淺談固態(tài)組件的調(diào)試方法與可靠性

【摘要】本文從工程應(yīng)用的角度闡述了固態(tài)組件傳統(tǒng)調(diào)試方法及其固有缺陷、改進(jìn)措施及其對(duì)可靠性的貢獻(xiàn)，具體表現(xiàn)為：一是提高調(diào)試效率，降本增效；另一是提高可靠性，降低微波功率管的失效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

【關(guān)鍵詞】固態(tài)發(fā)射機(jī)；調(diào)試方法；可靠性；提高

1.引言

通常認(rèn)為，對(duì)于固態(tài)發(fā)射機(jī)而言，影響其可靠性的關(guān)鍵性因素主要在于其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工制造以及服役期的維護(hù)。基于此，傳統(tǒng)意義的批產(chǎn)調(diào)試環(huán)節(jié)，更傾向于界定為依據(jù)被調(diào)試件適用的技術(shù)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，而進(jìn)行的指標(biāo)符合性調(diào)試。

通過對(duì)現(xiàn)有固態(tài)發(fā)射機(jī)組件服役期間的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明80%的故障是傳統(tǒng)調(diào)試方法固有缺陷導(dǎo)致的故障隱患，在長(zhǎng)時(shí)間工作后引起的失效。傳統(tǒng)調(diào)試自身具有的固有缺陷，主要表現(xiàn)在未能從整體上考慮該環(huán)節(jié)對(duì)后續(xù)服役其可靠性的貢獻(xiàn)，而過多考慮批產(chǎn)效率。

2.傳統(tǒng)調(diào)試方法

傳統(tǒng)的調(diào)試方法定位在符合性調(diào)試，核心是通過對(duì)固態(tài)組件的調(diào)試，使其滿足相關(guān)指標(biāo)要求，即達(dá)到了調(diào)試目的，完成了調(diào)試任務(wù)。符合性調(diào)試在提高效率方面有積極的作用，但由于其存在內(nèi)在的固有缺陷，對(duì)生產(chǎn)控制環(huán)境提出了過高的要求。批產(chǎn)的目的是為了調(diào)高生產(chǎn)效率，其業(yè)績(jī)考核導(dǎo)向必定對(duì)員工有趨同性的引導(dǎo)，導(dǎo)致實(shí)際操作過程中，容易忽視組件調(diào)試質(zhì)量，而過分關(guān)注指標(biāo)與要求之間的符合性。傳統(tǒng)調(diào)試方法如圖2所示。

3.傳統(tǒng)調(diào)試的固有缺陷

3.1 缺陷來(lái)源

傳統(tǒng)調(diào)試定位在依據(jù)既定技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行符合性調(diào)試，出于提升批產(chǎn)環(huán)節(jié)的調(diào)試目的，在調(diào)試環(huán)節(jié)，調(diào)試人員存在固有偏好，即在調(diào)試質(zhì)量和調(diào)試效率之間，一致選擇后者。這種偏好易于導(dǎo)致固態(tài)組件在整體技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，存在一些固有缺陷：指標(biāo)潛能釋放不足、內(nèi)部指標(biāo)分配不均。

3.2 指標(biāo)潛能釋放不足

所謂指標(biāo)潛能釋放不足，是指固態(tài)組件經(jīng)過正常調(diào)試，其指標(biāo)相對(duì)于要求存在一定的富余量，但實(shí)際調(diào)試時(shí)未能完全釋放出該富余量。造成該現(xiàn)象的因素有兩種：一是內(nèi)部功率管輸入端駐波過大，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)不足；另一是內(nèi)部功率管輸出端駐波過大，導(dǎo)致輸出功率在輸出匹配電路上形成渦流。

3.3 內(nèi)部指標(biāo)分配不均

所謂內(nèi)部指標(biāo)分配不均，是基于固態(tài)組件內(nèi)部分級(jí)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)的情況下，整體指標(biāo)滿足要求，但在各級(jí)和各個(gè)模塊之間分配不合理的現(xiàn)象，導(dǎo)致部分模塊負(fù)擔(dān)過重。兩類缺陷示意圖（如圖1所示）：

4.傳統(tǒng)調(diào)試方法的優(yōu)化

4.1 一般性措施

固態(tài)發(fā)射機(jī)的放大鏈?zhǔn)峭ㄟ^多級(jí)放大器進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)所構(gòu)成，其中的前級(jí)放大器工作時(shí)的輸出功率于工作頻帶內(nèi)存在一定的起伏，如此在推動(dòng)后級(jí)功率放大器組件時(shí)，可能導(dǎo)致某些頻點(diǎn)存在過激勵(lì)或者欠激勵(lì)問題。而大部分功率放大器采取的是C類工作方式，這種放大器對(duì)激勵(lì)狀態(tài)的要求相對(duì)較高，過激勵(lì)或者欠激勵(lì)都可能對(duì)后級(jí)放大器具有的可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)試方法中存在的兩大類固有缺陷，提出三類措施：分級(jí)調(diào)試、指標(biāo)復(fù)核、熱成像分析。

4.2 分級(jí)調(diào)試

在固態(tài)組件調(diào)試過程中，指標(biāo)取樣點(diǎn)的層次決定組件內(nèi)部狀態(tài)了解的層次。當(dāng)只在組件輸出端設(shè)置指標(biāo)取樣點(diǎn)時(shí)，整個(gè)組態(tài)就視同一個(gè)黑匣子，內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)端口的指標(biāo)輸出，完全是未知狀態(tài)。傳統(tǒng)調(diào)試方法就是在既定輸入的情況下，在組件輸出端設(shè)置指標(biāo)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行調(diào)試。

