多通道电连接器振动绝缘测试系统设计

综合设计报告单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术与仪器班级：0821002学号：20102129指导老师：朴昌浩成绩：设计时间：2013 年10 月2013年测控技术与仪器专业综合设计题目要求1 设计题目：绝缘检测电路设计2 指导老师姓名：朴昌浩3 题目要求：完成“绝缘电阻检测仪”有关设计，并完成相关硬件电路设计和软件仿真。

（1）独立完成绝缘电阻检测仪硬件电路设计。

（2）要求检测仪实现对电路中绝缘设备的漏电检测。

（3）通过LED屏幕显示漏电电压并发出报警指示。

4 设计的具体要求：（1）通过硬件设计软件绘制出本题目的硬件原理图。

（2）通过protues等仿真软件仿真实验结果。

（3）反应灵敏度在200ms以内。

（4）实现0.1V～500V的测量范围。

（5）精确度为±0.1V。

参考书目：【1】测控电路天津大学出版社一、绝缘检测的意义在电力直流供电系统应用过程中，绝缘事故的发生将直接影响继电保护装置的准确动作，进而发生误动作，导致供电故障，造成不必要的经济损失。

因此，为了减少这种绝缘事故，必须有一个良好的绝缘监测方法。

绝缘监测是为了能在平时更好地对直流供电系统进行监测，能及时发现问题，检测出设备的绝缘程度是否处于所要求的范围内，通过试验检测，掌握直流供电系统的绝缘情况，可保证系统及早发现缺陷，从而进行相应的维修与检修。

二、绝缘检测原理(本组采用的采用的桥式检测等效原理)及常用方法简介1、绝缘检测原理图1 桥式检测等效原理桥式检测等效原理如图所示，该图用开关K的闭合与断开进行两次检测，以组成方程组求解待测电阻Rx 、Ry的值，其中U1、U2、I1、I2、I3是能测出的已知量。

根据流过节点的电流和为零这一原理，可知I 1+I2-I3-I4=0,I4=I1+I2-I3I x +I4-IY=0,所以有IX+I1+I2-I3-IY=0I 1+I 2+I X =I 3+I Y令 I x =U 1/R x I y =U 2/R y设 x=1/R x y=1/R y a=U 1 b=U 2 c=I 3-I 2-I 1 根据I 3-I 1-I 2=I x -I y得 c=U 1/R x -U 2/R y =ax-by 开关断开时： c 1=a 1x-b 1y 开关闭合时： c 2=a 2x-b 2y所以R X =1/x=（-a 1b 2+a 2b 1)/(-b 2c 1+b 1c 2) R y =1/y=（-a 1b 2+a 2b 1)/ (a 1c 1-a 2c 2) 即为所求待测电阻值2、常用绝缘检测方法目前，电力直流系统的绝缘检测分为直流检测法和交流检测法。

汽车线束连接器的振动测试介绍汽车线束连接器的振动测试和普通的电子产品的振动测试条件并不相同，具体的标准可以参考QC/T1067.1-2017汽车电线束和电气设备用连接器标准，在标准中的4.17章节，对振动测试的具体方法及顺序都做出了规定，需要留意的是4.17.4要求中明确提出了瞬断测量法，即试验过程中，端子连接电阻连续大于7Q的时间不应超过1us。

振动测试时需要另行连接辅助设备进行监控。

标准如下，摘自QC/T1067.1-2017。

4.17振动/机械冲击4.17.1设备。

温度-湿度-振动综合试验箱。

4.17.2方法。

非密封连接器用V1振动等级进行试验，密封连接器用V2〜V5振动等级进行试验。

试验顺序如下：1）用端子适用的最大规格和最厚绝缘层的导线准备10对连接器（1线连接器需20对）连接器应包括所有附件，如TPA、CPA、密封件等。

2）用胶带把导线捆扎在一起，线束末端与固定支架连接牢固。

安装方法见下图。

振动安装方法3）将样品平均分为2组。

第1组用于振动后的微电流连接电阻试验，第2组用于试验过程中电路连续性监控。

根据相应的振动等级，按表18对试验样品进行振动。

功率谱密度（PSD）或加速度与频率见附录B。

在振动过程中同时进行热循环时，则每次热循环包括:注:正弦振动和随机振动应单独执行，且使用不同的样品。

最低温度持续时间：2h o最咼温度（按表2选择）持续时间：2h o——温度变化率：3:/min〜5:/min。

6）在室温（23±5）:下保持48h o7）振动试验时，电路连续性监控按如下步骤进行：——10线及以内的连接器，5对连接器（1线连接器10对）上所有的端子孔都应监控;10线以上的连接器，5对连接器上至少监控50对端子，被监控的端子应尽可能平均分布，但这种连接器的每个孔位都应被监控到。

