ВВЕДЕНИЕ.

Современная радиоэлектронная аппаратура эффективно используется, практически, во всех сферах научной и производственной деятельности народного хозяйства, военной промышленности, а также применяется в быту.

Основными направлениями, относящимися к разработке и внедрению в производство современной РЭА, являются: значительное повышение качества, надежности и экономичности всех видов выпускаемой аппаратуры; более полное применение рациональных конструкторских и технологических решений, позволяющих снизить материалоемкость и энергопотребление разрабатываемой аппаратуры и др.

Указанные положения в полной мере относятся и к несущим конструкциям (НК) РЭА. Еще несколько лет назад масса несущих конструкций РЭА составляла 30-40% от ее общей массы. С широким внедрением микроэлектроники, масса элементов которой составляет десятые и даже сотые доли грамма, относительная масса несущих конструкций стала расти, и в настоящее время достигает 70% и более от общей массы аппаратуры. Поэтом перед конструкторами современной РЭА стоят задачи по разработке и внедрению в серийное производство несущих конструкций, обладающих минимальной массой и трудоемкостью изготовления, максимальной унификацией и обеспечивающих надежную работу РЭА в заданных условиях эксплуатации.

Процесс развития РЭА обусловлен требованиями постоянного усложнения выполняемых функциональных задач и расширением областей применения. При этом функциональная сложность РЭА за каждое пятилетие в последние 25 лет увеличивается примерно в 10 раз. Функциональная сложность РЭА определяет аппаратную сложность и обычно оценивается числом схемных или активных элементов. С увеличением последней возникают проблемы, как разрешить противоречия в цепочке взаимодействующих и часто противоречащих факторов: сложность – надежность – масса (объем) – энергопотребление – стоимость – сроки разработки. Решение этой проблемы, как показывает весь процесс развития РЭА, в первую очередь, возможно и должно заключаться в создании и совершенствовании новой элементной базы, новых методов конструирования и формообразования, новой технологии изготовления.

1.Анализ исходных данных и разработка Т.З.

1.1. Анализ исходных данных.

Целью данного дипломного проекта является разработка конструкции и технологии изготовления приемного блока станции слежения работающего в диапазоне частот 600МГц-1ГГц, коэффициентом передачи 24 дБ, потребляемой мощностью 3Вт, напряжением питания 9В, диапазон рабочих температур, ºС от +5 до+40, масса ≤4 кг, объем блока 250см³ , наработка до отказа 15000 час.

Приемный блок станции слежения конструктивно располагается на панели антенной решетки. Подключение входных и выходных СВЧ сигналов осуществляется с использование высокочастотных кабелей и СВЧ разъёмов типа СР-50. Подключение цепей питания и управления осуществляется низкочастотным жгутом выполненным из провода МГТФ 0,2 с использованием разъёма РС32. Для общего заземления блока используется клемма заземления.

Приемный блок состоит из 3-х модулей (2 модуля устройства ПР и устройство МП) установленных на коробчатое основание выполненное из листового материала Д16 толщиной 2 мм. Внутри основания находится плата управления и питания КК001ПР и жгуты внутри блочной коммутации.

1.2. Разработка ТЗ на конструирование.

1.2.1.Наименование и область применения.

Блок предназначенный для приёма радиосигналов в СВЧ диапазоне от 600МГц до 1 ГГц.

1.2.2.Основание для разработки.

Основанием для разработки служит задание на дипломное проектирование, а так же разработанная схемотехником принципиальная электрическая схема блока представленная в графических материалах.

1.2.3.Цель и задачи разработки.

Целью проекта является разработка конструкции и технологии изготовления блока, выпуск комплекта конструкторской документации.

Задачами разработки являются разработка конструкции и технологии изготовления блока, технико-экономическое обоснование разработки и рассмотрение вопросов охраны труда при производстве и эксплуатации, а так же оценка показателей качества конструкции блока. Вышеперечисленные задачи подразделяются на несколько вопросов, которые необходимо решить в дипломном проекте. При схемотехнической отработке блока необходимо обосновать структурную электрическую схему приёмника, выбрать и обосновать элементную базу, описать принцип действия. При разработке конструкции необходимо уделить внимание выбору метода конструирования, произвести расчёт показателей качества конструкции (массогабаритные характеристики, надёжность, тепловой режим, виброустойчивость).

При разработке технологии изготовления прибора необходимо уделить внимание оценки технологичности конструкции и обосновать применяемые технологические процессы (далее ТП), разработать или выбрать типовой технологический процесс сборки модуля, выбрать технологическую оснастку.

1.2.4.Тактико-технические требования.

Требования к конструкции.

Устройство должно быть герметичным. После настройки устройство должно быть заполнено газообразным азотом высшего сорта ГОСТ 9293-74 до избыточного давления 0,2 … 0,3 кг/см².

Ориентировочные эксплуатационные и климатические требования.

Предполагаемый диапазон значений рабочих температур для данной аппаратуры будет составлять: от -60С до +60С.

Относительная влажность: среднегодовое значение 70% .

Наработка до отказа не менее 15 тыс. часов.

Диапазон вибрационных нагрузок ограничивается 100Гц при виброускорении 4g.

Массогабаритные требования.

Объем блока не должен превышать 250 см². Масса не должна превышать 4 кг.

2.Системо- и схемотехническая обработка блока.

2.1.Обоснование электрической функциональной схемы блока.

