第二天清晨,吕辰三人吃过早饭,在校门口与郑老师汇合。
经过警卫的严格检查后,一起来到微波技术与高频电路实验室。
郑老师边走边介绍微波实验室的基本情况,1958年苏联专家帮助建立实验室,后来苏联撤援,但设备和基础留了下来,这些年教研一体,在雷达、通信领域做了不少工作。
一楼最大的实验室约有二百平米,靠墙摆放着一排深灰色的机柜,上面布满了旋钮、表头、指示灯和示波器屏幕。
房间中央是几张宽大的实验台,上面散落着各种微波器件,波导管、耦合器、谐振腔、天线阵列模型,还有用有机玻璃封装的各种滤波器、放大器模块。
有从民主德国进口的HP-855A频谱分析仪,频率范围到1GHz;有苏联产的UKB-3型网络分析仪,能做S参数测量;也有自制的微波信号源和功率计……
总体上来说,比西方最新产品落后一代。
但经过成电的反复校准和维护,基本参数还是可靠的。
郑老师走到一台示波器前,打开电源。
绿色的扫描线亮起,有些抖动,但很快稳定下来。
“这台示波器是1955年产的,带宽只有20MHz。”郑老师拍了拍机壳,“但在我们手里,它见证了第一套国产微波中继通信系统的调试,也测过歼击机雷达天线的方向图。设备老不老,关键看用的人。”
吴国华俯身仔细观察那些微波器件:“郑老师,这些滤波器、放大器都是你们自己设计的?”
“大部分是。”郑老师从实验台上拿起一个银色的腔体滤波器,“比如这个,中心频率960MHz,带宽30MHz,用于某型警戒雷达的接收前端。设计是我们做的,加工是委托成都前锋无线电仪器厂做的。铝材切削、表面镀银、调谐螺钉,每一个环节都摸索了很久。”
他打开滤波器一侧的盖板,露出内部精密的谐振腔结构:“最难的是调谐,每个谐振腔都要用特制的小扳手反复调整螺钉深度,配合网络分析仪一点点找最佳点。一个八腔滤波器,调好要两天时间,全凭手感加仪器。”
这种毫米波段的腔体滤波器,对加工精度和装配工艺的要求极高。
成电能在简陋条件下做出这样的器件,证明了他们在高频机械设计和精密加工方面有深厚的积累。
郑老师领着三人来到实验室里侧的一个工作台。
台上摆放着一套复杂的测试系统,微波信号源通过同轴电缆连接到一个金属屏蔽盒,盒子上伸出多根线缆连接到示波器和频谱仪。
打开屏蔽盒,里面是一块约巴掌大小的电路板。板子是一种深褐色的陶瓷基板。
板上用银浆印刷着精细的微带线图案,几个芝麻大小的半导体器件焊接在线端。
“这是我们在研的S波段低噪声放大器。”郑老师介绍,“频率2.3-2.5GHz,噪声系数目标3dB以下。基板用的是九五瓷,介电常数9.6,适合高频。晶体管是从苏联进口的2T312A,截止频率大概4GHz。”
钱兰凑近观察:“这个匹配网络设计很精巧,是用史密斯圆图算出来的?”
“对!”郑老师有些惊讶地看着钱兰,“钱工懂这个?”
“学过基础理论。”钱兰谦虚地说,“但实际设计还是第一次见到。郑老师,这样的放大器,一般要调哪些参数?”
郑老师拿出一本厚厚的实验记录本,翻开其中一页:“主要调输入输出匹配网络中的微带线长度和并联电容。你看,这是我们记录的调试数据:每改变0.5线长,驻波比变化0.1;并联电容从0.5pF增加到1pF,中心频率偏移15MHz……”
记录本上密密麻麻写满了数据,还贴着手绘的史密斯圆图和频率响应曲线,字迹工整,图表清晰,透着一股严谨的科学精神。
钱兰仔细研究那些曲线:“郑老师,2.4GHz附近这个谐振点,Q值很高,是有意设计的?”
“观察得仔细!”郑老师赞许道,“这是为了抑制镜像频率干扰。我们在这个频段有个很强的干扰源,所以在放大链中特意加了一个窄带滤波器。Q值高意味着选择性好,但代价是通带变窄、插入损耗增加,这是折中的艺术。”
成电在高频电路设计方面,已经形成了从理论计算、器件选型、版图设计到实验调试的完整方法论。
虽然设备简陋,但方法论是先进的。
离开微波实验室,他们来到隔壁的真空电子与器件实验室。
这个实验室被分成几个区域,一侧是几台圆柱形的真空镀膜机,银白色的腔体上布满了观察窗、电极接口和真空计接口;另一侧是几个真空试验舱,舱门厚实,配有双层玻璃观察窗;中间是控制台,上面密密麻麻的仪表、记录仪和手动阀门让人眼花缭乱。
一位五十多岁的研究员正在调试一台镀膜机。
看到郑老师进来,他关掉设备,摘下手套走过来。
“老郑,带客人来了?”