建议按图18的方式分布监控端子。

——将所有被监控端子的导线首尾相连（锡焊）形成一条串联电路，一端焊接到电阻器，另一端连接至电源正极。

电芯OCV测试设备及其测试方法一、电芯OCV测试设备随着电动化的快速发展，电芯的性能测试成为电池行业中一个重要的环节。

OCV（Open Circuit Voltage）即开路电压测试是电芯性能测试的一个重要项目，它可以反映出电芯的开路状态下的电压响应情况，进一步评估电芯的性能和可靠性。

下面介绍几种常用的电芯OCV测试设备。

1.多通道电池测试系统：多通道电池测试系统是一种高效的电池测试设备，它可以同时测试多个电池，并能够自动控制和监测电池的OCV。

该设备通常由电池测试装置、数据采集和控制系统以及分析软件组成。

多通道电池测试系统能够实现自动化的电池测试，提高测试效率和准确性。

2.电池分容仪：电池分容仪是一种能够测量电池容量的设备，它通过测试电池的放电曲线，计算出电池的容量大小。

在进行OCV测试时，电池分容仪可以通过测量电池的开路电压，得到电池的容量衰减情况，从而进一步评估电池的性能和寿命。

3.电池电压测试仪：电池电压测试仪是一种简单易用的OCV测试设备，主要用于测试电池的开路电压。

它通常由测试仪表和电池连接电缆组成，通过将测试仪表与电池正负极相连接，即可测量电池的开路电压。

二、电芯OCV测试方法1.静置测试法：静置测试法是最简单、最常用的电芯OCV测试方法之一，它通过将电芯置于放电状态，在一定时间内记录电池的开路电压变化情况。

通过分析电池的开路电压变化曲线，可以判断电池的容量衰减情况和性能稳定性。

2.快速测试法：快速测试法是通过电池分容仪等设备对电芯进行快速放电，记录电芯的开路电压变化情况。

通过快速测试，可以快速获取电池的容量衰减情况和性能稳定性，节省测试时间。

3.充放电循环测试法：充放电循环测试法是通过对电芯进行多次充放电循环，记录电芯的开路电压变化情况。

通过分析电芯充放电循环测试结果，可以评估电芯的容量衰减情况、性能稳定性和循环寿命。

4.动态充放电测试法：动态充放电测试法是通过对电芯进行动态充放电测试，记录电芯在充放电过程中的开路电压变化情况。

某型电子功能测试平台机械结构系统设计摘要：本文通过采用锲形推动和凸轮助力机构设计，解决多通道连接方式压合载荷力大的问题；采用计算机仿真分析，优化控制各驱动芯片的工作温度一致性，解决各芯片工作时电特性的要求；提供电磁兼容性设计方案等为电子设备系统设计提供帮助。

关键词：电子设备；多通道压合；热设计；电磁兼容引言：随着电子信息技术的发展，大量的电子信息设备的信号通路规模急剧增多，电子信息设备的并行测试需求随之增加。

某型电子功能测试平台跟随市场需求的步伐，进行产品的研发设计，满足512通道的并行测试能力，电子功能测试平台的机械结构系统与传统的设计方案有很大的不同。

因为是多通道的测试平台，各测试功能模块在设备中采用模块化设计，并采用盲插安装，各测试模块与被测产品连接增加DUT转接模块，提高设备接口通用、适配的需求。

功能测试模块与DUT转接模块之间采用通用电测探针连接，便于DUT转接模块的更换。

根据产品的功能、特性、应用场景等需求，进行电子功能测试平台的机械结构系统设计。

1.设备总体设计布局总体外形如图1所示，外形主体为长方体结构，外形尺寸：宽：500mm×深：587mm×高:590mm。

设备机箱上部安装的结构件以黑色为主色调，机箱上下面板颜色为淡蓝色,色号：RAL5012，机箱外侧其它部位颜色以信号白色为主色调，色号：RAL9003。

机箱底部安装橡胶地脚。

设备主体结构由机台机箱上部的上面板上安装的DUT转接模块及一套安装锁紧机构和机台下半部的机箱组成。

机台前罩板上部左侧印刷产品型号，右侧设置急停开关、电源开和电源关的开关。

机台左右两侧上部嵌入式安装把手，方便搬运与使用操作。

图1 设备总体布局(1)设备机箱上部组成机台机箱上部如图2所示，主要安装机箱盖板，DUT转接模块及DUT转接模块固定框架，DUT转接模块固定框架两侧安装滑块直线组，滑块直线组上部安装两根导向滑轨，两根导向滑轨通过滑轨连杆相连接，滑轨连杆下侧中间部位的机台上面板上安装凸轮板及手柄。

