一種低溫漂的小型化接收前端調(diào)試方法研究?

張麗娟

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所 成都 610036）

1 引言

導(dǎo)引頭是精確制導(dǎo)武器的核心部件，具有體積小、重量輕、分辨力高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭［1～4］現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于精確制導(dǎo)。而非相參雷達(dá)導(dǎo)引頭由于不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)頻率源，原理簡(jiǎn)單清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，也廣泛應(yīng)用于海防彈中。

本文介紹了一種應(yīng)用于非相參雷達(dá)導(dǎo)引頭［5～6］的低溫漂的小型化接收前端的調(diào)試方法。非相參導(dǎo)引頭接收前端［7］的接收信號(hào)與本振信號(hào)的相位不具有一致性或者關(guān)聯(lián)性，接收前端的接收信號(hào)與本振信號(hào)由各自單獨(dú)產(chǎn)生。所以，非相參導(dǎo)引頭面臨著本振VCO頻率漂移［8］和隨溫度漂移的問(wèn)題，因此，解決VCO 頻率漂移以及在全溫度范圍內(nèi)保持接收機(jī)對(duì)信號(hào)頻率的穩(wěn)定跟蹤是該類技術(shù)的難題之一。

針對(duì)非相參雷達(dá)輸出頻率變化范圍很大造成系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作這一難題，通過(guò)各種電路優(yōu)化設(shè)計(jì)以滿足VCO 頻率漂移和溫度系數(shù)指標(biāo)，但是在批生產(chǎn)中調(diào)試工作量大，批生產(chǎn)能力差等問(wèn)題不僅需要熟練電路調(diào)試［9～13］技能，更需要適合該類接收前端的調(diào)試方法。

2 接收前端工作原理

小型化接收前端應(yīng)用于海防彈導(dǎo)引頭，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：和、差通道實(shí)現(xiàn)開關(guān)保護(hù)，信號(hào)低噪聲放大、鏡頻抑制下混頻以及前置中頻放大；完成自頻調(diào)支路鏡頻抑制下混頻；本振實(shí)現(xiàn)倍頻、放大以及三功分。

和、差通道分別由PIN 開關(guān)、低噪聲放大器、鏡頻抑制混頻器組成，如圖1 所示。為了保證和差兩通道的幅度及相位一致性，我們將和差通道的腔體及電路設(shè)計(jì)的完全一樣。這樣，兩個(gè)通道因環(huán)境條件改變而引起的幅相變化方向一致，從而減小和、差通道間動(dòng)態(tài)幅相差。

圖1 小型化接收前端原理圖

發(fā)射機(jī)耦合輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)自頻調(diào)支路輸出后送給中視頻單元，自頻調(diào)支路除沒有LNA 外，其余電路與和差通道相同。

本振源電路主要由VCO、壓控電路、倍頻器、驅(qū)動(dòng)放大器以及三功分器組成。

低頻電源控制電路主要由低頻電路板及相關(guān)器件組成，主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)器件的分壓、穩(wěn)壓、VCO電壓轉(zhuǎn)換以及中頻放大電路等功能。

3 調(diào)試方法

由于在非相參導(dǎo)引頭接收前端中，發(fā)射機(jī)輸出頻率為負(fù)溫度系數(shù)，而VCO 輸出頻率為正溫度系數(shù)，從而在全溫范圍內(nèi)，中頻頻率變化范圍很大，從而造成整個(gè)系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種溫度漂移補(bǔ)償電路。該電路可以很好地解決本振頻率漂移，能保證全溫范圍內(nèi)接收機(jī)對(duì)信號(hào)頻率的穩(wěn)定跟蹤。但是在經(jīng)過(guò)小批生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該接收前端調(diào)試難度大，生產(chǎn)性差，故障返修率高等問(wèn)題。

調(diào)試難度大主要體現(xiàn)在VCO 的調(diào)諧斜率、溫度系數(shù)、中心頻率三個(gè)指標(biāo)相互關(guān)聯(lián)，電路中的電阻對(duì)三個(gè)指標(biāo)均有影響，經(jīng)常調(diào)試好中心頻率，再調(diào)VCO 的調(diào)諧斜率、溫度系數(shù)以后，中心頻率又偏了，或是調(diào)好調(diào)諧斜率，中心頻率，再調(diào)溫度系數(shù)后，調(diào)諧斜率又超指標(biāo)了，令調(diào)試人員非常頭痛。產(chǎn)品反復(fù)調(diào)試，生產(chǎn)性很差，生產(chǎn)周期特別長(zhǎng)。

