摘 要： 產(chǎn)品，從該產(chǎn)品在分系統(tǒng)調(diào)試交驗、整機調(diào)試交驗、用戶使用過程中反饋的信息可以看出， T／R組件中的微波功率模塊發(fā)生故障的可能性較大，給分系統(tǒng)調(diào)試交驗、整機調(diào)試交驗以及售后維修等工作造成了很大困難，直接影響到雷達整機工作的穩(wěn)定性和可靠性，同時也給本單位帶來了不小的經(jīng)濟損失。分析了造成 T／R組件微波功率模塊損壞的主要原因，提出了降低 T／R組件故障率的相應(yīng)方法，并固化形成了中國兵器工業(yè)集團公司標準 Ｑ／ＣＮＧ １０９ — ２０１７ ，對提高雷達整機可靠性、提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

T／R 組件主要用于相控陣雷達微波信號的發(fā)射和回波信號的接收。某雷達的 T／R 組件應(yīng)用先進的微波單片集成電路（ ＭＭＩＣ ）優(yōu)化設(shè)計，將多個微波功率模塊（ ＰＨＡ３１３５－１３０Ｍ ）、低噪聲接收電路等組合而成。器件質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到雷達整機性能的好壞 。本文探討的 ＸＸＸ 雷達 T／R 組件中的微波功率模塊，在前幾批生產(chǎn)調(diào)試及交驗使用過程中因多次發(fā)生故障，已嚴重影響到某雷達整機的質(zhì)量。根據(jù)中國兵器工業(yè)集團公司質(zhì)量工作要求，由西安電子工程研究所負責對 T／R 組件中的微波功率模塊的故障進行分析，找出了造成該組件失效的主要原因。由中國兵器工業(yè)標準化研究所牽頭、相關(guān)技術(shù)人員共同參與，對解決措施進行總結(jié)提煉，編制完成了 Ｑ ／ ＣＮＧ１０９ — ２０１７ ，有效提高了雷達產(chǎn)品的質(zhì)量。

１ 故障統(tǒng)計

截止到現(xiàn)在，該雷達已經(jīng)完成了５套 T／R 組件（每套含８８個 T／R 組件、 １２個驅(qū)動放大器）的調(diào)試。其中，使用微波功率模塊總計 ９３４ 只，失效總數(shù)為 ５２ 只。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，一開始通電就發(fā)生故障的有３只，在調(diào)試過程中發(fā)生故障的有６只，在６０ｈ功率老煉過程中發(fā)生故障的有１７只，在低溫－４０℃環(huán)境條件下失效的有 １９ 只，某雷達總站返修發(fā)生故障的有７只。具體統(tǒng)計見表１ 。

表 １ 微波功率模塊故障統(tǒng)計表

從表 １ 可以看出，微波功率模塊在 ６０ｈ 功率老煉和 低 溫 摸 底 試 驗 中 失 效 最 多，占 總 失 效 率 的６９．２２％ 。要降低微波功率模塊的失效率，提高其可靠性，關(guān)鍵是找到微波功率模塊在６０ｈ功率老煉和低溫摸底試驗中失效的原因，并找出解決問題的方法。

２ 微波功率模塊失效原因分析

２．１ 故障現(xiàn)象

失效微波功率模塊在調(diào)試、高低溫試驗及可靠性試驗過程中均出現(xiàn)輸出功率明顯下降或者無功率輸出的現(xiàn)象。對失效微波功率模塊進行直流參數(shù)測試，發(fā)現(xiàn)失效微波功率模塊上的功率管 Ｖ （ ＢＲ ） ＣＢＯ形成開路或（和） Ｖ （ ＢＲ ） ＥＢＯ 形成通路。進一步對失效微波功率模塊進行粗檢漏與開蓋失效分析，粗檢漏發(fā)現(xiàn)樣品的瓷帽表面出現(xiàn)連續(xù)氣泡，開蓋發(fā)現(xiàn)失效內(nèi)部有大量氟油浸入，表明器件漏氣嚴重，有器件管芯及對應(yīng)的輸出電容均出現(xiàn)嚴重燒毀，輸入網(wǎng)絡(luò)中部分發(fā)射極引線熔斷，兩級輸入匹配電容基本完整，燒毀現(xiàn)象反應(yīng)單管輸出端出現(xiàn)了嚴重失配。