电池测试系统方案摘要本文介绍了一个电池测试系统的方案。

该系统旨在对电池进行各种测试，以评估其性能和可靠性。

文中对系统的需求分析、设计方案、测试流程和系统架构进行了详细的介绍。

引言电池作为储能设备在现代社会中起着重要作用。

然而，电池的性能和可靠性对其安全及使用寿命具有重要影响。

因此，对电池进行全面的测试是非常必要的。

本文提出了一个电池测试系统方案，旨在实现对电池进行各项测试以保证其性能和可靠性。

系统需求分析在设计电池测试系统之前，需要首先进行系统需求分析，明确系统的功能和性能要求。

电池测试系统的主要需求如下：1.可以对不同类型的电池进行测试，包括锂电池、铅酸电池等；2.能够进行电池的容量测试，精确度在±5%以内；3.具备对电池的内阻进行测试的能力，测试精度在±2mΩ以内；4.能够对电池进行循环充放电测试，记录和分析电池的循环寿命；5.具备对电池进行温度测试的能力，测试范围在0℃-60℃；6.支持对电池测试数据进行存储和导出，方便后续数据分析。

系统设计方案根据系统需求分析，可以设计出如下的电池测试系统方案：1.系统硬件设计：–采用多通道的电流电压传感器，实现对电池容量的测试和循环充放电测试；–配备高精度的内阻测试仪，对电池的内阻进行测试；–使用温度传感器，实现对电池温度的测试；–配备高性能的数据存储设备，用于存储测试数据。

2.系统软件设计：–开发测试控制软件，实现对电池测试设备的控制和数据采集；–开发数据分析软件，对测试数据进行分析和处理；–设计用户界面，方便用户输入测试参数和查看测试结果；3.系统集成设计：–对系统硬件进行集成，确保各个组件的稳定和可靠性；–将软件部分与硬件部分进行集成，实现整个测试系统的功能。

测试流程电池测试系统的测试流程如下：1.参数设置：用户通过测试控制软件设置测试参数，包括电池类型、测试电流、循环充放电次数等；2.连接电池：连接待测试的电池到测试设备；3.测试执行：启动测试控制软件，系统开始执行电池测试流程；–容量测试：测试设备通过向电池充放电，并记录电池的电流和电压，计算电池的容量；–内阻测试：测试设备通过施加恒流或恒压，测量电池的电压变化，计算电池的内阻；–循环充放电测试：测试设备对电池进行循环充放电，记录电池的充放电容量以评估其循环寿命；–温度测试：测试设备通过温度传感器监测电池的温度变化；4.数据处理：测试控制软件将测试数据保存到数据存储设备中，并进行相应的数据分析和处理；5.结果展示：测试控制软件将测试结果以报告的形式呈现给用户；6.报告生成：通过数据分析软件，将测试结果生成报告并导出。

电化学综合测试系统1、系统构成、功能及特点：多通道电化学综合测试系统主要由多通道恒电位／恒电流仪、多通道频率响应分析仪以及必要的测试分析软件构成。

恒电位/恒电流仪在频响的均匀度和线性度上具有无可比拟的优势。

频响仪采用了单正弦相关算法具有出色的噪声和谐波抑制能力。

可为有机涂层、腐蚀缓蚀剂、传感器、电池、燃料电池及其相关材料性能研究等众多应用研究提供有价值的信息。

2、技术参数及指标要求2.1恒电位/恒电流仪：要求恒电位仪具有双高精度数字采集系统，可同时测量电压和电流数据；脉宽转换技术，它们使仪器在整个量程范围内达到了高精度、高线性度及高稳定性；提供2、3、和4电极测量模式， 2-端技术用于对一般的材料及电化学测量；3-端技术用于腐蚀及涂层等测量； 4-端测量技术用于精确表征电池/燃料电池，使导线电阻、电缆阻抗效应减至最小。

