某引进制导雷达混频滤波组合的国产化改造

姜广顺，王 芳，崔玉利

(空军二十三厂，北京 102200)

0 引言

20世纪90年代以来，随着世界格局和国家安全形势变化需要，我国开始逐步恢复从国外引进武器装备，以促进我军装备的跨越式发展，缩小与发达国家在军事上的“代差”[1]。引进装备，尤其是引进电子装备，是我军装备体系的重要补充，对于增强国防实力，充实武器装备构成，担负战备任务具有重要作用[2]。但其科技含量高，装备数量少，价格昂贵，零备件渠道受限，这些情况决定了引进装备的备件保障工作尤为重要。混频滤波组合作为某型引进制导雷达高频接收机的关重件，其性能参数直接决定目标和导弹的跟踪及制导精度，影响到武器系统能否充分发挥作战效能。由于担负作战值班任务的武器装备使用环境恶劣，随着服役年限的增长，混频滤波组合存在故障率增高、备件消耗量大、对外采购困难等问题[3]。该武器装备为20世纪80、90年代产品，由于系统集成度不高，故障检测和定位困难，组合修复率低，已严重影响到装备的战备完好性[4]。为了保证引进装备的正常使用要求，充分发挥其作战效能，必须开展备件国产化研制[5]。

1 原混频滤波组合的功能分析和反设计

原混频滤波组合位于高频接收机柜，主要由高频滤波器、平衡混频器和前置中频放大器等组成。用于将前级送来的高频目标回波信号进行变频，形成第一中频，并进行预先放大。原混频滤波组合原理框图见图1。

图1 原混频滤波组合原理框图

1) 高频滤波器

圆柱形高频滤波器(谐振器)保证按频率预先选通信号，保护接收机免受工作于另一频率上的发射设备的信号干扰，同时可对镜像频率信号进行必要的抑制。高频滤波器工作在2个正交H111型振荡上，由因瓦合金材料制成的壳体和活塞构成，有2个沿圆柱体呈90°角的耦合孔与输入、输出波导相连。为调整高频滤波器的幅频特性曲线，在耦合孔前部设有可调螺钉。

来自输入波导的H10基波在柱形谐振腔内激励起H111型振荡。位于成45°角的中心螺钉拧入柱形腔内时，谐振器的电磁场发生变化，激励起同样的H111型振荡，但在空间的指向与原初始振荡成90°角，这种振荡经耦合孔在输出波导中形成H10型振荡波。

2) 平衡混频器

平衡混频器用于将高频信号变换为第一中频信号f中频1，采用带检波头的双T混合接头波导结构。接收的高频信号fС加在混合T形波导接头的H臂，高频本振信号fГ送到E臂上，3 dB收缩T形接头用于信号功率分配。检波头(二极管头)使用同轴封装的混频二极管，二极管头是波导管的2个短路段，在离短路壁约λ/4的距离上，利用专用支架安装二极管，其相对移位λ/4。波导管断面和二极管沉入深度要保证二极管与管头在给定的频率范围内匹配。

本振产生的噪声在混频过程中因反向而抵消，可以减少中频噪声，改善信噪比。利用电路的对称特性实现本振与信号的相互隔离，可以不需窄带滤波器，同时，电路本身具有宽带特性。

3) 前置中频放大器

前置中频放大器保证在频带f中频1±4.5 MHz内，对第一中频信号f中频1进行滤波和预放大，其增益系数可借助于“手动增益调整”电位器调整。它由中频输入电路、中频放大器电路、缓冲级电路和电键级电路(电子开关)等组成。

输入电路：用于使平衡混频器的输出端与中频放大器的输入端相匹配，同时可检查平衡混频器2个混频二极管的工作电流。

中频放大器：由低噪声晶体管等分立器件搭建而成，保证必要的通带和选择性带通滤波。当Ш1/6有逻辑0电平的“选通波门”指令时，通过打开电键级，将-12 V电源电压加到中频放大器上；当Ш1/6有逻辑1电平的“选通波门”指令时，中频放大器被锁定，且对信号的衰减值不小于40 dB。

缓冲级：为输出级，保证中频放大器与通带内的75 Ω负载相匹配。

电键级：将“-12.6 V”电压、“选通波门”用于选通中频放大器。

2 混频滤波组合的国产化设计

引进装备独特的设计思想使其在性能指标和作战效能等方面处于世界领先水平，但受装备生产国微电子技术水平制约，装备中很多功能电路仍采用分立器件配合部分专用芯片(微波器件)搭建，随机文件没有相关电路的技术条件和测试需求，国内亦无同类微波器件资料可供借鉴，更无采购渠道。显然，目前情况下，不可能采用器件级“拷贝”研仿模式，应基于逆向工程方法和信号处理技术，通过系统反设计和不同工作状态下的激励/响应信息，反推解算出设计需求，利用国内先进技术和成熟工艺，走功能替代之路，提升国产化产品的可靠性和维修性水平。

