響到接收機的性能和穩(wěn)定性[6]。國內(nèi)滿足要求的高質(zhì)量殷鋼波導貨架產(chǎn)品很少，廠家專門拉制的波導形位公差大，要反復校形才能滿足直線度和扭擰度容差要求。有限元分析顯示，波導拉制后產(chǎn)生的殘余應力是導致波導出現(xiàn)彎扭變形的主要原因，抑制變形和消除變形是殷鋼波導制造加工中的工藝技術難題。通過反復試驗，摸索了一套合理可行的工藝方案：熱處理(850 ℃軟化退火)→校形→去應力退火→銑長度→電火花(加工裂縫)→熱處理(350 ℃穩(wěn)定化處理)→表面涂覆[7]；采用機械和人工拋光，使諧振腔腔體表面光潔度達到▽10～▽12，Q值高，插損小，保證了加工制作精度。

2) 組合電路的通用化、模塊化改造

通過對該引進裝備原型及后續(xù)改進型制導雷達混頻濾波組合的組成及實測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)：組合間的差別主要在頻帶寬度。國產(chǎn)化混頻濾波組合擴大了諧振腔高端調(diào)諧范圍，在保證原混頻濾波組合頻點的同時，能夠覆蓋后續(xù)改進型的頻點，拓展了國產(chǎn)化組合的適用范圍。平衡混頻器中使用的國產(chǎn)2DV14D型混頻二極管在安裝上正負極性可變，替代了原器件的固定安裝方式，使用更加方便?？紤]到由諧振腔、魔T、平衡混頻器以及前置中頻放大電路構成的典型電路，同樣也用在武器系統(tǒng)其它設備和分系統(tǒng)中，僅在衰減器的衰減值上有所區(qū)別。因此，在帶通濾波器與可調(diào)增益放大器之間設置了Π型網(wǎng)絡衰減器，根據(jù)衰減量的不同就可改變輸出增益，便于包含類似電路的其它國產(chǎn)化產(chǎn)品使用，實現(xiàn)了電路的通用化、模塊化[8]。

3 性能對比測試

使用信號發(fā)生器、自動噪聲測試儀、穩(wěn)壓電源和電流表等儀器設備搭建測試環(huán)境，對原混頻濾波組合與國產(chǎn)化混頻濾波組合進行性能指標對比測試，增益、中頻帶寬、鏡頻抑制、中頻抑制等主要指標均優(yōu)于原混頻濾波組合。原混頻濾波組合與國產(chǎn)化混頻濾波組合主要性能指標對比見表1。

表1 原混頻濾波組合與國產(chǎn)化混頻濾波組合主要性能指標對比

4 結(jié)束語

通過各種試驗和試用考核的國產(chǎn)化混頻濾波組合，隨裝進行了實彈靶試驗證，結(jié)果表明，該組合能夠滿足武器裝備的正常使用要求，使用維護方便，可靠性高，且對不同裝備的兼容性優(yōu)于國外采購的同類型組合，已用于工廠裝備修理和部隊裝備的維修保障，取得了一定的經(jīng)濟和軍事效益。