技术参数：通道数：8通道（均要求可以浮地）*最大输出电流：+/-4A；8个通道可以并联使用，最大输出电流+/-32A*极化电压范围：+/-10V*电流精度：0.1% 所有量程*电流分辨率：1pA*最大采样速率：10,000samples/s*电位分辨率：2.2频谱分析仪8通道主机箱* 频率范围： 10u Hz to 1MHz,* 频率分辨率：六千五百万分之一即百万分之0.015；* 精度：0.1% 0.1 度* 误差: ±100ppm,稳定性24小时±1℃:±10ppm* 单正弦波相关技术，可消除所困扰的噪声及谐波失真干扰。

* 分辨率：0.001 分贝0.01 度*交流振幅：-3V*温度控制接口：可选2.3软件：软件包是专门为各种电化学测试而设计的，包括：*阻抗（如控制电压或电流的电化学阻抗、AC伏安）；*恒电位/恒电流技术；*循环伏安；*方波、阶跃技术；对常规电化学、腐蚀、电池、燃料电池、超级电容器等应用研究等是一个理想的工具。

软件可供实时分析、多重显示格式及常用的曲线拟合工作。

SIR(表面绝缘电阻)测试系统 表面绝缘电阻(SIR)测试系统立足于实现多通道的表面绝缘电阻自动化测试，通过多通道连续测定，高精度地测出绝缘电阻和电流的变化。

并提供丰富的测试功能，目的是实现对多通道表面绝缘电阻自动测试，能够高精度、高效率地连续进行测试和评估，实现环境试验与测试、评估的融合；最终达到节约成本、缩短测试时间、提高测试精度的目的。

1）适用标准测：• IEC 61189-5• ISO 9455-17• IPC-TM-650• Bellcore GR-78-CORE• DIN German Standard• JIS Japanese Standard测试标准和方法2）系统构成模块1、PC 控制单元集成在箱内的高速计算机用于控制和管理整个表面绝缘电阻测试系统。

2、源输出单元吉时利高精度2400（1台）数字源表为整个表面绝缘电阻测试系统提供高精度的电压。

3、开关系统吉时利2750（2台）和7702（5片）以及7705（5片）组成的快速开关系统为整个表面绝缘电阻测试系统提供快速的通道切换。

4、电压表吉时利2182A（1台）高精度纳伏表测试表面绝缘电阻测试系统中感应电阻上的电压信号。

5、中转连接器中转连接器用于中转测试电缆所需要的单元。

6、通道数200通道7、附件吉时利KUSB-488A（1台）；一体化机柜；200通道屏蔽线（3米）；3）系统指标:1、测试系统指标能分辨到1010Ω以下±5%, ; 1010 -1011Ω±10%，1011Ω±20%2、Test Channel ：200CH3、Test voltage Bias 0~±200V , step: ±5uV4）工作环境：1．相对湿度应控制在60%~70%。

2．工作电压：AC220V±10% 。

3．尽量减少电磁干扰，测试仪器，需单点接地来消除地躁声，保持纯净的AC电源输入。

5）交货期及地点：合同生效后4个月，地点: 广州市天河区东莞庄110号大院内。

QUALITROL® OFX-USB™OmniFlex 系统OmniFlex 系统•••••电压或电流模拟输出精度±1 °C 可级联多个机箱提供运输箱现配备USB 接口••••Fibers by•可提供1到512个通道滑入式模块无需灵敏系数或校准提供低至0.86 K 的低温范围经测试适用于航空航天应用说明：完全可升级的多通道光纤温度监测系统。

可现场升级至512通道。

应用：OmniFlex 是用途非常广泛的光纤温度监测系统。

QUALITROL® OFX-USB™ OmniFlex系统灵活的机架安装外壳广泛的模块类型选择强大而易用的OmniLink 软件应用广泛变压器热运行测试期间的理想工具现配备USB 接口和2000 V 隔离电压温度探头OmniLink 软件附件Neoptix OmniFlex 系统是一款完全可升级的多通道光纤温度监测系统，可提供多达512个通道。

