姜廣順，王 芳，崔玉利

(空軍二十三廠，北京 102200)

0 引言

20世紀(jì)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(fù)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(gòu)成，擔(dān)負(fù)戰(zhàn)備任務(wù)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。混頻濾波組合作為某型引進制導(dǎo)雷達高頻接收機的關(guān)重件，其性能參數(shù)直接決定目標(biāo)和導(dǎo)彈的跟蹤及制導(dǎo)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(dān)負(fù)作戰(zhàn)值班任務(wù)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(jì)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(fù)率低，已嚴(yán)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(shè)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(biāo)回波信號進行變頻，形成第一中頻，并進行預(yù)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(yù)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(shè)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(gòu)成，有2個沿圓柱體呈90°角的耦合孔與輸入、輸出波導(dǎo)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(shè)有可調(diào)螺釘。

來自輸入波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)結(jié)構(gòu)。接收的高頻信號fС加在混合T形波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(yù)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(guān))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(dāng)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(dāng)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(fù)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(shè)計

引進裝備獨特的設(shè)計思想使其在性能指標(biāo)和作戰(zhàn)效能等方面處于世界領(lǐng)先水平，但受裝備生產(chǎn)國微電子技術(shù)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(guān)電路的技術(shù)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(yīng)基于逆向工程方法和信號處理技術(shù)，通過系統(tǒng)反設(shè)計和不同工作狀態(tài)下的激勵/響應(yīng)信息，反推解算出設(shè)計需求，利用國內(nèi)先進技術(shù)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(gòu)

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(gòu)框圖見圖2。

圖2 國產(chǎn)化混頻濾波組合組成結(jié)構(gòu)框圖

目標(biāo)回波信號經(jīng)波導(dǎo)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(biāo)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(dǎo)輸入魔T，魔T將其等幅反相送達平衡混頻器，目標(biāo)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(shè)計中解決的主要問題

1) 諧振腔的加工制作

目標(biāo)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(guān)，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(fù)雜多變的環(huán)境條件下完成對目標(biāo)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(dǎo)貨架產(chǎn)品很少，廠家專門拉制的波導(dǎo)形位公差大，要反復(fù)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(dǎo)拉制后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是導(dǎo)致波導(dǎo)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(dǎo)制造加工中的工藝技術(shù)難題。通過反復(fù)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(yīng)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(dǎo)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(fù)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(gòu)成的典型電路，同樣也用在武器系統(tǒng)其它設(shè)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(shè)置了Π型網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(biāo)對比測試，增益、中頻帶寬、鏡頻抑制、中頻抑制等主要指標(biāo)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(biāo)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(biāo)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。