２．２ 失效原因定位

根據(jù)該微波功率模塊在 T／R 組件的使用條件和上述故障現(xiàn)象，分析可能導致故障的原因，在此基礎(chǔ)上建立微波功率模塊故障樹模型（見圖１ ）。依據(jù)建立的故障樹模型對７個末端因素進行逐項確認。

圖１微波功率模塊故障樹模型

２．２．１ 使用條件

由于此失效微波功率模塊在－４０ ℃低溫環(huán)境進行試驗，對此微波功率模塊的數(shù)據(jù)信息進行查看，發(fā)現(xiàn)其最低使用溫度是－３０ ℃ 。由于此微波功率模塊是國外供貨，設(shè)計階段沒有比這個更高環(huán)境適應(yīng)性的器件。所以，對此微波功率模塊進行 －４０ ℃低溫環(huán)境試驗，從 ３００ 塊微波功率模塊中抽取 ５０ 塊進行試驗，試驗數(shù)據(jù)表明，此微波功率模塊在－４０℃低溫環(huán)境下可以正常工作。

２．２．２ 射頻過激勵

根據(jù)此微波功率模塊使用條件可知，頻率范圍為３．１～３．５ＧＨｚ ，射頻激勵功率為２０～２５Ｗ ，激勵信號形式為脈沖調(diào)制信號，脈沖寬度為８０ μ ｓ ，周期為１ｍｓ ，正常工作輸出功率為１３０～１７０ Ｗ 。由于供給此微波功率模塊的微波信號是由５５ Ｗ 的功率管進行功率分配而來，經(jīng)過調(diào)試檢測可知，其每個端口的輸出功率為２５～３５Ｗ ，超出微波功率模塊的額定輸入功率。微波功率管外圍電路圖如圖２所示。

圖２微波功率管外圍電路圖

２．２．３ 過熱

由于此微波功率模塊是功率器件，在設(shè)計初期進行了此模塊的熱設(shè)計，有效保證了此模塊的散熱性能，而且此微波功率模塊在高溫下沒有發(fā)生失效情況，可以認為微波功率模塊及其周圍的電路在熱設(shè)計方面是符合技術(shù)要求的。

２．２．４ 過電壓

對微波功率模塊的 ３６Ｖ 電壓進行測量，其滿足微波功率模塊的使用要求。使用示波器對微波功率模塊的瞬間加電電壓進行檢測，由于在電源端使用大的電容對電源進行濾波，沒有不符合要求的涌動電壓，因此排除過電壓的因素。

２．２．５ 器件可靠性差

本微波功率模塊由該公司的中國總代理直接購貨，從源頭上保證了該微波功率模塊的批質(zhì)量。但是，以前該微波功率模塊由于相應(yīng)的測試技術(shù)條件所限，沒有進行入所前檢驗、篩選，裝機的微波功率模塊的質(zhì)量和性能指標不能完全掌握，給固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)乃至整機的性能帶來一定的隱患。所以，該微波功率模塊本身可靠性差是造成其損壞的一個重要原因。

２．２．６ 駐波大

微波功率級聯(lián)示意圖如圖３所示。在該微波功率模塊調(diào)試過程中，由于該電路還很難建立較佳的級間匹配狀態(tài)，每個模塊的輸入和輸出都存在一定的失配，此微波功率模塊可能需要承受超過３∶１的駐波，此時模塊燒毀可能主要因為無法承受輸出端口駐波超過３∶１的失配狀態(tài)。每個模塊中２個器件的工作狀態(tài)不可能完全一致，輸入端會出現(xiàn)或多或少的不等激勵，２ 只器件輸出端因失配而承受的反射功率也不盡相同，而該微波功率模塊只能承受３∶１以下的駐波。所以，此電路的反射駐波大是造成該微波功率模塊損壞的一個重要原因。

