超导接收机原材料与元器件优选手册的编制方法

贾黎

一、超导接收机的作用与意义

超导接收机是以超导滤波器和低温放大器为核心，采用制冷方式使接收前端器件处于77K以下温度工作，从而获得极低的噪声温度，并将微弱射频信号进行放大的接收组件。近年来在探月工程、火星探测等项目上，超导接收机得到了广泛的应用，推动了超导电子技术的进步。目前超导滤波器、低温放大器已经有型谱系列产品，并形成批量生产能力；小型化超导接收机逐渐在尖端武器上投入使用。随着超导接收机小型化技术的成熟，在雷达、电子侦察、军用通信、卫星通信等诸多领域均有应用需求。

随着市场经济的迅速发展，企业在市场上的竞争越来越表现为产品质量的竞争。超导接收机原材料与元器件的选型决定了产品质量的优劣，没有性能优良的原材料与元器件，即使采用先进的设计、工艺方法，也很难制造出高质量的产品。因此原材料与元器件的选型是影响产品质量的重要因素之一。近几年，随着与国际市场的接轨、新技术的推动和应用，原材料与元器件方面的国家标准、行业标准变动很大。在这种形势下，企业如何把好原材料与元器件质量关，更好地贯彻国家标准、行业标准，做好“超导接收机原材料与元器件优选手册”（以下简称“手册”）的编制工作，成为目前亟需解决的问题。

二、产品的组成与功能

超导接收机主要以超导滤波器和低温放大器为核心，以制冷机和真空杜瓦封装为真空制冷支撑的接收前端组件。其典型功能是作为信道化超导滤波放大系统，能够有效滤除带外干扰信号和降低噪声系统，提升系统干扰能力和接收灵敏度。

超导接收机主要由微波子系统、制冷机与杜瓦子系统及电源与控制子系统三大部分组成。微波子系统根据实际应用需求主要由隔热传输线装置、超导滤波器（陷波器）、低温LNA、低温开关、低温限幅器、常温放大器、隔离器以及各种连接馈线等组成。实现对接收微波信号的低噪声放大、滤波放大并抑制强干扰信号，提升系统接收灵敏度。制冷机与杜瓦子系统通过制冷机制冷的方式提供微波单元低温器件工作所需要的低温环境。电源与控制子系统提供低温LNA和常温放大器等直流电压/电源，并检测温度、真空度等参数以RS-422串口形式输出显示，并提供制冷机驱动，实现定点控温。

三、编制思路和内容

1.编制思路。编制组人员根据超导接收机功能特性，确定功能较为独立的各种模块，自上而下进行分类，也是根据用户应用需求、产品市场发展趋势及产品本身特性进行产品功能模块的总体划分，基于功能模块的分解，开展了手册的编制。根据功能模块的分类分析，具体模块分类如下：（1）微波子系统。该模块根据工作温度分为低温单元和常温单元，低温单元包括输入/输出传输线、低温开关、低温放大器、超导滤波器、超导陷波器、低温限幅器；常温单元包括常温开关、常温放大器、常温滤波器。（2）制冷机与杜瓦子系统。该模块包括制冷单元和真空杜瓦单元。根据制冷温度与制冷量，制冷单元分为G-M制冷机、分置式斯特林制冷机和气体轴承制冷机；真空杜瓦单元包括吸气剂模块、真空杜瓦、辐射屏模块和真空阀门模块。（3）电源与控制子系统。该模块包括由分置式制冷机驱动模块和气体轴承式制冷驱动模块组成的制冷机驱动控制单元和由电源底板模块、人机界面模块、放大器电源模块、主控模块和接口扩展模块组成的微波供电控制单元。

接下来，编制组人员对超导接收机产品的设计文件和工艺文件中统计原材料和元器件的使用情况，从采购部统计原材料和元器件的供货情况，从质量部统计出原材料和元器件的质量情况，对以上数据进行了分析、判断，对原材料和元器件的品种、规格进行了压缩和优选，同时又增加了一些技术先进、质量可靠的新品种。由于电子元器件的大部分厂家都采用企业标准，更新换代快，必须要到各个厂家收集标准资料。通过调研，编制组将收集到的标准进行了分类，编制人员对每一项标准都进行了认真仔细地研究和对比，确定了编制目录。