其设计追求可靠性、通用性和可升级性OmniFlex 系统采用4U / 19英寸机架安装机箱，可容纳多达8个单通道或多通道光纤模块，支持多达每机箱64个通道。

可轻松级联使用多个机箱，构成具有多达512个光纤通道的阵列。

用户也可方便地自行增添模块，只需将安装新模块处的挡板移除，然后将模块滑入机箱即可。

紧固模块后，后板连接器会自动完成后续操作。

现在运行软件模块配置器，然后新模块即可由OmniLink™软件识别。

OmniFlex 系统支持在同一机箱中使用多种不同类型的模块，可针对实验室或测试设施中的特定项目需求轻松切换。

测量速率达6 Hz 每通道。

OmniModule 的选择要考虑2个参数： • 采样速度 • 所需通道数量OmniLink 是OmniFlex 系统的完美搭档，可无缝连接任意PC 电脑。

它可一次性显示所有通道，是一种适用于可通过Microsoft Excel 直接读取的文件的多功能记录工具。

多通道接收机幅相校准测试系统的设计作者：钟金金黄俊来源：《电子世界》2013年第12期【摘要】通过介绍了某接收系统的校正原理实现接收机幅相一致性参数自动测量，解决了测试参数多、测试量大的问题，并通过幅相调节网络补偿各通道的幅度和相位，提高接收系统的幅相一致性水平。

【关键词】多通道接收机；幅相校准；设计1.引言现代雷达系统为了获得良好的性能，在强杂波环境中检测目标，通常采用将接收到的射频回波信号下变频到中频，再经正交解调器分解为I、Q信号。

但是由于电路的不对称、各支路所选器件的不完善以及雷达工作频率和周围温度等环境的变化导致各通道I/Q支路的幅相特性不平衡及通道间的幅度相位不一致，从而造成系统的虚警或者增大系统测量误差。

因此，各通道I分量与Q分量两路信号的幅相一致性指标以及通道间的幅相一致性指标是影响接收系统性能的主要因素之一。

2.幅相校准测试系统的校准原理雷达接收单元采用5通道工作体制，工作频率范围覆盖0.05GHz～20GHz，为了解决宽带接收条件下的幅度相位一致性问题，接收单元采用在通道中插入相位均衡网络和幅度调节网络的方法来进行幅相补偿，实现该各通道间的幅相一致性能。

图1是接收单元内部射频信号到中频信号的简单处理流程。

5路线性通道的每个支路由接收前端，滤波器和开关电路、通道中频处理电路、AGC控制电路、正交相检电路、相位均衡网络和幅度调节网络等组成。

接收通道设计时，提高中频接收机增益的预留量，采用程控衰减器进行预衰，实际操作中作为调节网络实现幅度调节功能。

3.幅相校准测试系统的组成3.1 幅相校准测试系统的硬件组成幅相校准测试系统以测控计算机为核心，包括了射频信号源，数字示波器，程控多路开关以及用于智能仪表连接的GPIB接口卡，系统框图如图2所示。

测控计算机采用研华IPC610工控机，射频信号源为HP83732B，可提供10MHz～20GHz频率范围的射频信号输出。

数字示波器采用Agilent 54845，具有4通道，1GS采样，500M带宽，同时支持相位比较功能。

实验指导书基于弦索振动频率测试张力实验范晨光高芳清张刚编西南交通大学力学与工程学院二○一一年五月学生实验须知1.实验前，必须预习实验指导书中相关内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。

2.按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。

3.进入实验室后，不得高声喧哗和擅动仪器设备。

4.保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。

5.实验中，严格遵守操作步骤和注意事项。

实验室，仪器设备发生故障，要立即报告指导老师，及时检查，排除故障后方能继续实验。

6.实验过程中，学生不按仪器操作规程操作损坏仪器设备者，将按学校《损坏仪器赔偿》规定处理。

7.实验过程中，同学们要相互配合，认真测取数据和记录实验数据。

8.实验结束后，应将仪器、工具清理摆正。

不得将实验室的工具、仪器、材料等带出实验室。

9.实验完毕，实验数据续经指导老师认可，盖章后方能离开实验室。

10.实验报告只提供大体格式，具体报告格式由学生自行拟定。

实验报告要求做到字迹端正、绘图清晰、表格简明、语言顺畅。

前言本实验内容以西南交通大学实验教学与实验技术项目为依托，结合西南交通大学力学与工程实验中心个性化实验项目而开发。

通过本实验，使学生深化力学基础知识，了解、熟悉力学知识在实际工程中的应用，培养动手能力、分析解决问题的方法和技能，开拓学生对力学知识在工程应用中的视野。

本实验涉及振动理论、数字信号处理、谱分析等方面深层知识以及振动信号采集、分析方面的新发展，旨在培养学生操作动态测试相关仪器的能力，掌握频率法测试弦索内力的方法，并学会运用相关理论来解释分析实验结果，从而达到巩固理论知识和学会实验方法的双重目的。

