Блок ПРМ-курсовой (Пример курсового по конструированию РЭС), страница 4

Электрический расчет модуля преобразователя. Электрический расчет основан на общих требованиях к блоку ПРМ. Для обеспечения заданных коэффициентов передачи (24 дБ), минимального фактора шума и максимального динамического диапазона, необходимо обеспечить минимальные потери перед УВ (модуль ПР 1005). Принимаем потери в целях коммутируемых преселекторов не более 3,5 дБ (2 дБ на коммутаторы и 1,5 дБ на фильтры). С учетом потерь в смесителях (модуль МП). Выбираем УВЧ с усилителем 20 дБ в рабочей полосе блока, фактором шума F _ш 4 дБ и Р выход ( по 1 дБ компрессии) не менее 50 мВт. Наиболее оптимален в этом случае усилитель типа ERA5-SM фирмы MINI CIRUITS. Смесители для заданной рабочей полосы наиболее оптимально типа RLMS-20 фирмы MINI CIRUITS, так как обладают малыми потерями преобразования (не более 8 дБ) и работают при малых уровнях гетеродинного сигнала.

В качестве усилителей - формирователей используются узлы РОПОО3, достаточно хорошо отработанные и широко используемые в блоках аппаратуры аналогичного назначения.

С учетом изложенного получаем следующие параметры приемных блоков:

1. Фактор шума приемных трактов

F_m=4+3.5=7.5 дБ

2. Коэффициент передачи

-3,5+20-10+36=42,5 дБ

3. Динамичный диапазон 76 дБ

3. Разработка конструкции блока.

3.1.Выбор материалов несущих конструкций.

Техническая характеристика и работоспособность радиоэлектронной аппаратуры во многом зависит от правильности выбора материалов и защитных покрытий для отдельных деталей. При выборе материала необходимо учитывать разнообразные внешние воздействия: механическую нагрузку, электрические и магнитные поля, световые потоки, радиационное облучение и т.д. Часто эти факторы действуют одновременно, поэтому при выборе материалов приходится учитывать до 20-30 характеристик разных свойств материалов.

Учитывая требования ТЗ, выбираем материалы несущих конструкций для деталей, входящих в конструкцию приёмника:

Корпуса узлов выполняют несколько функций: служат несущей конструкцией для элементов, входящих в узел, являются теплоотводом и экраном. Поэтому материал, из которого изготавливается корпус, должен удовлетворять следующим требованиям:

- обладать высокой прочностью;

- иметь хорошую теплопроводность;

- обладать хорошими экранирующими свойствами.

-материал корпуса должен иметь малый удельный вес.

Корпус предполагается изготовить фрезерованием, материал должен хорошо поддаваться механической обработке.

Всем вышеуказанным требованиям удовлетворяет алюминиевый сплав Д16. Он обладает повышенной прочностью и хорошей пластичностью, хорошо обрабатывается резанием. Рекомендуется для силовых элементов конструкции, волноводов. Так же, как все алюминиевые сплавы, Д16 обладает высокими теплопроводностью и хорошими экранирующими свойствами.

3.1.1.Выбор метода конструирования .

Методы конструирования РЭС разделяются на три взаимосвязанные группы: по видам связей между элементами (геометрический, машиностроительный и топологический методы), по способу выявления и организации структуры связей между элементами (методы моноконструкций, базовый), по степени автоматизации выявления структуры связей между элементами (эвристический, автоматизированный).

Выбор метода конструирования производится по результатам сравнительного анализа перечисленных методов с позиций назначения, надежности, технологичности, ремонтопригодности и стоимости РЭС. Так, для бытовой и ракетно-космической аппаратуры наиболее характерен метод моноконструкций, реализуемый в виде моноблока на основе оригинальной несущей конструкции. Для стационарной, подвижной и переносной аппаратуры специального назначения (ЭВМ, радиолокация и т.п.) основным является базовый метод конструирования.

Основные методы, применяемые при конструировании:

Топологический метод. В основу его положена структура физических связей между электрорадиоэлементами (ЭРЭ), то есть представление конструктивного вида электрической схемы и ее геометрической (топологической) связности, независимо от ее функционального содержания. Топологический метод, в принципе, может применяться для выявления структуры любых связей, однако конкретное его содержание проявляется там, где связность элементов может быть сопоставлена с графом. Под графом в общем случае понимается графическое выражение структуры связей между элементами электрической схемы и элементами конструкции. Основные особенности топологического метода следующие:

- сопоставление связности элементов электрической схемы и деталей конструкции на основе теории графов;

- изоморфизм графов, то есть свойство эквивалентности строения, независимо от различия в геометрическом образе, которое позволяет получить множество преобразований графов, среди которых конструктору удается найти совершенно непохожее на прототип решение;

- использование свойств графов для размещения элементов и ориентации их в пространстве для троссировки линий связи и средств их соединения с элементами.

Топологический метод конструирования применим в первую очередь для создания пленочных ИС, печатных плат, гибких печатных соединений, электромонтажных чертежей.

Метод конструирования моноконструкций. Основан на минимизации числа связей в конструкции, он применим для создания функциональных узлов, блоков, радиотехнических устройств на основе оригинальной несущей конструкции (каркас, шасси) в виде моноузла (моноблока) с оригинальными элементами. Длительное время конструирование велось с помощью моноконструкций. Следовательно, метод хорошо изучен.

Базовый метод конструирования. В основу метода положено деление аппаратуры на конструктивно и схемно - законченные части. Базовый метод конструирования и его разновидности (функционально-модульный, функционально-узловой, функционально-блочный) основан на принципе агрегатирования, функциональной и размерной взаимозаменяемости, схемной и конструкторской унификации. Деление базового метода связано с ограничениями схемной и конструкторской унификации структурных уровней (модулей, функциональных узлов, блоков).

