数字阵列模块老炼系统的研制

何宏平，张伟

（华东电子工程研究所，安徽 合肥 230031）

1 引言

数字阵列雷达是近几年来越来越受到人们关注的一种新型相控阵雷达。这种基于收/发全DBF设计思想的新型相控阵雷达技术具有数字化、模块化、可扩充等优良特性，有着非常好的应用前景。它不仅具有常规相控阵雷达的所有优良性能，同时具有更大的波束调度灵活性、更好的抗有源干扰性能。国内外的研究和实验表明，数字阵列雷达代表了现代先进雷达技术发展的一个重要方向。

数字阵列模块（DAM：Digital Array Module）是采用集成技术、数字收发技术、光电调制解调技术，完成雷达射频收发数字化及数据预处理功能，实现大容量数据高速传输（一般通过光纤）的数字化收发模块，其内部包含有：多通道接收数字化及预处理；多通道的波形产生及功率放大；多通道数字波束形成等。典型的组成框图如图1所示。

数字阵列雷达研制的关键是数字阵列天线，数字阵列模块是数字阵列天线的核心部件。数字阵列模块的质量和可靠性直接关系到数字阵列雷达的质量和可靠性，它的筛选是剔除早期失效、提高产品使用可靠性的重要手段。为了保障数字阵列雷达的长期可靠性和稳定性，减少装备使用中的故障，急需对数字阵列模块这一雷达核心部件的筛选方法进行研究，同时尽快地研制出实用、高效的筛选老炼设备。

数字阵列模块的筛选是剔除产品早期失效、提高产品使用可靠性的重要手段，而电老炼则是其中重要的一环。本文的提出，是针对数字阵列模块筛选的具体需求，研究开发实用化老炼系统，为该类数字阵列模块的老炼提供基础技术支撑，具有非常重要的意义。

2 数字阵列模块的筛选方法

在筛选规范和方法方面，行业内主要依据和引用的标准是GJB 1032-1990《电子产品环境应力筛选方法》、SJ 20527A-2003《微波组件通用规范》和SJ 20527系列标准。上述标准中规定了电子产品和常规微波组件例如压控振荡器、低噪声放大器等组件的筛选要求和方法，但是数字阵列模块由于功能和组成远比常规微波组件复杂，基本属于一种介于常规微波组件和系统级产品（分机级产品）之间的产品，不能简单地引用上述标准，国内也没有类似的规范可供参考，所以我们需要自己摸索出一套筛选方法。

对于类似产品的筛选，我们已有一些经验：在某机载项目中，我们对雷达T/R组件进行了筛选并形成了一套筛选方法，这些方法在T/R组件上机应用后还作了修改和完善，通过某机载产品后期的使用情况来看，这套筛选方法被证明是行之有效的。T/R组件和数字阵列模块两种产品的功能和复杂性类似，所以我们的数字阵列模块的筛选方法主要是以T/R组件筛选方法为基础，并结合数字阵列模块的特殊性而制定的。目前我们主要采取随机振动、温度循环、电老炼这几种筛选方法的组合。其中温度循环主要是在快速温度变化箱内完成，随机振动是在电磁振动台上完成的。这两种设备属于常规环境试验设备，我们已在产品筛选中大量使用。而数字阵列模块老炼系统则属于特殊非标定制设备，需要根据产品的结构尺寸、老炼方法、工作方式、老炼时需要测试和监控的指标等因素进行设计，研发难度较大。老炼系统的具体研发方案就是本文主要论述的内容。

3 总体方案设计

3.1 工作原理

数字阵列模块的老炼有静态和动态两种方式，我们采用动态老炼的方式，即在老炼过程中，在模块通电的同时对模块施加射频信号，模拟DAM正常装机工作状态。对模块长时间地施加电应力，并在老炼过程中对模块的各项参数进行监控，如发现故障或参数超出规定值时，系统将自动记录并将其剔除（停止老炼）。老炼结束后，对模块进行全参数测试，对指标超出规定值的模块则继续进行剔除。

3.2 系统组成

老炼系统由信号源、老炼台主机、水冷却系统、电源系统和监控系统等组成。各系统组成框图如图2所示。

4 分系统设计详述

4.1 老炼台主机

主要用于安装需要老炼的数字阵列模块，根据模块的尺寸，主机初步设计为20个独立的老炼区域，每个区域一个老炼工位，整机可同时老炼20个模块。包括有：

a)DAM盲配架

以16个收发通道（一个DAM）为一个单元，将DAM的输出BMA接头转换为SMA接口，每个SMA后接一个 “衰减器+检波器”，完成每个发射通道的功率检测。

b)BNC电缆

检测输BNC形式的电缆，并将其送入电平比较盒中。在比较盒中完成故障报警信号脉冲到电平的转变，16个通道以集束电缆的形式送出到数字接口机柜。电缆采用CD1矩形头；从侧面出，背后装入抽风机，给负载散热。