本指导书由实验原理及实验仪器简介、数据分析处理、实验报告组成。

本个性化实验主要面向土木、力学、检测类专业本科生开放。

一、实验目的（1）通过振动测试系统测得弦索各阶固有频率；（2）通过力传感器测得弦索内力；（3）将实测的固有频率通过公式计算得到弦索内力计算值，并与实测值进行比较。

doi :10.3969/j.issn.1001-893x.2021.06.019引用格式:刘侨,宫振慧,贾双.一种X 频段多通道10W 瓦片收发组件设计[J].电讯技术,2021,61(6):776-779.[LIU Qiao,GONG Zhenhui,JIA Shuang.Design of an X -band multi -channel 10W tile transceiver module[J].Telecommunication Engineering,2021,61(6):776-779.]一种X 频段多通道10W 瓦片收发组件设计∗刘㊀侨∗∗,宫振慧,贾㊀双(中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所,江苏无锡214063)摘㊀要:根据机载雷达需求,设计了一种16通道㊁高集成度的瓦片组件㊂组件频率覆盖整个X 频段,每个通道均可实现低噪声接收㊁大功率发射以及数控衰减和移相功能㊂在设计过程中对垂直互联进行研究,采用椭圆形同轴结构在不牺牲射频传输性能的条件下解决了局部空间不足的难题㊂组件发射支路经由环行器输出到天线口,最终输出功率为10W 以上㊂通过合理布局以及射频走线设计,测试数据满足协议要求㊂组件结构件通过激光焊接实现气密,整个组件尺寸为66mm ˑ84mm ˑ12mm ㊂关键词:机载雷达;瓦片式收发组件;X 频段;椭圆形同轴结构;垂直互联开放科学(资源服务)标识码(OSID):微信扫描二维码听独家语音释文与作者在线交流享本刊专属服务中图分类号:TN802;TN957㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-893X (2021)06-0776-04Design of an X -band Multi -channel 10W Tile Transceiver ModuleLIU Qiao,GONG Zhenhui,JIA Shuang(AVIC Leihua Electronic Technology Research Institute,Wuxi 214063,China)Abstract :According to the requirements of airborne radar,a 16-channel,highly -integrated tile transceiver module is designed.The frequency of the module covers the entire X -band,and each channel can achieve low -noise reception,high -power transmission and digital attenuation and phase -shift functions.In the de-sign process,the vertical interconnection is studied,and the elliptical coaxial structure is used to solve the problem of insufficient local space without sacrificing radio frequency(RF)transmission performance.The module transmitting branch is output from the circulator to the antenne port,and the final output power is more than 10W.Through reasonable layout and optimization of RF design,test data meets protocol require-ments.The module structure is airtight by laser welding and the entire size is 66mm ˑ84mm ˑ12mm.Key words :airborne