Наиболее подходящим является базовый метод конструирования. Этот метод и будет использоваться в качестве основного метода при разработке блока станции слежения.

3.1.2.Обоснование компоновочных решений.

Конструирование и разработка конструкторской документации осуществлялась с использованием современного САПР 3D проектирования SolidWorks.

О бщий вид блока

О бщий вид модуля преобразователя

О бщий вид сборки платы МП

О бщий вид сборки корпуса модуля преобразователя

3.2. Выбор системы обеспечения теплового режима блока .

Отвод тепла и выбор системы охлаждения является одной из наиболее важных задач в конструировании. От выбора системы охлаждения для обеспечения нормального режима функционирования модуля формирования контрольного сигнала и коммутации будут зависеть его габаритные размеры, т.к. могут понадобиться дополнительные устройства (радиатор, вентилятор и др.) для отвода избыточного тепла, также будет зависеть технология изготовления модуля, например, пробивка дополнительных отверстий в стенках модуля для отвода тепла.

Выбор системы охлаждения будем проводить согласно методике. Исходя из заданного значения потребляемой мощности Р 3 Вт. Площадь модуля найдем по формуле:

= 2 (b h + h l + b l), (2.4.1)

где b, l, h – ширина, длина и высота модуля, - 0,0610,0210,178.

= 0,033

При выборе системы охлаждения используется значение теплового потока, который можно определить по формуле

P = (1- ), (2.4.2)

где - коэффициент полезного действия, примерно составляет 0,3.

Р = 3 (1- 0,3) = 2,1 Вт

Чтобы выбрать систему охлаждения, необходимо найти поверхностную плотность теплового потока:

= 2,1 / 0,033 = 63,6 Вт/ (2.4.3)

Значение , где - допустимая рабочая температура наименее теплостойкого элемента.

Для блока это конденсаторы танталовые оксидно-полупроводниковые К53-56, = 125С.

- максимальная температура окружающей среды, = 60С.

С

lgP_os=lg63.6=1.8

Рис.2.5

1 - естественное воздушное;

2 - естественное и принудительное;

3 - принудительное воздушное;

4 - принудительное и жидкостное;

5 - принудительное жидкостное;

6 - принудительное жидкостное и естественное испарительное;

7- принудительное жидкостное, принудительное и естественное испарительное;

8- естественное и принудительное испарительное.

9 - принудительное испарительное.

По диаграмме приведенной на рис. 2.5 определяем, что для модуля можно применить естественное воздушное охлаждение.

3.3.Обоснование несущей конструкции модуля, конструкционных материалов и покрытий.

Анализ конструкции устройства МП.

Рассмотрим конструкцию модуля преобразователя.

Корпус изготовлен фрезерованием из алюминиевого сплава Д16 ГОСТ 478474 с покрытием Н24 и имеет размеры 178х60х21 мм.

Корпус рассчитан на установку 5 плат: 1 плата МП и 4 усилителя ЮП002.

Платы крепятся в корпусе винтами М2.

Ввод вывод СВЧ сигналов осуществляется через разъемы типа СРГ-50-751ФВ, впаянные в корпус припоем ПОС 61 ГОСТ 21931-76.

Ввод сигнала управления и питания осуществляется с помощью переходных

герметичных контактов типа КРПГ, впаянных в корпус припоем ПОС 61.

Внутренний проводник разъема СРГ-50-751ФВ соединяется с

микрополосковой линией (МПЛ) перемычкой, изготовленной из ленты ДПРНТ

0,050 нД М1 ГОСТ 1173-77. К внутреннему проводнику разъема перемычка

припаивается припоем ПОС 61, а к МПЛ припоем ПОСК 50-18.

После настройки на корпус устанавливаются крышки, изготовленные из

листового материала Д16 2,0 ГОСТ 21631-76.

Герметичность обеспечивается пайкой припоем ПОС61 ГОСТ 2190. Для обеспечения удобного ремонта применяем специальное соединение крышки и корпуса. Для этого вставляем между ними резиновую прокладку, на

нее кладем стальную проволоку и сверху запаиваем припоем ПОС 61 ГОСТ 2190

Далее устройство проверяется на герметичность. При положительной проверки паянных швов (отсутствия течи) из корпуса через специальную штенгель выкачиваем воздух и заполняем газообразным азотом высшего сорта ГОСТ 9293-74 до избыточного давления (20-30)10³ Па.

После заполнения азотом штенгель обжимаем и опаиваем припоем ПОС61.

3.4.Синтез модуля средствами САПР.

Анализ конструкции платы МП.

Плата МП модуля преобразователя работает в диапазоне частот до 1Ггц. Она имеет сложную топологию и многослойную структуру (4 слоя). Слои в плате МП расположены так, что 2 и 3 слои являются экранными, а 1 и 4 слои являются сигнальными.

На слоях 1 - 2 и 4-3 проводники СВЧ цепей выполнены компланарными линиями передачи. Ширины проводников, зазоры между сигнальным проводником и земляным проводником рассчитаны с использованием пакета прикладных программ AppCAD фирмы Agilent Texhnologies.

Конструирование плат производилось с использованием САПР PCAD2006

Топологический синтез функциональной ячейки МП ведется средствами САПР.

Цель топологического конструирования: разработка печатного рисунка на плате минимальных размеров, обеспечивающих размещение ЭРЭ с заданной электрической принципиальной схемой, набором вспомогательных конструктивных элементов, при наличии ограничений, обусловленных следующими основными факторами: условиями эксплуатации, требованиями стандартизации и унификации, тепловыми режимами, обеспечением высокой надежности и технологичности.