微波器件射頻動態老化系統

摘 要

在微波器件應用領域不斷擴展的趨勢下，對微波器件可靠性的要求也在日益提升。在評估微波器件的可靠性時，射頻動態老化試驗是非常重要的一個試驗。試驗系統的實用性、經濟型和可靠性對評估的準確性和安全性有著直接的影響。文章將微波混頻器作為研究對象，搭建了射頻動態老化系統，提高了電路系統的穩定性。實踐證明，利用此系統可以更好地完成微波器件的老化過程，相較于靜態老化系統有了顯著的改進和提升。

【關鍵詞】微波器件 射頻動態老化試驗 混頻器

近年來，微波器件被廣泛地應用在各種高科技領域，在微波器件應用過程中，其是否可以安全可靠的發揮作用至關重要。為了可以更好地研究微波器件相關性能，同時使得微波器件投入使用后，具有和評價過程中一致的性能，要求對微波器件進行評價時，必須將微波器件放置于類似實際應用環境中。如果存在早期失效的微波器件，在對其進行評價的過程中，要將其剔除，另外，微波器件的老化試驗也是最能體現微波器件性能的基本試驗。老化試驗常用的方式是直流老化。直流老化可以對微波器件的性能進行評價，但因為直流老化的過程和微波器件具體實際的工作狀態有差別，沒有重視微波器件在一定條件下的電應力，所以具體的評價結果和微波器件的真實性能有一定的出入，直流老化通常是以單一熱應力模擬器件的工作狀態。微波器件的使用壽命是微波器件最重要的應用參數之一，相對于直流試驗，能更好地反映這項參數的評價方式是射頻動態老化試驗，因為在微波期間老化試驗的過程中，試驗條件相對苛刻，試驗數量相對較多，試驗時間相對較長，輸出的功率也相對較高，如果在老化試驗的過程中，搭建系統時僅僅應用功率計和微波號源，并不能長期運行于微波期間。為了可以實現微波器件射頻動態老化，急需設計一種相對更為實用經濟的微波器件射頻動態老化系統。文章詳盡地介紹了一款微波器件射頻動態老化系統，這款系統是由混頻器HMC144LH5的射頻動態老化試驗設計而來。

1 射頻動態老化系統技術指標

依據混頻器HMC144LH5射頻動態老化具體的試驗有如下要求：處于室溫下的常規散熱條件，具體的老化時間為240h，系統電阻在50Ω下，本振端所注入的射頻信號具體頻率為6.1GHz，功率為20dBm，中頻端和射頻端需設置50Ω阻抗匹配，在進行微波期間射頻動態老化系統的設計過程中，需注意以下指標內容：

（1）需將微波射頻動態老化系統的工作頻率設置為：6.1±0.1GHz。

（2）最大輸出功率設置為25dBm，需盡量控制設定值和實際輸出值，使偏差<±0.3dBm。

（3）設置系統工作電壓為交流電，電壓大小為220V。

（4）所設計的系統需具備更穩定、時間更長的工作能力，上位機需及時采集射頻輸出功率以及直流參數，并要做好記錄。

（5）控制系統的工作溫度低于50℃。

（6）合理控制射頻動態老化系統的經濟性，使其成本控制在8000元內。

（7）合理調節系統工作頻率，該射頻系統工作的狀態為點頻狀態，具體操作的時候應注意，因信號源來自不同系統，所以會出現一定的差異，需設置系統工作頻率進行調節。精準地輸入老化器件的微波功率，因為不管是所輸入的頻率過大還是過小，都會對老化器件產生一定的影響，如果過大，會損傷老化器件，如果過小，老化強度不充足，所以在控制的過程中，需憑借負反饋進行控制。射頻動態老化系統如果上時間運行，必須保證其穩定性，此外，該系統對溫度也有較為明確的要求。系統在工作的過程中，要求上位機具備足夠的采集能力，因為需要實時記錄樣品的工作狀態。

2 微波器件射頻動態老化系統設計

2.1 微波器件射頻動態老化系統的原理圖

微波器件射頻動態老化系統原理圖如圖1所示。

2.2 信號源的設計

文章涉及到的樣品HMC441LH5屬于寬帶器件，所以該樣品對系統頻率的穩定度并沒有過高的要求，文章所采用的射頻信號源為VCO，沒有必要加入鎖相環，在頻率輸出過程中，所采用的方式是固定電阻分壓控制，VCO內部設置有隔離放大器，這就造成輸出的阻抗匹配并不會影響其震動頻率。為了可以更好地對信號進行擴大，需將功率放大器安裝在壓縮衰減器的后端，這樣就能將輸出功率控制在25dBm。如果輸出的功率超出老化功率5dB，通常有兩個原因：VCO出現線路損耗或者后端的耦合器發生損耗；因為個體差異造成VCO輸出功率不足。