radar;tile transceiver module;X -band;elliptical coaxial structure;vertical intercon-nection;vertical interconnection0㊀引㊀言收发组件是相控阵雷达中的核心部件,成本占整套雷达的50%以上,主要完成小信号的接收和大信号的发射㊂为了满足现代雷达小型化需求,收发组件采用三维堆叠瓦片形式,较平面式收发组件缩小50%以上,无论是尺寸还是重量都有巨大的优势㊂根据报道,中国电科14所和55所的瓦片组件已经实现量产,功率均集中在瓦级,区别在于前者的组件内部没有环行器,后者的组件已经集成在一起㊂国㊃677㊃第61卷第6期2021年6月电讯技术Telecommunication EngineeringVol.61,No.6June,2021∗∗∗收稿日期:2020-07-22;修回日期:2020-08-12通信作者:421529981@外的瓦片组件报道较少,目前已知的雷神公司的瓦片组件已经交付使用,4通道输出功率不超过5W㊂本文给出了一种X 频段16通道㊁高密度收发组件的设计㊂组件输出功率为10W,6位移相和衰减,内部垂直互联部分采用椭圆同轴结构实现射频信号的低损传输㊂1㊀收发组件原理TR 组件收发分时工作,原理框图如图1所示㊂接收状态时小信号经由环行器㊁限幅器㊁低噪声放大器㊁多功能芯片㊁功分器进入后面的低功率处理单元;发射状态时小信号经由功分器㊁多功能芯片㊁驱动放大器㊁功率放大器和环行器输出到辐射器,最后由阵面将能量辐射出去㊂图1㊀TR 组件原理框图多功能芯片由开关㊁移相器㊁衰减器和放大器组成㊂由于组件分时工作,这些器件可以收发共用㊂一般衰减和移相位数为6位,在接收和发射态完成信号的快速变换,实现波束控制等功能㊂TR 组件主要指标要求输出功率10W,噪声系数小于3.5dB,移相均方小于5ʎ,衰减均方小于1dB㊂一个集合口,16个收发通道㊂天线口使用环行器实现收发切换,同时散热面紧贴集合口㊂2㊀收发组件设计2.1㊀收发电路设计组件的三维爆炸图如图2所示㊂TR 组件散热面紧贴集合口,功率放大器需焊接在散热面上(图2中部件1上部)㊂低噪声放大器和环行器紧靠天线口(图2中部件5位置),保证噪声系数能满足指标要求㊂整个组件输入输出口的接插件均为玻璃烧结结构,同时结构件通过激光焊接来保证整个组件气密性㊂图2㊀组件三维爆炸图TR 组件一致性非常重要,包括相位以及幅度的一致性㊂电路版图尽量对称设计,同时在链路上设计调相器以及固定衰减器,通过微调来保证每个通道的一致性㊂本设计接收链路增益为20dB,发射链路增益为28dB,链路内置了衰减器,实际局部增益更大㊂功放芯片热耗很大,若热量没法及时导出,功放的功率以及效率都会下降,严重情况下会烧毁芯片㊂在电路设计中,功放需要直接贴在散热面上;同时多功能芯片和低噪声放大器芯片间容易串扰,需要做好隔离㊂组件由两块电路板组成,分别为多功能功分发射板以及环行接收板,均为射频电路压合板,板间通过毛纽扣实现垂直互联,布局如图3所示㊂图3㊀多功能功分发射板环行接收板多功能功分发射板紧贴散热冷板,大功率功放焊接在这块冷板上,如图4中A3所示㊂考虑信号屏蔽,射频电路采用带状线形式,电路局部挖腔,芯片均下沉在腔体内避免信号出现串扰㊂其中多功能芯片A1和驱放A2设计在一个腔体内,功放则在另一个单独的腔体内㊂㊃777㊃第61卷刘侨,宫振慧,贾双:一种X 频段多通道10W 瓦片收发组件设计第6期图4㊀A 区域内芯片分布图在图5中,B1为功分器裸片,尺寸很小,带内插损为0.5dB,隔离度大于22dB㊂功分器粘接在小腔体内,通过金丝键合方式与带状线相连㊂图5㊀B 区域内芯片分布图接收环行板器件布局在图6中给出,主要由环行器和低噪放组成㊂D1㊁D2㊁D3分别为环行器㊁限幅器㊁低噪放,D4为天线口㊂芯片通过导电胶粘接在小腔体内,环行器粘接在结构件上,通过金丝键合与带状线相连㊂射频走线为了凑相位导致折弯较多,保证组件每个通道的相位一致性㊂图6㊀D 区域内芯片分布图2.2㊀垂直互联设计垂直互联框架具体形式如图7所示,内置垂直互联同轴,同时在每个通道位置 凹 型挖槽,给芯片预留空间同时也能起到通道间的隔离作用㊂图7㊀垂直互联框架组件垂直互联采用毛纽扣加介质柱的同轴形式来实现㊂介质采用聚四氟乙烯,不仅体积小,还可以保证良好的微波传输性能㊂毛纽扣直径为0.508mm,压缩状态下会膨胀10%,仿真模型如图8所示㊂图8㊀毛纽扣垂直过渡模型带状线到毛纽扣之间的过渡由于空间紧凑,介质柱采用椭圆结构,与一般的圆形同轴相比,在某个方向上尺寸减小,但是在另一个方向会变大较多,具体尺寸较随意,只需要保证是50Ω的特性阻抗就行㊂通过HFSS 