中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽 合肥 230088
摘要：数字阵列雷达就是指接收和发射波束全部以数字方式来实现的数字化雷达。DAM 是数字阵列雷达的核心部件，它集成了波形产生、本振频率源、发射激励以及数字接收机的功能。在数字阵列雷达中，往往使用几十个乃至几千个DAM 模块，DAM的数量占设备量的比例高达70% 以上。因此DAM的可靠性对整部雷达的影响非常重大。鉴于此，本文是对数字陈列模块的可靠性进行研究，仅供参考。
关键词：数字阵列模块；可靠性；电磁兼容；老炼
引言：数字阵列雷达（Digital Array Module，DAM）是一种接收和发射波束都以数字方式实现的全数字相控陈雷达，以大动态范围、多波束、低损耗、低副瓣等优点受到广泛应用。数字阵列模块（Digital Array Module，DAM）是采用集成技术、数字收发技术、光电调制解调技术，完成雷达视频收发数字化及数据预处理功能，实现大容量数据传输（一般通过光纤）的数字化收发模块。DAM例行试验（又名C组试验）是DAM质量一致性检验的一个重要组成部分，是检验DAM承受各种恶劣环境能力的方法，也是整机在出所前必须完成的质量检验项目。DAM组件环境试验测试需要按照质量程序文件规定比例专门抽取若干个DAM组件做环境适应性试验，需要进行低温、高温、温度冲击、温度高度、振动（含功能振动和耐久振动），功能冲击、交变湿热等试验，测试的电性能指标包括接收镜像抑制度、接收信噪比、发射峰值功率和发射脉内信噪比，单套做下来需要2.5月。为了节约仪表设备，考虑建设二合一DAM环试自动测试系统，利用矩阵开关切换仪表、分时测试，实现两路DAM自动测试，提高测试效率，减少占用环境资源时间。
一、DAM 简介
DAM 是 Digital Array Module （数字阵列模块）的缩写，一般会包含几路乃至几十路收发通道，通常是由模拟 TR 前端、数字接收机、本振频率源、发射激励以及 DDS 组成。它集成了完整的发射系统和接收系统。发射时，由 DDS根据工作模式产生一定频率、相位、脉宽、带宽以及调制形式的中频信号，再经过混频处理，得到雷达所需的射频信号，经由发射功率模块将信号功率放大送至天线阵列。接收时，由TR 前端接收天线单元的微弱回波信号，经过预选放大之后进行下变频处理成中频信号，再由数字接收机对中频信号进行A/D 转换，数字下变频后形成IQ数字信号。
具体工作时，通过计算机对信号源（AV1464A）的频率、功率等参数进行设置，通过功率计（AV2441）对被测组件发射峰值功率进行测试，通过频谱仪（AV4036E）对被测组件发射通道脉内信噪比进行测试。对被测组件接收通道信噪比和I/Q镜像抑制的指标则通过数据接口模块进行分析计算所得。
为了保证测试系统一体化，液冷源在设计时直接集成在测试机柜的下部空间，通过管道实现与负载设备的液体工质循环，带走负载设备工作时所产生的热量。液冷机组由压缩制冷单元、电加热单元、循环单元、控制单元四个独立功能单元组成，各单元结构为模块设计。机组的使用功能要求为：（一）在系统工作工况下满足散热要求，并保持温度、流量、压力的稳定；（二）实时监控系统运行状态；（三）功能元器件出现故障时，实时对故障设备和故障状态进行判断；（四）在不拆卸机组主要零部件、不改变整体结构的情况下，对各功能器件进行维修和性能检测。液冷源的冷却形式：一次水冷+二次风冷冷却，冷却方式为压缩机制冷；制冷量达到2KW，满足组件环试时的制冷需求。
三、提高可靠性的几种方法
（1）采取应力筛选加常温老炼的方法
