Book1 (Учебник Конструирование РЭС), страница 2

Первые радиолокационные станции (РЛС) появились в 1933 г.

Таким образом, можно говорить, что промышленное серийное производство РЭС началось примерно с 1930 г., а весь период развития конструкций РЭС занимает около 60 лет. Сложность РЭС увеличивается сейчас примерно в 10 раз за каждые пять лет.

Ламповая техника также непрерывно видоизменялась: лампы стек-
лянной и металлической серий, пальчиковые лампы, лампы серий
«дробь» и «желудь». Блочный метод компоновки заключался в выполнении конструкций крупных частей схемы в виде моноблоков, чаще

8

всего без кожухов, компонуемых в стойках и фермах и коммутируемых как внутри себя, так и между собой проволочно-жгутовым монтажом (рис. В.1). Основными недостатками конструкций этого поколения были малая унификация, неразвитая эксплуатационная взаимозаменяемость и, как следствие, низкая надежность. Однако при невысоком уровне сложности РЭС эти недостатки были не ^очень заметны. С усложнением РЭС появились требования крупносерийного производства, а именно: необходимость расчленения всей конструкции на более мелкие части и введения унификации этих частей. Это позволило упро-
стить сборочно-монтажные и регулировочные работы, уменьшить трудоемкость и стоимость, ввести поточный метод производства и повысить надежность. Такими первыми унифицированными конструкциями были унифицированные функциональные узлы (УФУ) «Элемент-1» на печатном монтаже и лампах типа «дробь» (рис. В.2). Как видим, произошли изменения в методах компоновки (от блочного к функционально-узловому) и монтажа (от проволочно-жгутового к печатному). Сами же лампы подверглись сильной миниатюризации. Все говорило о начале перехода к новому виду поколения.

Так и произошло: в 1954 г. появилось II поколение конструкций РЭС
— промышленная транзисторная техника (изобретение транзистора относится к 1948 г.). Миниатюрные лампы были заменены на транзисторы в корпусах ТО-5, а УФУ «Элемент-1» — на УФУ «Элемент-2» (рис.В.З). Функционально-узловой метод стал доминировать во многих конструкциях РЭС, в особенности с появлением и развитием средств вычислительной техники. Ламповая техника применялась в мощных радиопередающих устройствах на магнетронах, лампах бегущей и обратной волны (ЛБВ и ЛОВ), а также еще многие годы обеспечивала про-
мышленное производство телевизоров, где смена поколений в массовых тиражах не могла произойти в короткие сроки по техническим и
организационным причинам.

В период транзисторной техники возникло новое направление в конструировании РЭС — миниатюризация аппаратуры. Уменьшились размеры и массы пассивных ЭРЭ, транзисторов и трансформаторов, катушек индуктивностей и даже электронно-лучевых трубок. Появились новые конструкции функциональных узлов: плоские и объемные модули (рис. В.4),плоские и этажерочные микромодули (рис. В. 5), отличающиеся оригинальностью конструкций и монтажа и увеличением плотности упаковки элементов в объеме с 0,1 эл/см³ до 1,5...2 эл/см³ . Однако сохранение за дискретными ЭРЭ главной роли основного конструктивного элемента с частотой отказов  = 10^-6 ч^-1 не смогло существенно повлиять на надежность РЭС, и при все более увеличивающейся их сложности ве-

Рис. B.I. Многоблочная конструкция РЭС I поколения:
а — моноблок; б — стойка

Рис. В.2. Конструкция унифицированного
функционального узла «Элемент-1»:

1 — печатная плата;

2 — лампа типа «дробь»;

3 — резистор; 4 — конденсатор;

1. — проволочный вывод;

2. — печатный проводник

Рис. В.З. Конструкция унифицированного

функционального узла «Элемент-2»:

/ — печатная плата; 2 — транзистор;

3 — резистор; 4 — конденсатор;

5 — проволочный вывод;
6 — печатный проводник

Рис. В.4. Конструкция объемного

модуля:
1 — резистор; 2 — транзистор;

3 — печатная плата;
4 — проволочный вывод

Рис. В.5. Конструкция этажерного

микромодуля:

а — микроэлементы;

б — микромодуль после пайки;

в — микромодуль после заливки

роятность безотказной работы падала. Это противоречие было разрешено с появлением интегральных микросхем (начало 60-х годов).

Третье поколение РЭС характеризуется применением новой элементной базы — корпусированными ИС широкого применения и миниатюрными ЭРЭ на печатных платах с высокой разрешающей способностью (до 0,3 мм).Микросхемы, по своей функциональной сложности представляющие функциональные узлы, выпускались в те годы в металлических, пластмассовых иметаллокерамических корпусах прямоугольной и круглой формы со штырьевыми и плоскими выводами. Число выводов не превышало 15. Микросхемы в количестве 20...30 штук компоновались на печатных платах со средними размерами 140x170 мм, выводная коммутация с которых осуществлялась стандартными разъемами. Такая конструкция,наиболее характерная для цифровых устройств, получила название вначале субблока, а позднее — функциональной ячейки (рис. В.6).

