Назаров_Конструирование_РЭС (Конструирование Радиоэлектронных Средств), страница 8

В более узком понимании комплексная миниатюризация —это применение новой элементной базы и новых методов конструирования для всех устройств комплекса с целью выравнивания основных качественных показателей этих устройств и приближения их к максимальным.Итак, во-первых, надо провести миниатюризацию устройств, причемне просто уменьшить геометрические размеры, а получить сверхминиатюрные надежные изделия относительно небольшой стоимости на баземикроэлектронных методов изготовления.

Такой способ миниатюризации иногда называют микроминиатюризацией. Во-вторых, миниатюризация должна быть комплексной, т.е. ни одно из устройств не должновыпадать из всей совокупности устройств комплекса по основному критерию предпочтения, например по массе или интенсивности отказов.Представим себе, что из нескольких устройств бортового комплекса,например антенны, передатчика, приемника, индикатора, блока питания, по массе (или интенсивности отказов) резко выделяется один, например блок питания на дискретных элементах. Тогда, какую бы миниатюризацию в других устройствах мы не проводили (применение АФР,многоканального передатчика на ИС, микроэлектронных приемника ииндикатора), все равно масса и надежность комплекса устройств будутопределяться именно этим блоком. При первом же отказе блока питания все устройства окажутся неработоспособными, а его масса и габариты будут значительно больше, чем эти характеристики остальныхминиатюрных конструкций. Поэтому, внедряя микроэлектронику и новые методы компоновки, нельзя забывать ни об одном из устройств, т.е.решать все вопросы в комплексе.

Пример такого решения показан вразд. 1.2. В-третьих, при комплексной миниатюризации надостремиться к достижению самых высоких результатов. Поэтому однойиз рекомендаций комплексной миниатюризации является то, чтоследует выбирать элементную базу из таких изделий электроннойтехники, физико-технические характеристики которых пока ещедалеки от теоретического предела, но развиваются в сторону егодостижения, а достигнутый уровень уже позволяет начать ихприменение. Разработка новой43элементной базы, например в технике СВЧ, должна проводитьсяпараллельно с разработкой конструкции самого устройства.Конечным результатом внедрения комплексной миниатюризациипри конструировании РЭС высокой интеграции должно бытьнаибольшее приближение к,идеальному конструктиву,обладающемумаксимальными информативными параметрами при минимальныхматериальных затратах на его воплощение.

Например, известно,что скорость передачи информации обратно пропорциональнакубическому корню из объема конструкции:чем меньше объем, темкороче длины линий передачи информации,тем больше скорость.Поэтому только высокая интеграция ИС, наряду с функциональнойэлектроникой может приблизить нас к идеальным конструктивам.Принцип мультиплексирования заключается в схемотехническоми конструктивном уплотнении каналов обмена информацией иявляетсяоднойизразновидностейобщегопринципакомплексирования устройств.Рассмотримвозможностипримененияпринципамультиплексированияна следующем примере.

Пустьимеютсядвабортовыхрадиоэлектронных устройстваА и Б с цифровой обработкойсигналов Передача информациииз блока А в блок Б в первомварианте(рис.1.10,а)осуществляется с помощьюнабора проводниковых линийсвязи, длина каждой из которыхравна l, а само количестволиний равно М . Известнытакже погонная масса одной линии связи δ, частоты отказов проводника λПР и мест их присоединений, например пайкой (λ,ПР). Вовтором варианте (рис.

1.10, б) присутствует лишь однамультиплексная ли-ния связи, начинающаяся с входногомультиплексирующего устройства 1 (шифратора или кодераинформации)изаканчивающаясямультиплексирующимустройством 2 (дешифратором или декодером). Оценим для этихдвух вариантов главные показатели бортовых устройств— массу иинтенсивность отказов:та = М1δ, Λ а = 2Мλ п + Мλпр = М(2λп + λпр),m σ =lδ + 2mМУ, Λσ = 2λ,п + λпр + 2λму.44Сравнивая массы и интенсивности отказов линий, видим, что приусловии т му << т а, λМУ<< λ п ,λ ПР второй вариант дает выигрышв массе и надежности примерно в М раз. Возникает вопрос: почемуэтот принцип, известный ранее, не применялся в конструкцияхпрошлых лет.