2.1 国产化混频滤波组合的组成结构

国产化混频滤波组合主要由谐振腔、魔T、平衡混频器、匹配级、中频带通滤波器、可调增益放大器和功分器等组成。国产化混频滤波组合组成结构框图见图2。

图2 国产化混频滤波组合组成结构框图

目标回波信号经波导送达通频带为18～20 MHz的谐振腔，按规定频率对信号进行选通，滤除带外干扰，并对镜像频率信号进行不小于30 dB的抑制。目标回波信号经滤波处理后到达魔T，由魔T等幅同相输送至平衡混频器。同时，本振信号也通过波导输入魔T，魔T将其等幅反相送达平衡混频器，目标回波信号和本振信号间的隔离度不小于25 dB。2路信号经平衡混频器混频、滤波后，输出差频信号至前置中频放大器。匹配级使平衡混频器的输出与前置中频放大器相匹配，实现前置中频放大器的低噪声性能。经中频带通滤波器处理后的信号进入可调增益放大器，实现增益调整。加入TTL控制电平可进行信号的深度衰减，从而实现前置中频放大器对时分有用信号的选择。可调增益放大器的输出信号送入二功分器，由此得到组合的2路中频输出信号f中频。

2.2 硬件设计中解决的主要问题

1) 谐振腔的加工制作

目标回波信号在接收机前端经过低噪声放大后进入谐振腔(圆柱形高频滤波器)进行频率选择，滤除带外干扰。接收机的幅频特性与谐振腔的几何形状、尺寸密切相关，其谐振中心频率极易受环境温度的变化而产生漂移，为提高谐振腔的品质因数，保证接收机的幅频特性稳定，能够在复杂多变的环境条件下完成对目标回波信号的处理，谐振腔使用因瓦合金(俗称殷钢)材料制作，其加工制作材料和精度将直接影响到接收机的性能和稳定性[6]。国内满足要求的高质量殷钢波导货架产品很少，厂家专门拉制的波导形位公差大，要反复校形才能满足直线度和扭拧度容差要求。有限元分析显示，波导拉制后产生的残余应力是导致波导出现弯扭变形的主要原因，抑制变形和消除变形是殷钢波导制造加工中的工艺技术难题。通过反复试验，摸索了一套合理可行的工艺方案：热处理(850 ℃软化退火)→校形→去应力退火→铣长度→电火花(加工裂缝)→热处理(350 ℃稳定化处理)→表面涂覆[7]；采用机械和人工抛光，使谐振腔腔体表面光洁度达到▽10～▽12，Q值高，插损小，保证了加工制作精度。

2) 组合电路的通用化、模块化改造

通过对该引进装备原型及后续改进型制导雷达混频滤波组合的组成及实测数据的分析发现：组合间的差别主要在频带宽度。国产化混频滤波组合扩大了谐振腔高端调谐范围，在保证原混频滤波组合频点的同时，能够覆盖后续改进型的频点，拓展了国产化组合的适用范围。平衡混频器中使用的国产2DV14D型混频二极管在安装上正负极性可变，替代了原器件的固定安装方式，使用更加方便。考虑到由谐振腔、魔T、平衡混频器以及前置中频放大电路构成的典型电路，同样也用在武器系统其它设备和分系统中，仅在衰减器的衰减值上有所区别。因此，在带通滤波器与可调增益放大器之间设置了Π型网络衰减器，根据衰减量的不同就可改变输出增益，便于包含类似电路的其它国产化产品使用，实现了电路的通用化、模块化[8]。

3 性能对比测试

使用信号发生器、自动噪声测试仪、稳压电源和电流表等仪器设备搭建测试环境，对原混频滤波组合与国产化混频滤波组合进行性能指标对比测试，增益、中频带宽、镜频抑制、中频抑制等主要指标均优于原混频滤波组合。原混频滤波组合与国产化混频滤波组合主要性能指标对比见表1。

表1 原混频滤波组合与国产化混频滤波组合主要性能指标对比

4 结束语

通过各种试验和试用考核的国产化混频滤波组合，随装进行了实弹靶试验证，结果表明，该组合能够满足武器装备的正常使用要求，使用维护方便，可靠性高，且对不同装备的兼容性优于国外采购的同类型组合，已用于工厂装备修理和部队装备的维修保障，取得了一定的经济和军事效益。