“李工,这三位是北京红星所的专家,吕辰、吴国华、钱兰同志。”郑老师介绍,“这位是李昱才老师,咱们真空实验室的元老,从上海交大迁校时就来了。”
李工与三人一一握手:“欢迎欢迎。北京来的专家,是来看我们的土设备吧?”
他的语气里带着几分自嘲,但眼神中透着自豪。
吕辰连忙说:“李工客气了,我们来的路上就听说,成电的真空技术在全国都是一流的,特别是在高频器件封装方面,有很多独到之处。”
李工的脸色缓和了些:“一流谈不上,但确实解决了一些实际问题。来,看看我们这台老家伙。”
他带众人走到那台真空镀膜机前:“这台是59年从民主德国进口的,当时是为了研制微波电子管——行波管、速调管这些,现在用来做高频晶体管的真空封装。”
他打开控制柜的门,里面是令人眼花缭乱的继电器、定时器、电压电流表:“全手动控制,抽真空分三级,前级机械泵抽到10^-2帕,开扩散泵抽到10^-4帕,最后用分子泵抽到10^-6帕。每一步都要看真空计读数,手动开关阀门,控制加热电流。”
吴国华仔细看着有些褪色的标签:“李工,抽到10^-6帕要多长时间?”
李工的语气有些无奈:“顺利的话,八个小时,但经常不顺利。密封圈老化、真空脂干涸、系统有微漏……”
“那镀膜过程呢?”
“更麻烦。”李工指着设备另一侧一个透明的石英窗口,“镀金、镀铝、镀二氧化硅,不同的材料用不同的蒸发源。金用钨丝篮蒸发,铝用钽舟,二氧化硅用电子束轰击。蒸发速率、基片温度、旋转速度,全凭经验控制。”
吕辰翻开操作台上的厚厚日志,上面记录着每次实验的参数、现象、结果。
随便打开一页:1962年3月17日,样品编号VT-312,镀金膜。真空度5.6×10^-6托,基片温度150℃,钨丝电流85A,蒸发时间3分20秒。膜厚约800?(用多光束干涉仪测量),均匀性±15%,附着力良好(胶带测试通过)……”
记录详细得令人惊叹,连当天的大气压力和实验室温度都有记载。
“李工,你们测量膜厚用什么方法?”吕辰问。
李工从抽屉里拿出一套光学器件:“这是自制的多光束干涉仪,原理是从英国文献上看来的,在基片上贴一小块玻璃片,镀膜后在交界处会产生干涉条纹。数条纹数,根据光的波长算膜厚,精度能达到几十埃。”
他又拿出几片不同颜色的玻璃片:“这是‘比色法’,把镀好的膜和标准色板对比,根据颜色判断膜厚范围。经验丰富的老师傅,用这个办法能估到100?以内。”
虽然精度和效率无法与国外先进水平相比,但方法论是科学的,数据是真实的。
离开真空实验室,郑老师又带他们参观了材料分析与半导体实验室、脉冲电路与数字逻辑实验室、环境可靠性测试平台。
每一个实验室,都让吕辰三人既感慨又振奋。
参观完所有实验室,已是中午时分。
郑老师带他们在学校食堂简单用餐。
饭后,四人来到行政楼的一间会议室。
下午两点,会议室里陆续坐满了人,除了昨天见过的王振华、李建国、张明远三位老师,还有微电子系的王主任,以及相关专业的十多位教授、讲师。
王主任五十多岁,头发花白,戴着黑框眼镜,有着典型的知识分子气质。
他起身与吕辰三人一一握手:“欢迎三位同志,老郑已经向我汇报了,为‘星河计划’寻找高频领域的技术支持,我们成电很感兴趣。”
众人落座后,王主任开门见山:“咱们就不客套了,直接进入正题。吕辰同志,能否先介绍一下‘星河计划’目前的进展,以及你们在高频领域遇到的具体问题?”
吕辰起身,在会议室的黑板上画了一个简图,开始介绍起来:“……目前我们已经建立了从设计、制造到测试的完整技术链,掌握了5微米工艺……”