2.3 射頻信號功率的負反饋控制

信號源經過電路設計后，需和定向耦合器進行連接，當有信號源經過時，定向耦合器可將其進行耦合處理，然后輸入功率檢波器。操作檢波器的過程中，需注意合理把控檢波器的控制模式，控制端的輸出電壓必須經過精準的計算，調整為量級標準。這樣做的目的是為了盡可能減小衰減器的衰減量。以上操作可將整個系統形成閉合環路，形成一定的反饋控制，從而保證提供給受試器件的電壓更為穩定，不會損壞器件。

2.4 采集功能設計

在設計采集功能的過程中，搭配硬件電路所應用的是虛擬儀器軟件，采集射頻信號以及直流信號的功能是憑借虛擬儀器控制所實現。射頻端和中頻端的泄露射頻信號的功率以及本振端輸入功能是通過射頻部分進行實時監測的，實時采集供電電源的電壓電流信號是通過直流部分得以實現的。

數檢波器可將射頻功率信號轉換為電壓信號。在電壓信號的處理過程中，采集后會通過上位計算機進行換算，形成微波功率值，及時精確地存入Excel文件以備后續工作需要。受試器件是否已經失效，需依據中頻端具體的輸出功率以及射頻端具體的輸出功率做出判斷，另外，可根據存儲數據對試驗樣品相關參數的變化情況進行分析。

供電電源所自帶的信號功能可以對受試器件、電流信息、信號源以及檢波器等模塊的電壓進行測試，供電電源的LAN通訊接口會將所采集到的信息及數據傳輸至上位計算機的虛擬儀器程序，這樣就形成了虛擬儀器程序的實時采集以及故障報警功能。endprint

3 微波器件射頻動態老化系統搭建

系統在工作的過程中，因為各種因素會造成器件局部溫度發生變化，為了確保該系統在具體工作過程中，可以保持穩定性，需將系統中的每個模塊都和散熱板進行固定，模板之間再憑借電纜進行連接。該系統的上位計算機應用的是IBM公司生產的中檔服務器。完成系統的搭建工作后，需具備如下性能指標：

（1）信號源的輸出方式為點頻輸出，控制信號的輸出頻率為5～7GHz；系統最大的注頻功率為25dBm；控制系統的頻率穩定度處于±0.1GHz；保證衰減量是可以進行數控可調的，具體的調節范圍處于0～30dB；

（2）可對信息進行實時的采集、顯示以及存儲。進一步完善電源電流和電壓的采集能力，憑借上位機虛擬軟件，可進一步實現系統的數據處理以及故障報警功能。

（3）控制系統的工作溫度<50℃。

（4）經過相關的計算，需控制每通道射頻動態老化系統成本在6000元以內。

4 試驗驗證利用

文章所搭建的系統是針對10只HMC144LH5為時240h的試驗。在進行試驗的過程中，需每間隔1h分別對本振端、中頻端以及射頻端進行一次采樣工作，然后繪制通道的功率圖。經相應的計算統計，得出本振端所注入的功率穩定度<±0.2dBm，射頻端和中頻端所輸出的功率穩定度<±0.4dBm。經過對相關的試驗數據進行分析后得出，對比傳統的靜態老化系統，微波器件射頻動態老化系統相關水平具有更大的提高和改進，可以更好地完成老化過程。

5 結論

綜上所述，為了可以更加準確地掌握微波器件的性能，需要生產單位和用戶單位篩選和評價其可靠性。在進行可靠性評價試驗時，要盡可能地和實際應用環境接近。本工程設計采用自主開發的射頻冬天老化系統，不僅有效滿足了射頻元器件動態老化的基本需求，且極大地節省了施工成本，工程應用性較強，值得推廣應用。

參考文獻

[1]史保華，賈新章，張德勝.微電子器件可靠性[M].西安：西安電子科技大學出版社，1999.

[2]羅雯，魏建中，陽輝，等.電子元器件可靠性試驗工程[M].北京：電子工業出版社，2005.

作者簡介

廖富發（1987-），男，四川省成都市人。大學本科學歷。從事電子元器件外購零部整件檢驗工作。

作者單位

中國電子科技集團公司第十研究所 四川省成都市 610036endprint