软件建模仿真,仿真结果表明其性能很好,整个频段内S 11和S 22均在-40dB 以下㊂3㊀结构工艺实现X 频段收发组件两层印制材料均为微波多层板㊂兼顾热膨胀系数的匹配㊁导热性㊁激光焊接性能㊁重量等方面的要求,收发组件结构件材料选择如㊃877㊃ 电讯技术㊀㊀㊀㊀2021年表1所示㊂表1㊀组件结构件材料选型结构件材料多功能功分发射板盖板CE11(Al50Si50)环行接收板盖板CE17(Al73Si27)为满足组件产品气密性要求,产品对外接口SMP㊁SSMP 接头㊁15芯矩形插座均采用玻璃烧结的密封器件,并采用回流焊工艺实现气密;结构件间采用激光焊工艺实现气密,即多功能功分发射板盖板及环行接收板盖板进行激光焊接实现密封㊂整个工艺设计主要涵盖射频基板大面积接地互连㊁元件及连接器的组装与焊接㊁芯片共晶焊接㊁芯片环氧粘接㊁芯片键合互连㊁板间垂直互联㊁激光密封焊接及三防处理等㊂射频基板可采用成熟的共晶烧结工艺,进行电路板与组件盒体间的焊接;可采用共晶焊接的工艺,实现高功率芯片与钼铜载体互联,构成高功放芯片组件的部件,实现良好散热的效果;片式阻容元件㊁接插件均采用成熟的再流焊接的工艺方法与多层板及盒体互联;高功放芯片组件采用低温焊膏焊接至盒体;其余芯片及部件均采用导电胶进行胶接;芯片㊁微带板等之间互联采用金丝或金带的引线键合工艺;盒体整体密封采用激光焊接,满足国军标气密性要求;最后进行整体组件的 三防 及打标处理,保证产品的长期高可靠使用的要求㊂组件实物如图9所示,上下两个15芯接插件,分别为供电和控制接口㊂一个集合口采用SMP 接插件,16个天线口采用SSMP 接插件㊂整个组件尺寸为66mm ˑ84mm ˑ12mm㊂图9㊀TR 组件实物图4㊀实测结果组件的效率受发射输出功率影响很大㊂组件内部GaN 功放的输出功率为42dBm,毛纽扣损耗为0.5dB,环行器在X 频段的中心频点损耗为0.6dB,两个边带会恶化到0.8dB,实测结果见表2㊂表2㊀TR 组件实测结果测试项目指标要求测试数据接收增益/dB ȡ20ȡ20发射功率/dBm ȡ40ȡ40噪声系数/dB ɤ3.5ɤ3.2移相均方/(ʎ)ɤ5ɤ4衰减均方/dB ɤ1.0ɤ0.7组件效率(10%占空比)/%ȡ22ȡ24质量/g ɤ150140测试条件在实验室进行,仪器主要为是德科技的矢量网络分析仪N5244A㊁信号源E8257D 和功率计N1911A 等㊂组件测试数据均为最差指标㊂组件输出功率为10W,噪声系数优于3.2dB,同时均方也满足系统要求㊂组件质量140g,满足指标要求㊂5㊀结㊀论组件尺寸较小,同时内置了环行隔离组件,整个组件内部芯片的布局就显得尤为关键㊂组件测试结果良好,可以满足系统的使用要求㊂但是在装配以及测试过程中,毛纽扣的报废率有点高,这个问题还有待研究和改进㊂参考文献:[1]㊀胡明春,周志鹏,严伟.相控阵雷达收发组件技术[M].北京:国防工业出版社,2010.[2]㊀刘卫强,巨景超,郭超.Ku 频段多通道瓦片式T /R 组件的设计[J].现代导航,2019(2):136-141.[3]㊀张慧锋,季帅,严少敏.小型化Ku 频段瓦片式TR 组件设计[J].中国西部科技,2015(5):45-47.[4]㊀王立发.一种X 频段瓦片式T /R 组件的设计与实现[J].信息与电脑,2017(8):183-185.[5]㊀赵怡,桂进乐,李骦.等.一种瓦片式T /R 组件的研制[C]/2019年全国微波毫米波会议论文集(下册).广州:中国电子学会,2019:750-752.[6]㊀严伟,吴金财,郑伟.三维微波多芯片组件垂直微波互联技术[J].微波学报,2012,28(5):1-6.[7]㊀徐利,王子良,胡进.等.基于毛纽扣的LTCC 微波模块垂直互连技术[J].固体电子学研究与进展,2013(12):538-541.[8]㊀张之光,徐正,刘骁,等.一种用于瓦片式T /R 组件的垂直互联方式[J].科学技术与工程,2013(4):3104-3108.作者简介:刘㊀侨㊀男,1986年生于江苏无锡,2011年获工学硕士学位,现为工程师,主要研究方向为TR 组件㊂宫振慧㊀男,1988年生于山东莱阳,2016年获工学硕士学位,现为助理工程师,主要研究方向为TR 组件㊂贾㊀双㊀女,1987年生于河北唐山,2014年获工学硕士学位,现为助理工程师,主要研究方向为TR 组件㊂㊃977㊃第61卷刘侨,宫振慧,贾双:一种X 频段多通道10W 瓦片收发组件设计第6期。