Рис. В.б. Конструкция функциональной ячейки Ш поколения:

1 — металлическая накладка (коллектор тепловых стоков); 2 — печатная плата;

3 — корпусированная ИС; 4 — отверстие для стягивания пакета ячеек винтами;

5 — навесной конденсатор фильтра; 6 — толстопленочная МСБ, эквивалентная

по сложности рассматриваемой ячейке (приведена для сравнения занимаемых

площадей); 7 — соединитель

Ячейки ЭВМ, выполненные по принципу базовых несущих конструкций, называют типовыми элементами замены. Для таких конструкций

12

величина упаковки элементов в объеме достигает 30 эл/см ³. К досто-
инствам таких конструкций относятся: легкосъемность и ремонтопригодность, сравнительно легкий тепловой режим, нерастянутые срокиразработки и производства (образно выражаясь «купи и собери сам»),несложная и хорошо отработанная (с 1950 г.) технология печатного монтажа. Все это обеспечивает невысокую стоимость изделий. Применение же микросхем, изготовление которых основано на групповых методах получения целого набора элементов на подложке или в объеме кристалла, позволяет резко повысить надежность. Так, частота отказов одной ИС, содержащей порядка 100 элементов, равна частоте отказов

всего лишь одного дискретного ЭРЭ, т.е. _ИС ~_ЭРЭ=10^-6 ч^-1

Таким образом, достижения в области микроэлектроики и ее промышленного внедрения позволили перейти к созданию нового поколения конструкций РЭС — к интегральным радиоэлектронным устройствам. Интегральные радиоэлектронные устройства отличаются малыми массой и габаритами, высокой надежностью, пониженным потреблением энергии, меньшей стоимостью, групповой автоматизированной технологией изготовления компонентов и устройств, применением САПР при конструировании и подготовке производства. Интегральные РЭУ
проектируются на новых принципах схемотехники —микросхемотехники [3], в основе которой заложена микроэлектроника. Это наглядно видно из сравнения аналогов РЭС I, II и III, IV поколений (табл. В.2).

Дальнейшие пути миниатюризации РЭС, по которым шло развитие конструкций, в особенности космической и ракетной техники, привели к тому, что для резкого уменьшения массы и габаритов устройств и комплексов надо было отказаться от индивидуальных корпусов ИС и вместо печатных плат для их компоновки ввести более крупные подложки. Иными словами, вместо того чтобы разваривать бескорпусные транзисторы на малых подложках и тем самым получать гибридную
ИС, стали делать то же самое, но с бескорпусными ИС на более крупных подложках, например 24x30 или 30x48 мм, т.е. получать БГИС, или микросборку (рис. В.7). Если ГИС предназначалась для широкого применения и корпусировалась, то МСБ стала уже изделием частного применения. Она заменила собой целую печатную плату (см. рис. В.6, верхний правый угол), и поскольку компоновка МСБ в ячейку и далее в блок тоже требовала компактности, сами МСБ стали бескорпусными, а блок — герметичным. Так появились конструкции РЭС IV поколения.
На рис. В.8 и В.9 соответственно показаны конструкция функциональной ячейки из двух бескорпусных МСБ и двух корпусированных ИС с ЭРЭ и конструкция герметичного блока на бескорпусных МСБ (припа-

13

Таблица В.2

РЭС на дискретных ЭРЭ	Интегральные РЭС
Генераторы радио- и СВЧ-частрт на ЭВП и дискретных полупроводниковых приборах	Генераторные и усилительные ИС радио- и СВЧ-частот со сложением мощности на общей нагрузке
Антенны СВЧ зеркального типа с сосре- доточенным питанием	Антенные фазированные решетки (АФР) с распределенным питанием и сложением мощности в пространстве
Электромеханический привод антенны (механическое сканирование диаграммы направленности антенны)	ЭВМ управления фазой АФР (электрон- ное сканирование диаграммы направленности антенны)
Усилители радиочастот с распределен- ной избирательностью	Усилители радиочастот на ИС с сосредо- точенной избирательностью.
Частотно-избирательные узлы индуктив- но-емкостного типа на дискретных катуш- ках индуктивности и конденсаторах	Активные .RC-фильтры, интегральные пьезофильтры, фильтры ПАВ, цифровые фильтры на БИС
Интеграторы аналогового типа	Цифровые накопители на БИС
Запоминающие устройства (ЗУ) на фер- ритовых кольцах и пластинах	Полупроводниковые ЗУ БИС, ЗУ на ЦМД, ПЗС на приборах Джозефсона
Аналоговые устройства автоматики	Цифровые устройства на БИС, СБИС, микропроцессорах
Электронно-лучевые трубки	Матричные экраны на ПЗС, светодиодах и электролюминесцентных пленках
Реле и трансформаторы электромагнит- ные	Реле и трансформаторы бесконтактные оптронные
Радиочастотные кабели	Световоды, волоконная оптика

иваемый корпус условно снят) первых лет внедрения микросборочного конструирования. К достоинствам конструкций IV поколения следует отнести уменьшение массы (в 3-4 раза) и объема (в 5-6 раз) моноблоков, более высокую надежность за счет исключения стандартных разъемов и замены их на гибкие шлейфы, а также сокращение числа паяных соединений (исключение выводов от корпусов), повышение вибро- и уда-ропрочности. К недостаткам и трудностям в развитии IV поколения
конструкций РЭС относятся повышенная теплонапряженность в блоках и необходимость введения дополнительных теплоотводов (металлических рамок), незащищенность бескорпусных элементов и компонентов МСБ от факторов внешней среды и необходимость полной герметизации корпусов блоков с созданием инертной газовой среды внутри них, более высокая стоимость за счет сложного и дефицитного тех-
нологического оборудования, более длительные сроки разработки из

за необходимости разработки самих МСБ, как изделий частногоприменения,недостаточное количество специалистов этого профиля (как инженеров, так и технического персонала). Однако получение плотности упаковки, равной 100 и более элементов в кубическом сантиметре, даже при средней степени интеграции ИС позволяет разработчикам значительно улучшить не только качественныеэнергоинформационные параметры РЭС, но и в ряде случаев тактико-технические характеристикиобъекта. Появление новой элементной базы (функциональных компонентов, микрокорпусов ИС), новых несущих оснований (печатных плат из новых материалов с высо-

Рис. В.7. Конструкция бескорпусной
тонкопленочной микросборки: