微波器件射频动态老化系统

摘 要

在微波器件应用领域不断扩展的趋势下，对微波器件可靠性的要求也在日益提升。在评估微波器件的可靠性时，射频动态老化试验是非常重要的一个试验。试验系统的实用性、经济型和可靠性对评估的准确性和安全性有着直接的影响。文章将微波混频器作为研究对象，搭建了射频动态老化系统，提高了电路系统的稳定性。实践证明，利用此系统可以更好地完成微波器件的老化过程，相较于静态老化系统有了显著的改进和提升。

【关键词】微波器件 射频动态老化试验 混频器

近年来，微波器件被广泛地应用在各种高科技领域，在微波器件应用过程中，其是否可以安全可靠的发挥作用至关重要。为了可以更好地研究微波器件相关性能，同时使得微波器件投入使用后，具有和评价过程中一致的性能，要求对微波器件进行评价时，必须将微波器件放置于类似实际应用环境中。如果存在早期失效的微波器件，在对其进行评价的过程中，要将其剔除，另外，微波器件的老化试验也是最能体现微波器件性能的基本试验。老化试验常用的方式是直流老化。直流老化可以对微波器件的性能进行评价，但因為直流老化的过程和微波器件具体实际的工作状态有差别，没有重视微波器件在一定条件下的电应力，所以具体的评价结果和微波器件的真实性能有一定的出入，直流老化通常是以单一热应力模拟器件的工作状态。微波器件的使用寿命是微波器件最重要的应用参数之一，相对于直流试验，能更好地反映这项参数的评价方式是射频动态老化试验，因为在微波期间老化试验的过程中，试验条件相对苛刻，试验数量相对较多，试验时间相对较长，输出的功率也相对较高，如果在老化试验的过程中，搭建系统时仅仅应用功率计和微波号源，并不能长期运行于微波期间。为了可以实现微波器件射频动态老化，急需设计一种相对更为实用经济的微波器件射频动态老化系统。文章详尽地介绍了一款微波器件射频动态老化系统，这款系统是由混频器HMC144LH5的射频动态老化试验设计而来。

1 射频动态老化系统技术指标

依据混频器HMC144LH5射频动态老化具体的试验有如下要求：处于室温下的常规散热条件，具体的老化时间为240h，系统电阻在50Ω下，本振端所注入的射频信号具体频率为6.1GHz，功率为20dBm，中频端和射频端需设置50Ω阻抗匹配，在进行微波期间射频动态老化系统的设计过程中，需注意以下指标内容：

（1）需将微波射频动态老化系统的工作频率设置为：6.1±0.1GHz。

（2）最大输出功率设置为25dBm，需尽量控制设定值和实际输出值，使偏差<±0.3dBm。

（3）设置系统工作电压为交流电，电压大小为220V。

（4）所设计的系统需具备更稳定、时间更长的工作能力，上位机需及时采集射频输出功率以及直流参数，并要做好记录。

（5）控制系统的工作温度低于50℃。

（6）合理控制射频动态老化系统的经济性，使其成本控制在8000元内。

（7）合理调节系统工作频率，该射频系统工作的状态为点频状态，具体操作的时候应注意，因信号源来自不同系统，所以会出现一定的差异，需设置系统工作频率进行调节。精准地输入老化器件的微波功率，因为不管是所输入的频率过大还是过小，都会对老化器件产生一定的影响，如果过大，会损伤老化器件，如果过小，老化强度不充足，所以在控制的过程中，需凭借负反馈进行控制。射频动态老化系统如果上时间运行，必须保证其稳定性，此外，该系统对温度也有较为明确的要求。系统在工作的过程中，要求上位机具备足够的采集能力，因为需要实时记录样品的工作状态。

2 微波器件射频动态老化系统设计

2.1 微波器件射频动态老化系统的原理图

微波器件射频动态老化系统原理图如图1所示。

2.2 信号源的设计

文章涉及到的样品HMC441LH5属于宽带器件，所以该样品对系统频率的稳定度并没有过高的要求，文章所采用的射频信号源为VCO，没有必要加入锁相环，在频率输出过程中，所采用的方式是固定电阻分压控制，VCO内部设置有隔离放大器，这就造成输出的阻抗匹配并不会影响其震动频率。为了可以更好地对信号进行扩大，需将功率放大器安装在压缩衰减器的后端，这样就能将输出功率控制在25dBm。如果输出的功率超出老化功率5dB，通常有两个原因：VCO出现线路损耗或者后端的耦合器发生损耗；因为个体差异造成VCO输出功率不足。