通常情況下，固態(tài)組件內(nèi)部通過多級(jí)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)總功率輸出，在視同黑匣子調(diào)試方式下，各級(jí)工作狀態(tài)是否穩(wěn)定以及穩(wěn)定程度，無(wú)法監(jiān)測(cè)，這種調(diào)試方法帶來(lái)的缺陷就是組件內(nèi)部的工作情況完全未知，整體上看，指標(biāo)是滿足要求的，但內(nèi)部如果存在比如輸出匹配電路匹配不理想存在渦流的隱患，也無(wú)法及時(shí)排除。

針對(duì)這一缺陷，通過引入分級(jí)調(diào)試的措施，可以得到顯著改善，甚至消除。如圖3所示：

4.3 指標(biāo)復(fù)核

指標(biāo)復(fù)核，是指核對(duì)已調(diào)試件與既定指標(biāo)要求之間的符合程度。傳統(tǒng)指標(biāo)復(fù)核是以既定指標(biāo)要求為依據(jù)，評(píng)估組件調(diào)試后的技術(shù)狀態(tài)是否滿足相關(guān)要求。這種指標(biāo)復(fù)核的不足之處在于無(wú)法通過指標(biāo)數(shù)值發(fā)現(xiàn)背后存在的隱患。比如，（功率/指標(biāo)）<（電流/電流參考值），很可能表明存在“指標(biāo)潛能釋放不足”隱患，但單純地進(jìn)行指標(biāo)和要求之間核對(duì)，是無(wú)法發(fā)現(xiàn)類似調(diào)試缺陷。

因此，新增指標(biāo)復(fù)核環(huán)節(jié)，結(jié)合具體產(chǎn)品情況，設(shè)計(jì)一套有效的參考指標(biāo)體系，對(duì)完成調(diào)試工作的組件進(jìn)行指標(biāo)符合，發(fā)現(xiàn)存在的隱患，及時(shí)排出。

4.4 熱成像分析

采取分級(jí)調(diào)試和指標(biāo)復(fù)核措施，常見的隱患基本可以排除。但是，當(dāng)某一路功率管輸出匹配電路失配較嚴(yán)重而存在渦流時(shí)，分級(jí)調(diào)試端口指標(biāo)以及參數(shù)之間關(guān)系分析時(shí)可能無(wú)法發(fā)現(xiàn)，這時(shí)需要進(jìn)行熱成像分析。

其作用原理是：在組件調(diào)試完成后，在專用調(diào)試工裝上，對(duì)組件進(jìn)行大工作比烤機(jī)。待其進(jìn)入熱平衡后，在開蓋的情況下，對(duì)整個(gè)組件正面進(jìn)行熱成像，然后對(duì)成像進(jìn)行高溫點(diǎn)分析，評(píng)估是否存在異常的高溫點(diǎn)。當(dāng)某路功率管輸出匹配電路失配顯著時(shí)，由于熱耗散效應(yīng)，在圖像上是可以清晰地發(fā)現(xiàn)這些隱患導(dǎo)致的高溫點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)異常后，重新進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試，可以消除這些異常高溫點(diǎn)，從而避免功率管因?yàn)檩敵銎ヅ潆娐穱?yán)重失配，在長(zhǎng)時(shí)間工作后，導(dǎo)致失效。

尤其是進(jìn)入產(chǎn)品服役期間，這類失效事件，將顯著降低產(chǎn)品的可靠性。通過熱成像分析，可以有效消除這類隱患。

5.可靠性增長(zhǎng)分析

根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品服役期間的固態(tài)組件返修情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，80%以上的故障均因功率管失效造成，而這其中，因符合性調(diào)試帶來(lái)的調(diào)試缺陷導(dǎo)致的功率管失效因素貢獻(xiàn)了70%以上。

因此，對(duì)傳統(tǒng)調(diào)試方法進(jìn)行改進(jìn)，意義重大。通過總結(jié)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，上述三類措施，基本能消除或顯著降低固有缺陷帶來(lái)的隱患，使得整個(gè)固態(tài)組件服役期的故障返修率下降約50%，從而大幅提升產(chǎn)品服役期間的可靠性，進(jìn)而降低售服成本，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6.結(jié)束語(yǔ)

發(fā)射機(jī)的可靠性理論數(shù)值在設(shè)計(jì)完成時(shí)就已定性，如何達(dá)到理論的可靠性數(shù)值，則很大程度上，由調(diào)試方法決定了。良好的調(diào)試方法不但提高了固態(tài)組件的生產(chǎn)調(diào)試效率，縮短了生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，降本增效，這在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，至關(guān)重要；同時(shí)，還可以顯著降低固態(tài)組件服役期間的故障發(fā)生率，提高了發(fā)射機(jī)的可靠性，體現(xiàn)出固態(tài)化發(fā)射機(jī)的內(nèi)在高可靠性特征。此外，還需要在應(yīng)用中對(duì)經(jīng)驗(yàn)不斷地做出總結(jié)，以推動(dòng)固態(tài)發(fā)射機(jī)可靠性的進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：胡恒艷（1981—），男，安徽宿松人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所，研究方向：固態(tài)發(fā)射技術(shù)。