針對(duì)這一問(wèn)題，我們認(rèn)真分析VCO 調(diào)諧以及溫度漂移補(bǔ)償電路，如圖2所示。

圖2 VCO調(diào)諧以及溫度漂移補(bǔ)償電路

根據(jù)放大器虛短虛斷的原則，則虛短：

虛斷：

輸出電壓計(jì)算，應(yīng)用疊加定理，假定一個(gè)電壓源短路，此時(shí)分壓電壓加另一個(gè)短路的分壓電壓：

實(shí)際電路中，u1和u2只接一路，則接u2時(shí)，

將式（10）代入式（9）中

uvin從0～12V 變化，使uvcout在VCO 所需電壓范圍內(nèi)變化，因此，

其中：

電路中，R5為溫補(bǔ)，則在調(diào)試中，R5和R6主要調(diào)溫補(bǔ)，R2和R3主要調(diào)f0，也就是截距，因此我們可以按照三步調(diào)試法，先調(diào)VCO 的調(diào)諧斜率，然后調(diào)溫度系數(shù)，最后調(diào)中心頻率點(diǎn)。按照此方法，可以基本把調(diào)試變量固定下來(lái)，即在調(diào)試過(guò)程中，我們先通過(guò)調(diào)試R8和R9的值，將VCO 的調(diào)諧斜率固定下來(lái)；然后再調(diào)試R5和R6的值，將溫度系數(shù)調(diào)試在要求的范圍內(nèi)；最后調(diào)試中心頻率，也就是影響中心頻率的因素中，主要是式（12）中的截距b，R8、R9、R5、R6調(diào)試好以后，影響中心頻率的因素就只有R3和R4了，因此調(diào)試R3和R4的阻值就可以將中心頻率調(diào)試好，這樣，三個(gè)互相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)就通過(guò)分步調(diào)試獨(dú)立隔離開來(lái)，達(dá)到簡(jiǎn)化調(diào)試任務(wù)，降低調(diào)試難度的目的。

4 試驗(yàn)結(jié)果

按照第3 節(jié)分析的“先調(diào)諧斜率、再溫度系數(shù)、最后中心頻率”的“三步”調(diào)試法，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，收發(fā)前端調(diào)試簡(jiǎn)單可靠，調(diào)試幾套以后就可以把阻值固定下來(lái)，剩余的組件就可以按照該阻值直接裝配，大大減少了調(diào)試工作量。由于接收前端需要三種不同的中心頻率，我們可以按照該調(diào)試方法把三種不同中心頻率的組件的阻值固定下來(lái)，按此阻值裝配，后續(xù)由于阻值精度的不同，大多數(shù)產(chǎn)品無(wú)需調(diào)試，各別產(chǎn)品僅需要微調(diào)，至此，本文提出的一種低溫漂的小型化接收前端調(diào)試方法成功解決了該組件調(diào)試難度大，生產(chǎn)效率低等一系列問(wèn)題。

該方法可以從根本上提高VCO 的控制精度，明顯降低了調(diào)試難度，大幅度提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，顯著提升了產(chǎn)品質(zhì)量。后續(xù)，該收發(fā)前端完成生產(chǎn)交付116套，所檢一次交驗(yàn)合格率100%，軍檢一次交驗(yàn)合格率100%，用戶下廠驗(yàn)收一次交驗(yàn)合格率100%。同時(shí)，創(chuàng)造了直接經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值近五百萬(wàn)，也為后續(xù)幾百套過(guò)千萬(wàn)的批量生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，此次研究的一種低溫漂的小型化接收前端調(diào)試方法，充分考慮接收前端工作原理，分析調(diào)諧斜率和溫度漂移補(bǔ)償電路讓組件符合指標(biāo)需求。進(jìn)一步分析后，發(fā)現(xiàn)調(diào)試環(huán)節(jié)是產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)這種情況，優(yōu)化了調(diào)試步驟，細(xì)化了試驗(yàn)方法，并固化到調(diào)試說(shuō)明和測(cè)試細(xì)則等文件上，用于指導(dǎo)產(chǎn)品的調(diào)試生產(chǎn)和過(guò)程質(zhì)量管理，強(qiáng)化了過(guò)程控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。