Приемные блоки предназначены для работы в составе приемной фазированной антенной решетки для определения направления на источник сигнала. Каждый приемный блок содержит два независимых приемных канала, в состав каждого из них входит устройство селекции (переключаемых фильтров) УВЧ, смеситель и предварительный усилитель- формирователь полосы ПЧ. С целого определения паразитных каналов приема. В приемных каналах используются квадратурные смесители с квадратурным выходом по тракту ПЧ ( то есть каждый приемный канал имеет два входа идентичных выхода по ПЧ. Но со сдвигом по фазе 90 градусов в рабочей полосе тракта ПЧ.

Конструктивно блок состоит из трех основных модулей. Два одинаковых модуля селекции входного сигнала ПР-0105, где происходит селекция принятого сигнала в заданном участке рабочего диапазона путем включения соответствующего фильтра на входе модуля. Этот же модуль содержит УВЧ, определяющий чувствительность приемного канала.

Третий модуль (МП)- двухканальный преобразователь с формированием квадратурного ПЧ сигнала на выходе каждого канала.

2.2. Описание структурной схемы блока.

Так как блок конструктивно размещен на 2-х антенных панелях, то чисто из конструктивных соображений было принято решение объединить 2 приемника в один блок. Антенные сигналы А1 и А2 подаются на переселекторы ПР. Переселекторы ПР производят переключение по участкам сканируемого диапазона. Усиленный и скоммутированный сигнал с переселектора поступает в модуль приемника МП. Модуль МП состоит из из 2-х одинаковых приемников. Плата управления производит синхронное управление устройствами переселекции ПР и приемника МП.

Для проверки работы приемника предусмотрена подача контрольного сигнала на вход переселектора вместо антенных сигналов (Разъемы К1 и К2)

На модуль МП подается сигнал гетеродина (левый по схеме вход).

На модуле МП гетеродинный сигнал подается на на делитель. Делитель распределяет сигнал по двум одинаковым приемникам. Далее гетеродинный сигнал следующим делителем делится на 2 и поступает на коммутаторы фильтров ВЧ и НЧ. Этот каскад позволяет осуществить сдвиг фазы гетеродинного сигнала на 90 градусов. Далее гетеродинные сигналы подаются на смесители. На них поступает сигнал после делителей с антенн.

Сигналы смешиваются и поступают на усилители промежуточной частоты ЮП. Далее сигналы ( с 1, 2, 3, 4) поступают в компьютер для дальнейшей обработки.

Основной особенностью платы МП является строгая симметрия в топологии. Этим достигается равенство фаз сигнала на всем протяжении цепей.

2.3.Обоснование элементной базы.

Выбор элементной базы, а также применяемых типов линий передачи СВЧ сигналов, схем и конструкций входящих узлов, произведен с учетом жестких технических, конструктивных и технологических требований по многим пунктам противоречивых.

Для разработки с самого начала выбиралось возможно меньшее количество схемных и конструкционных типов узлов, чтобы уменьшить объёмы их предварительного макетирования и исследования и сократить сроки разработки изделия.

2.3.1.Выбор типа линии передачи.[24],[25]

Для передачи электромагнитной энергии между отдельными элементами внутри радиоэлектронной аппаратуры СВЧ диапазона применяют линии передачи.

Обзор основных типов полосковых линий передачи.

Под полосковой линией передачи понимается проводник ленточного, прямоугольного или круглого сечения, расположенный над заземленной металлической плоскостью либо заключенный между двумя такими плоскостями.

Полосковые линии являются плоскостным вариантом двухпроводных и коаксиальных линий и близки к этим линиям по электрическим параметрам.

На рис.4.1 показано преобразование двухпроводной линии в несимметричную полосковую линию.

а) б) в)

рис 4.1:

а) двухпроводная линия;

6) однопроводная линия с зеркальным изображением;

в) несимметричная полосковая линия.

Преимущества полосковых линий, по сравнению с их коаксиальными и двухпроводными прототипами, проявляются в области конструкции и технологии. Планарная конструкция позволяет сконцентрировать элементы на малых площадях и реализовать интегральные схемы, а печатная технология обеспечивает экономичность массового производства элементов.

Многочисленные разновидности полосковых линий можно разделить на две основные группы: симметричные и несимметричные полосковые линии.

Симметричная полосковая линия образуется внутренним проводником ленточного, прямоугольного или круглого поперечного сечения, симметрично расположенным между двумя заземленными пластинами, которые являются внешним проводником линии.

На рисунке 4.2 а, б, в, г, д представлены наиболее распространённые симметричные полосковые линии:

а) б) в)

г) д)

Рис 4.2:

а) с прямоугольным внутренним проводником и воздушным заполнением;

б) с прямоугольным внутренним проводником и диэлектрическим заполнением;

в) с опорным диэлектрическим листом с двухсторонним прямоугольным проводником на нем;

г) с опорным диэлектрическим листом с односторонним прямоугольным проводником на нем;

д) с круглым внутренним проводником.

Линия может иметь диэлектрическое (обычно сплошное) или воздушное заполнение, быть экранированной (закрытой) с боков или открытой.

Несимметричная полосковая линия представляет собой проводник ленточного сечения, расположенный над заземленной пластиной, являющейся вторым проводником линии. Проводники линии разделены, как правило, слоем твердого диэлектрика – основанием. Отсутствие второй заземлённой пластины уменьшает габариты линии, и линия в этом случае называется микрополосковой (МПЛ), рисунок 4.3.

Рис 4.3. Микрополосковая линия.