超導接收機原材料與元器件優(yōu)選手冊的編制方法

賈黎

一、超導接收機的作用與意義

超導接收機是以超導濾波器和低溫放大器為核心，采用制冷方式使接收前端器件處于77K以下溫度工作，從而獲得極低的噪聲溫度，并將微弱射頻信號進行放大的接收組件。近年來在探月工程、火星探測等項目上，超導接收機得到了廣泛的應用，推動了超導電子技術的進步。目前超導濾波器、低溫放大器已經(jīng)有型譜系列產(chǎn)品，并形成批量生產(chǎn)能力；小型化超導接收機逐漸在尖端武器上投入使用。隨著超導接收機小型化技術的成熟，在雷達、電子偵察、軍用通信、衛(wèi)星通信等諸多領域均有應用需求。

隨著市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展，企業(yè)在市場上的競爭越來越表現(xiàn)為產(chǎn)品質(zhì)量的競爭。超導接收機原材料與元器件的選型決定了產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，沒有性能優(yōu)良的原材料與元器件，即使采用先進的設計、工藝方法，也很難制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品。因此原材料與元器件的選型是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。近幾年，隨著與國際市場的接軌、新技術的推動和應用，原材料與元器件方面的國家標準、行業(yè)標準變動很大。在這種形勢下，企業(yè)如何把好原材料與元器件質(zhì)量關，更好地貫徹國家標準、行業(yè)標準，做好“超導接收機原材料與元器件優(yōu)選手冊”（以下簡稱“手冊”）的編制工作，成為目前亟需解決的問題。

二、產(chǎn)品的組成與功能

超導接收機主要以超導濾波器和低溫放大器為核心，以制冷機和真空杜瓦封裝為真空制冷支撐的接收前端組件。其典型功能是作為信道化超導濾波放大系統(tǒng)，能夠有效濾除帶外干擾信號和降低噪聲系統(tǒng)，提升系統(tǒng)干擾能力和接收靈敏度。

超導接收機主要由微波子系統(tǒng)、制冷機與杜瓦子系統(tǒng)及電源與控制子系統(tǒng)三大部分組成。微波子系統(tǒng)根據(jù)實際應用需求主要由隔熱傳輸線裝置、超導濾波器（陷波器）、低溫LNA、低溫開關、低溫限幅器、常溫放大器、隔離器以及各種連接饋線等組成。實現(xiàn)對接收微波信號的低噪聲放大、濾波放大并抑制強干擾信號，提升系統(tǒng)接收靈敏度。制冷機與杜瓦子系統(tǒng)通過制冷機制冷的方式提供微波單元低溫器件工作所需要的低溫環(huán)境。電源與控制子系統(tǒng)提供低溫LNA和常溫放大器等直流電壓/電源，并檢測溫度、真空度等參數(shù)以RS-422串口形式輸出顯示，并提供制冷機驅(qū)動，實現(xiàn)定點控溫。

三、編制思路和內(nèi)容

1.編制思路。編制組人員根據(jù)超導接收機功能特性，確定功能較為獨立的各種模塊，自上而下進行分類，也是根據(jù)用戶應用需求、產(chǎn)品市場發(fā)展趨勢及產(chǎn)品本身特性進行產(chǎn)品功能模塊的總體劃分，基于功能模塊的分解，開展了手冊的編制。根據(jù)功能模塊的分類分析，具體模塊分類如下：（1）微波子系統(tǒng)。該模塊根據(jù)工作溫度分為低溫單元和常溫單元，低溫單元包括輸入/輸出傳輸線、低溫開關、低溫放大器、超導濾波器、超導陷波器、低溫限幅器；常溫單元包括常溫開關、常溫放大器、常溫濾波器。（2）制冷機與杜瓦子系統(tǒng)。該模塊包括制冷單元和真空杜瓦單元。根據(jù)制冷溫度與制冷量，制冷單元分為G-M制冷機、分置式斯特林制冷機和氣體軸承制冷機；真空杜瓦單元包括吸氣劑模塊、真空杜瓦、輻射屏模塊和真空閥門模塊。（3）電源與控制子系統(tǒng)。該模塊包括由分置式制冷機驅(qū)動模塊和氣體軸承式制冷驅(qū)動模塊組成的制冷機驅(qū)動控制單元和由電源底板模塊、人機界面模塊、放大器電源模塊、主控模塊和接口擴展模塊組成的微波供電控制單元。

接下來，編制組人員對超導接收機產(chǎn)品的設計文件和工藝文件中統(tǒng)計原材料和元器件的使用情況，從采購部統(tǒng)計原材料和元器件的供貨情況，從質(zhì)量部統(tǒng)計出原材料和元器件的質(zhì)量情況，對以上數(shù)據(jù)進行了分析、判斷，對原材料和元器件的品種、規(guī)格進行了壓縮和優(yōu)選，同時又增加了一些技術先進、質(zhì)量可靠的新品種。由于電子元器件的大部分廠家都采用企業(yè)標準，更新?lián)Q代快，必須要到各個廠家收集標準資料。通過調(diào)研，編制組將收集到的標準進行了分類，編制人員對每一項標準都進行了認真仔細地研究和對比，確定了編制目錄。