单通道性能下降的故障基本集中在 TR 前端的元器件问题和工艺缺陷上，这些都是属于早期失效。 而电子元器件在生命周期内的失效分布呈 " 浴盆曲线 " ，曲线表明，产品装配完成即进入早期失效。 产品早期失效的模式是元器件及工艺的缺陷，是需要 10～100 小时的工作时间才能完成其暴露过程。为了使早期失效故障暴露在前期调试，从而使得整机工作进入可靠性稳定阶段，就需要采取筛选加老炼的方法进行可靠性试验。工程经验表明，环境应力筛选试验能暴露10% 左右的故障。而老炼会再暴露40% 左右的故障。老炼就是对 DAM 施加适当的电应力，使其潜在的元器件及工艺缺陷加速成为故障暴露，并加以发现和排除的过程。通用的DAM老炼系统由测试机柜、测试适配器、测试软件三部分构成，其工作原理如图 2 所示。通用老炼系统的硬件由电源子系统、时钟子系统、检测子系统、冷却子系统、 控制子系统以及适配器组成。由控制子系统发送工作模式、频率代码等控制信号给DAM，同时控制电源、冷却系统进行工作，检测子系统将检测到的 DAM 的状态实时传回给控制系统进行分析处理并显示监控。老炼系统采用开放式架构，测试系统中所有设备都遵循固定的协议，用户可以利用协议与设备通讯。
图 2 通用老炼测试机柜工作原理
通过老炼，DAM 加速暴露了工艺缺陷和元器件的早期失效问题。 实验表明， DAM 通过筛选和老炼能将可靠性提高 50%左右。
（2）增强抗干扰能力
DAM 是收发一体，集成度高，数字、模拟电路混合设计，因而 DAM 内部的电磁环境十分复杂，若电磁兼容性设计不够完善，则会在 DAM 内部发生串扰，同时也降低了抗干扰的性能。
① 电源干扰
电源干扰主要包括两种： 电源自身干扰和电源传导干扰。消除电源自身干扰的办法是在电源模块输出前加 DC-DC 稳压电路，降低输出纹波。消除电源传导干扰，最有效的方法是隔离和滤波。
② 外界辐射干扰
外界辐射干扰通过三种途径进入 DAM 来干扰电路正常稳定工作。一是通过DAM 壳体直接透射进入DAM 内部电路。在DAM 壳体设计时，应采用铝等良导体，同时DAM壳体厚度应远大于工作频率的相应趋肤深度。二是通过DAM 壳体四周缝隙进入DAM 内部电路。工程设计时， DAM 壳体四周密封时一定要采用导电密封垫，使得整个DAM 形成一个完整的良导体，抑制干扰进入DAM 内部电路。三是通过 DAM 外部接插件进入DAM 内部电路。工程设计时在电源接、时钟接插件的引针输入端加滤波电容，以滤除干扰。同时，应将DAM组件所有的外部连接电缆套上屏蔽，并且要包裹严密。还要考虑到外部连接接口，外部连接控制线尽量使用422 接口，尤其是敏感控制信号，触发、串行时钟等。
③DAM 内部频率点源组合干扰
DAM 体积小、各种信号功率电平大，对应谐波也大，因此各谐波组合成分一旦落入雷达工作频带内就形成干扰， 影响DAM 系统性能。工程设计时，要对数字接收和发射波形的时钟进行隔离和屏蔽，同时在时钟输出前要各自进行滤波，抑制谐波成分。
结束语
综上所述，要提高数字阵列模块的可靠性， 需要在设计阶段将电磁兼容考虑进去，同时针对可能出现的各种干扰采取相应的措施进行设计。另外，在制造调试阶段，需要对 DAM 进行环境应力筛选和常温老炼试验，使其消除早期失效故障。工程实践表明，通过文中探讨的方法，能将 DAM 的可靠性提高 30%～50% 。对于如何进一步提高 DAM 的可靠性，还有待于进一步的研究和探索。
参考文献
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论文作者:马小芳
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/22
标签：数字论文; 阵列论文; 干扰论文; 可靠性论文; 测试论文; 模块论文; 子系统论文; 《防护工程》2017年第26期论文;