Ответ может быть следующим: при конструированиимультиплексирующих устройств на дискретных ЭРЭ их масса иобъем были сравнимы с массой и объемом самих устройств А и Б, анадежность была во много раз хуже надежности провода и его местпайки.При микроэлектронном конструировании масса отдельных МСБ может быть порядка единиц-десятков граммов, а надежность ихможет быть равна или выше надежности провода и паек, таккак λ и с =λ М СБ =10 - 6 1/ч.Масса же кабельной сети (безмультиплексирования) обычно составляет до 30% от массыкоммутирующих блоков при числе линий связи в десятки-сотнипроводников. Оценим, хотя бы ориентировочно, выигрыш в массепри мультиплексировании. Пусть масса блоков А и Б составляет 10кг, тогда масса кабельной сети будет примерно равна 3 кг; в суммеполучим 13 кг.

Во втором варианте остаются массы блоков А и Б (10кг), масса одной линии связи (примем, что М = 100), равная 30 г, имасса кодера и декодера, равная 50 г; итого 10,08 кг. Тогда выигрыш вмассе Вm=13/10,08=1,3 раза или на 30% больше, чемпервоначальное значение.

Если массу блоков Аи Б увеличить в дваи более раз, то выигрыш практически не изменится, так какпроисходит лишь исключение (правда не полное, но значительное)массы самой кабельной сети, которая и составляет эти 30%.Выигрывая в массе и надежности при использовании принципамультиплексирования, мы проигрываем в быстродействии передачиинформации, так как информация идет последовательно одна задругой по одному каналу.1.6. Многоканальность и цифровизация в конструкциях РЭСПринципмногоканальностипоявилсявпервыеврадиотелеметрических системах в связи с большим количествоминформации, которую надо было передать за очень короткое время.В настоящее время радиотелеметрические системы могут содержатьдо 4096 (212 ) каналов, а продолжительность радиосеансов связи сискусственными спутниками Земли составляет лишь 10...15 мин впределах прямой видимости и примерно 30 мин для космическихлетательных аппаратов (в них время ограничено запасами энергиисолнечных батарей, которую они могут выделить на этот сеанс).45Развитие этого принципа продолжалось в обычных радиотехнических средствах, особенно в авиационных, когда стали появляться многоканальные конструкции с «горячим» или «холодным» резервированием для повышения надежности все более усложняющихся устройств.Третьей причиной появления многоканальных конструкций явилосьпоявление в бортовых и наземных комплексах РЛС антенных фазированных решеток, питание которых осуществлялось по способу «одинканал — один излучатель» либо фидерным способом «разветвлениеелочкой».

Это позволило создавать многофункциональные РЛС дляобнаружения и одновременного сопровождения целей, надежность таких систем была увеличена на один-два порядка по сравнению с одноканальными. Выигрыши были получены и в массогабаритных показателях при переходе к транзисторам и особенно к микроэлектронным узлам (разд.

1.2).Наконец, в настоящее время этот принцип внедряется при созданииЭВМ с развитой параллельной архитектурой, построенной на транспьютерных микросистемах. Производительность таких ЭВМ может достигать 10 млрд. опер/с при потребляемой мощности всего в 3...5 Вт,так как тактовая частота благодаря параллельности вычислений можетбыть сравнительно низкой ( ≈10 МГц).Таким образом, применение принципа многоканальности при современном уровне элементной базы и методов конструирования позволяетзначительно уменьшить массогабаритные характеристики конструкций, повысить их надежность и производительность, а также ввестиунификацию МСБ и полупроводниковых устройств.Цифровизация РЭС основана на том, что цифровые схемы менеекритичны к разбросу производственных погрешностей ИС и их нестабильности в условиях эксплуатации, так как работают по принципу «да— нет». Устойчивые положения этих схем определяются уровняминапряжений, соответствующих логическим нулю и единице.

Однако цифровые схемы содержат большее количество комплектующих элементов, чем аналоговые. Развитие БИС и СБИС в некоторой степени устраняет этот недостаток. Поэтому в современных конструкциях РЭС всечаще появляются встроенные цифровые блоки, в особенности на микропроцессорных устройствах. Эти блоки решают такие задачи, как обнаружение и захват сигнала по частоте, цифровая фильтрация, спектральный анализ, корреляционная обработка, выделение исходногоцифрового кода из псевдошумовой последовательности сигналов, управление лучом ФАР бортовой РЛС и др.

[11]. Применение цифровыхустройств на базе БИС и СБИС позволяет получить при приемлемыхмассогабаритных показателях конструкций более надежные, точные и46быстродействующие системы автоматического управления другимиблоками бортовых комплексов РЭС.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОНСТРУКТОРСКОГОПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭС2.1. Специализация конструкторских организацийОпределенные этапы разработки новых РЭС производятся в разныхпроектно-конструкторских организацияхГоловной проектный институт осуществляет выбор основных направлений и разработку перспективных планов комплексных разработок.Научно-исследовательский институт (НИИ) создает изделия принципиально новой конструкции на базе специальных теоретико-экспериментальных исследований.