2.具體研究內(nèi)容。低溫超導接收機各功能零部件雜而多，因此其組成不同功能零部件所用原材料、元器件品種規(guī)格也不統(tǒng)一。在研究過程中需對各零部件模塊所用材料、元器件進行統(tǒng)計、分析。根據(jù)應用部位、應用環(huán)境等方面的信息對其品種規(guī)格進行壓縮，優(yōu)選出通用性強、應用范圍較廣的原材料和元器件。

其研究過程主要是進行功能模塊的分類統(tǒng)計分析，即統(tǒng)計分析各功能模塊各類原材料及元器件的使用情況，再進行優(yōu)選控制。例如就低溫放大器來說，其材料及元器件主要包括金屬腔體材料、印制板基片、場效應管/單片、阻容電感、接插件、緊固件幾大類。下面以其為例進行優(yōu)選說明。

低溫放大器腔體通常采用導熱性良好的無氧銅或鋁合金等材料，綜合考慮導熱性對制冷效率，以及重量對制冷機冷指的可靠性影響，建議采用鋁合金作為優(yōu)選材料，雖然導熱率較銅差，但同尺寸下熱容較小且重量輕，在震動沖擊下對冷指的應力低，減小制冷機降溫時間。

超導接收機印制板基片應用的多為溫度穩(wěn)定性極強的微波介質(zhì)基片，常用型號有RT/duroid5880、RO4350、RO3003等，為復合介質(zhì)基片，溫度穩(wěn)定性好，在標準情況下介電常數(shù)溫度系數(shù)小于50ppm/℃，可在很寬的溫區(qū)保持介電常數(shù)的恒定。同時TMM3＼TMM4材料具有等方向性的熱傳導特性，將熱量傳導給銅板，所以可以加工一致性很好的過孔，具有很小的邊緣效應，另外，TMM3＼TMM4的熱傳導性大概是傳統(tǒng)的PTFE或陶瓷介質(zhì)的兩倍，很容易熱量散失，非常適合于低溫設計。就目前應用來說，TMM3＼TMM4與RO4350基片在超導接收機應用較多，且介質(zhì)常數(shù)較高，更易實現(xiàn)小型化設計，為優(yōu)選材料。

場效應管、單片的優(yōu)選原則為具備成功應用案例，能保證設計的可實現(xiàn)性和可靠性。

阻容電感器件的優(yōu)選，主要從性能影響來進行控制。對于參與電路匹配的阻容電感器件，應選取低溫性能穩(wěn)定的產(chǎn)品（ATC-600S系列等）；考慮到設計成本，對于起濾波、衰減作用的阻容器件可選取常規(guī)型號（CC41系列等）。

接插件優(yōu)選與接口結構密切相關，綜合考慮其應用范圍和接口結構的小型化，優(yōu)選器件為兩種型號，分別是KFD814和KFD95。

因此，依據(jù)以上優(yōu)選方法，編制組對各功能模塊進行分類，性能優(yōu)良、供貨穩(wěn)定、使用范圍廣且經(jīng)使用驗證質(zhì)量可靠的原材料和元器件優(yōu)選入選手冊。在手冊內(nèi)容上提供原材料及元器件的名稱、型號、規(guī)格、封裝形式、執(zhí)行標準、質(zhì)量等級、代用組、應用范圍、產(chǎn)地等信息，這樣給設計師提供一個較全面的技術參數(shù)，使之全面地了解所選材料和器件的性能，進行選型。

在編制內(nèi)容上，手冊分為兩冊，分別是：《原材料優(yōu)選手冊》、《元器件優(yōu)選手冊》?！对牧蟽?yōu)選手冊》分為三類，分別是金屬材料、非金屬材料和電路基板，共計18種；《元器件優(yōu)選手冊》分為七類，分別是阻容電感、半導體器件、集成電路、低頻連接器、微波連接器、繼電器及其他類，共計55種。這樣分類有利于設計師和采購、生產(chǎn)各部門人員的選用。

3.評審及發(fā)布。編制組人員在確定初步方案的基礎上，完成了該手冊的征求意見稿，并發(fā)往研發(fā)部、工藝部、采購部征詢意見。根據(jù)反饋的意見，編制組對手冊內(nèi)容及格式進行了修訂。修訂后，由所內(nèi)科技委專家組成評審小組對手冊進行評審。評審過程中，評審組專家嚴格把關，從優(yōu)選性、通用性、有效性、先進性、可操作性、內(nèi)部意見等六個方面提出意見，確保手冊的質(zhì)量。經(jīng)過編制組一年多的努力，修訂后的手冊完成報批工作，在所內(nèi)發(fā)布實施。研發(fā)部、工藝部和相關部門進行了宣貫學習，反映良好。

四、結束語

該手冊中所有的標準均來自現(xiàn)行的國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準。數(shù)據(jù)來源可靠，標準信息新，具有一定的權威性和指導作用。每本手冊技術參數(shù)完整，并配有圖形尺寸，內(nèi)容全面豐富、實用性強，編排有目次，查找準確快捷。

該手冊對超導接收機原材料和元器件進行了優(yōu)選壓縮，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，把好了科研生產(chǎn)的第一道關，并為設計人員、工藝人員等相關人員的工作帶來了很大方便，縮短了產(chǎn)品的研制周期，給企業(yè)帶來了直接和間接的經(jīng)濟效益。該手冊的編制完善了超導接收機的標準體系，為超導接收機標準的制定提供了依據(jù)。

（作者單位：中國電子科技集團公司第十六研究所）