圖３微波功率級聯(lián)示意圖

２．２．７ 電路自激

如果電路自激問題在產(chǎn)品設(shè)計時已經(jīng)引入，則此現(xiàn)象在產(chǎn)品設(shè)計定型前應(yīng)該大批量出現(xiàn)，再加上電路有防止電路自激的應(yīng)用電路。所以，由本身電路自激而引起的微波功率模塊損壞的可能性比較小。

３ 微波功率模塊故障解決措施

３．１ 解決措施

由于該雷達產(chǎn)品使用條件較為苛刻，現(xiàn)階段使用的微波功率模塊的溫度范圍不能達到該產(chǎn)品的使用環(huán)境范圍。根據(jù)微波功率模塊的設(shè)計原理和使用方法，有如下處理辦法：

１ ） 另外選用合適溫度范圍內(nèi)的微波功率模塊，使其溫度范圍與該雷達產(chǎn)品的溫度范圍相匹配，達到該雷達的環(huán)境要求；

２ ） 由于該微波功率模塊設(shè)計的溫度有盈余性，對現(xiàn)使用的微波功率模塊進行 －４０℃ 低溫環(huán)境試驗，把低溫適應(yīng)性不好的微波功率模塊進行淘汰處理，禁止其裝機調(diào)試，并流入下一環(huán)節(jié)。根據(jù)微波功率模塊的質(zhì)量需求，編制中國兵器工業(yè)集團公司標準 Ｑ ／ ＣＮＧ１０９ —２０１７ 《雷達、通信與火控系統(tǒng)用電子元器件二次篩選技術(shù)要求》 ，保障微波功率模塊的檢驗質(zhì)量，有效提高產(chǎn)品上機質(zhì)量。

按照要求對此微波功率模塊進行嚴格的全參數(shù)測試、環(huán)境應(yīng)力篩選和功率老煉，保證每個微波功率模塊達到技術(shù)要求，并對失效的微波功率模塊進行淘汰處理。

由于微波功率模塊的輸入功率存在超出其額定功率的要求，形成射頻過激勵。規(guī)范該微波功率模塊前端電路的調(diào)試細則，對微波功率模塊的輸入功率進行全頻段監(jiān)控，使其在該微波功率模塊的額定輸入功率之內(nèi)，但又要保證其輸出功率的正常性。

規(guī)范該固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)的電路調(diào)試細則，建立較佳的級間匹配狀態(tài)，把每個模塊的輸入和輸出都存在的失配降到最小，把輸入端會出現(xiàn)或多或少的不等激勵降到最低，使其電路產(chǎn)生的駐波不超過該微波功率模塊的承受范圍。

３．２ 解決措施實施結(jié)果

經(jīng)過采取上述措施進行改進，通過制定相應(yīng)的調(diào)試細則，該雷達固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)已完成一套 T／R 組件，共計１７８個微波功率模塊的調(diào)試，僅一只微波功率模塊在剛加電時，出現(xiàn)無功率輸出現(xiàn)象，其余在經(jīng)過常溫測試、功率老煉、低溫測試、高溫測試和振動試驗等試驗后，均正常工作。上述措施的實施，改進了固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)的調(diào)試方法，提高了固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)乃至整機的可靠性，降低了該產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

４ 結(jié)語

對某批次一套固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)（共計 １７８ 個微波功率模塊）進行跟蹤試驗，均采取了上述解決方法，在固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)與總站的調(diào)試交驗過程中，均未再次出現(xiàn)該微波功率模塊大面積損壞的現(xiàn)象。微波功率模塊故障的徹底排除，使固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)的故障率大大降低，很好地保證了固態(tài)收發(fā)系統(tǒng)及雷達整機的穩(wěn)定性和可靠性，并大幅度降低了生產(chǎn)成本，具有一定的借鑒意義。（參考文獻略）

作者：馮歡歡，惠好鵬，汪蓓，付耀龍

責任編輯：haq