2.具体研究内容。低温超导接收机各功能零部件杂而多，因此其组成不同功能零部件所用原材料、元器件品种规格也不统一。在研究过程中需对各零部件模块所用材料、元器件进行统计、分析。根据应用部位、应用环境等方面的信息对其品种规格进行压缩，优选出通用性强、应用范围较广的原材料和元器件。

其研究过程主要是进行功能模块的分类统计分析，即统计分析各功能模块各类原材料及元器件的使用情况，再进行优选控制。例如就低温放大器来说，其材料及元器件主要包括金属腔体材料、印制板基片、场效应管/单片、阻容电感、接插件、紧固件几大类。下面以其为例进行优选说明。

低温放大器腔体通常采用导热性良好的无氧铜或铝合金等材料，综合考虑导热性对制冷效率，以及重量对制冷机冷指的可靠性影响，建议采用铝合金作为优选材料，虽然导热率较铜差，但同尺寸下热容较小且重量轻，在震动冲击下对冷指的应力低，减小制冷机降温时间。

超导接收机印制板基片应用的多为温度稳定性极强的微波介质基片，常用型号有RT/duroid5880、RO4350、RO3003等，为复合介质基片，温度稳定性好，在标准情况下介电常数温度系数小于50ppm/℃，可在很宽的温区保持介电常数的恒定。同时TMM3＼TMM4材料具有等方向性的热传导特性，将热量传导给铜板，所以可以加工一致性很好的过孔，具有很小的边缘效应，另外，TMM3＼TMM4的热传导性大概是传统的PTFE或陶瓷介质的两倍，很容易热量散失，非常適合于低温设计。就目前应用来说，TMM3＼TMM4与RO4350基片在超导接收机应用较多，且介质常数较高，更易实现小型化设计，为优选材料。

场效应管、单片的优选原则为具备成功应用案例，能保证设计的可实现性和可靠性。

阻容电感器件的优选，主要从性能影响来进行控制。对于参与电路匹配的阻容电感器件，应选取低温性能稳定的产品（ATC-600S系列等）；考虑到设计成本，对于起滤波、衰减作用的阻容器件可选取常规型号（CC41系列等）。

接插件优选与接口结构密切相关，综合考虑其应用范围和接口结构的小型化，优选器件为两种型号，分别是KFD814和KFD95。

因此，依据以上优选方法，编制组对各功能模块进行分类，性能优良、供货稳定、使用范围广且经使用验证质量可靠的原材料和元器件优选入选手册。在手册内容上提供原材料及元器件的名称、型号、规格、封装形式、执行标准、质量等级、代用组、应用范围、产地等信息，这样给设计师提供一个较全面的技术参数，使之全面地了解所选材料和器件的性能，进行选型。

在编制内容上，手册分为两册，分别是：《原材料优选手册》、《元器件优选手册》。《原材料优选手册》分为三类，分别是金属材料、非金属材料和电路基板，共计18种；《元器件优选手册》分为七类，分别是阻容电感、半导体器件、集成电路、低频连接器、微波连接器、继电器及其他类，共计55种。这样分类有利于设计师和采购、生产各部门人员的选用。

3.评审及发布。编制组人员在确定初步方案的基础上，完成了该手册的征求意见稿，并发往研发部、工艺部、采购部征询意见。根据反馈的意见，编制组对手册内容及格式进行了修订。修订后，由所内科技委专家组成评审小组对手册进行评审。评审过程中，评审组专家严格把关，从优选性、通用性、有效性、先进性、可操作性、内部意见等六个方面提出意见，确保手册的质量。经过编制组一年多的努力，修订后的手册完成报批工作，在所内发布实施。研发部、工艺部和相关部门进行了宣贯学习，反映良好。

四、结束语

该手册中所有的标准均来自现行的国家标准、行业标准和企业标准。数据来源可靠，标准信息新，具有一定的权威性和指导作用。每本手册技术参数完整，并配有图形尺寸，内容全面丰富、实用性强，编排有目次，查找准确快捷。

该手册对超导接收机原材料和元器件进行了优选压缩，保证了产品质量，把好了科研生产的第一道关，并为设计人员、工艺人员等相关人员的工作带来了很大方便，缩短了产品的研制周期，给企业带来了直接和间接的经济效益。该手册的编制完善了超导接收机的标准体系，为超导接收机标准的制定提供了依据。

（作者单位：中国电子科技集团公司第十六研究所）