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 組件應用先進的微波單片集成電路（ ＭＭＩＣ ）優(yōu)化設計，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、相關技術人員共同參與，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，有器件管芯及對應的輸出電容均出現(xiàn)嚴重燒毀，輸入網(wǎng)絡中部分發(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，設計階段沒有比這個更高環(huán)境適應性的器件。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，在設計初期進行了此模塊的熱設計，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計方面是符合技術要求的。

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的測試技術條件所限，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)品設計時已經(jīng)引入，則此現(xiàn)象在產(chǎn)品設計定型前應該大批量出現(xiàn)，再加上電路有防止電路自激的應用電路。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)境應力篩選和功率老煉，保證每個微波功率模塊達到技術要求，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