c)冷却液分配器

水冷机组以水管的方式输入适配架入口，从冷却液出口回收。每个冷却液分配器只有一个入口和一个出口，完成在DAM中的均匀分配。

d)本振功率分配网络

包括一本振功率分配和20MHz参考时钟分配，每个分配器前接一个功率放大器，将信号源1和信号源2所输出的本振和参考信号放大到所需要的电平。

4.2 监控分系统

监控分系统能完成以下功能：

a)完成DAM每个单元通道输出功率监视结果（“0”、 “1”电平）与系统监视计算机之间的通讯。即每个DAM通过一根集束电缆与数字接口机柜相连，其中一根线缆传输5V电源，通过一个接口板，将20﹡16个功率状态代码采入监控计算机中。

b)完成DAM光纤调制解调板和计算机之间的通讯。

c)监控软件

系统专用控制软件将基于WINDOWS图形化操作系统设计，界面直观友好，操作方便，具有器件库管理、文件管理、命令发送、老化管理、数据图形显示和报表打印等多项功能。软件通过RS-485通讯接口对DAM模块老化过程中老化状态时间监控，此外还具有如下的功能：

1）能自动检测数据，并能生成数据报表，形成Excel表格文件；

2）能将原始数据形成失效分析，统计报表；

3）能对原始数据按时间间隔生成报表；

4）电压、电流、温度等重要的判据要加一个精度范围，作判断后系统发出声音报警；

5）可以在保存的数据库表中，设置保存的间隔时间，按间隔时间进行保存；

6）对超标的数据进行标记，便于查找；

7）可根据用户设置的报警参数，在老化过程中发现老化状态参数异常时，立即关闭电源。

4.3 水冷却系统

主要功能是完成水冷循环及热量交换，具体包括：

a)适配架入口水温、出口水温监视，并在监控计算机上显示温度，当水温超过或低于设定温度时，计算机报警。

b)冷却水温度可以在一定的范围内调节控制。

c)外壳采用冷轧钢板，防锈处理。

d)供电回路保护功能

独立控制型冷却水系统具有缺相及相序保护功能，三相供电出现缺相或相序错误时，系统应断电。

e)独立控制型冷却水系统配置有水温控制器和水压力表，发生水温超温、水压超压、水压欠压故障时具有自动断电保护功能。

f)独立控制型冷却水系统配置缺水报警功能，当制冷机中的水位低于安全水位时，会有声报警。

4.4 电源分系统

功能：完成对需老炼的DAM的电源供应，同时兼顾DAM适配架的功放供电，监控系统数字机柜考虑单独采用一个DC/DC模块，而DAM适配架上比较模块的5V供电考虑从数字机柜中供给。

每路电源能够单独开关，并能采用监控计算机进行控制开关机。

由计算机实现对每路电源电压与电流的实时监控，当出现过压、过流、开路和短路等现象时能够声光报警，自动保护，并由计算机自动切断电源输出，电源模块本声具备这种通讯能力。

系统共采用20台电源，每4个模块为一组，用2台36V/32A电源供电。模块的两组供电电源开机和关机顺序可以程控，并且每一个模块的输入电源可以通过继电器独立开关控制。

5 系统功能和主要指标

系统工作在S波段，可实现对数字阵列模块进行实时动态老炼。

系统有20个老炼通道和工位，可同时老炼20个模块。具有监控系统远程通讯功能，可实现老炼数据自动实时采集、记录并自动生成Excel报表。

系统可对加电老炼的数字阵列模块进行温度控制，并能自动监控、调节冷却水的压力和流量和温度，具有超温报警功能。电源系统具备过压保护、过流保护功能。能自动切断出现故障的模块电源退出老炼，具备声光报警功能。主要指标包括：

1 )输出电压：0～36.0V；

2 )输出电流：0～32.0A；

3 )电源纹波：≤50mV；

4 )电源负载变化率：≤50mV；

5 )电源调整率：（220V±10）%；

6 )冷却水温控制误差范围：≤±3℃。

6 结束语

数字阵列模块老炼系统不仅用于某新型机载雷达系统的科研生产，还可推广在其它大量使用DAM的各型号的数字阵列雷达上，为该类组件的筛选工作的开展提供了基础。而且老炼系统通过更改接口结构形式，也可成为其它各类DAM老炼的平台。

数字阵列模块老炼系统的建设提高了数字阵列雷达的可靠性，将存在缺陷的DAM暴露在交付部队使用前，不仅提高了装备使用效率也大大降低了装备后期维修、维护和使用费用，同时也大大降低了装备供货方维修及售后服务成本，具有巨大的经济效益。

[1]GJB 1032-1990，电子产品环境应力筛选方法 [S].

[2]SJ 20527A-2003，微波组件通用规范 [S].