2.3 射频信号功率的负反馈控制

信号源经过电路设计后，需和定向耦合器进行连接，当有信号源经过时，定向耦合器可将其进行耦合处理，然后输入功率检波器。操作检波器的过程中，需注意合理把控检波器的控制模式，控制端的输出电压必须经过精准的计算，调整为量级标准。这样做的目的是为了尽可能减小衰减器的衰减量。以上操作可将整个系统形成闭合环路，形成一定的反馈控制，从而保证提供给受试器件的电压更为稳定，不会损坏器件。

2.4 采集功能设计

在设计采集功能的过程中，搭配硬件电路所应用的是虚拟仪器软件，采集射频信号以及直流信号的功能是凭借虚拟仪器控制所实现。射频端和中频端的泄露射频信号的功率以及本振端输入功能是通过射频部分进行实时监测的，实时采集供电电源的电压电流信号是通过直流部分得以实现的。

数检波器可将射频功率信号转换为电压信号。在电压信号的处理过程中，采集后会通过上位计算机进行换算，形成微波功率值，及时精确地存入Excel文件以备后续工作需要。受试器件是否已经失效，需依据中频端具体的输出功率以及射频端具体的输出功率做出判断，另外，可根据存储数据对试验样品相关参数的变化情况进行分析。

供电电源所自带的信号功能可以对受试器件、电流信息、信号源以及检波器等模块的电压进行测试，供电电源的LAN通讯接口会将所采集到的信息及数据传输至上位计算机的虚拟仪器程序，这样就形成了虚拟仪器程序的实时采集以及故障报警功能。endprint

3 微波器件射频动态老化系统搭建

系統在工作的过程中，因为各种因素会造成器件局部温度发生变化，为了确保该系统在具体工作过程中，可以保持稳定性，需将系统中的每个模块都和散热板进行固定，模板之间再凭借电缆进行连接。该系统的上位计算机应用的是IBM公司生产的中档服务器。完成系统的搭建工作后，需具备如下性能指标：

（1）信号源的输出方式为点频输出，控制信号的输出频率为5～7GHz；系统最大的注频功率为25dBm；控制系统的频率稳定度处于±0.1GHz；保证衰减量是可以进行数控可调的，具体的调节范围处于0～30dB；

（2）可对信息进行实时的采集、显示以及存储。进一步完善电源电流和电压的采集能力，凭借上位机虚拟软件，可进一步实现系统的数据处理以及故障报警功能。

（3）控制系统的工作温度<50℃。

（4）经过相关的计算，需控制每通道射频动态老化系统成本在6000元以内。

4 试验验证利用

文章所搭建的系统是针对10只HMC144LH5为时240h的试验。在进行试验的过程中，需每间隔1h分别对本振端、中频端以及射频端进行一次采样工作，然后绘制通道的功率图。经相应的计算统计，得出本振端所注入的功率稳定度<±0.2dBm，射频端和中频端所输出的功率稳定度<±0.4dBm。经过对相关的试验数据进行分析后得出，对比传统的静态老化系统，微波器件射频动态老化系统相关水平具有更大的提高和改进，可以更好地完成老化过程。

5 结论

综上所述，为了可以更加准确地掌握微波器件的性能，需要生产单位和用户单位筛选和评价其可靠性。在进行可靠性评价试验时，要尽可能地和实际应用环境接近。本工程设计采用自主开发的射频冬天老化系统，不仅有效满足了射频元器件动态老化的基本需求，且极大地节省了施工成本，工程应用性较强，值得推广应用。

参考文献

[1]史保华，贾新章，张德胜.微电子器件可靠性[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[2]罗雯，魏建中，阳辉，等.电子元器件可靠性试验工程[M].北京：电子工业出版社，2005.

作者简介

廖富发（1987-），男，四川省成都市人。大学本科学历。从事电子元器件外购零部整件检验工作。

作者单位

中国电子科技集团公司第十研究所 四川省成都市 610036endprint