Глава 1. Организация и методика проектирования

Предисловие

Учебное пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей ВУЗов при выполнении курсовых и дипломных проектов по дисциплине «Устройства генерации и формирования сигналов». Здесь указаны цели и задачи проектирования, объем, содержание и последовательность выполнения отдельных его этапов и проекта в целом. Приводится обзор принципов действия и функциональных схем радиоэлектронных систем различного назначения, элементы которых предусмотрены тематикой проектирования. Приведена методика проектирования полупроводниковых устройств на транзисторах и интегральных микросхемах, список рекомендуемой литературы по отдельным разделам и справочные материалы.

Учебное пособие рассчитано на определенный уровень подготовки читателя по основным дисциплинам специальности «радиоэлектроника», установленной учебной программой МВО РФ, и не заменяет специальной технической литературы по отдельным проблемам.

Пособие обобщает опыт курсового и дипломного проектирования коллектива преподавателей кафедры радиофизики, антенн и микроэлектронных устройств МАИ.

Рассмотренные методы не являются общепринятыми, т.к. основаны на опыте зарубежных фирм-изготовителей, который опубликован в зарубежной литературе и в большинстве случаев, находится на начальном этапе освоения отечественного промышленного производства.

ГЛАВА 1. ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Общие рекомендации

В процессе проектирования необходимо:

1. Определить характеристики и параметры формируемого сигнала;

2. Составить функциональную схему проектируемого устройства;

3. Составить структурную схему;

4. Составить принципиальную схему;

5. Произвести электрический и конструктивный расчет элементов принципиальной схемы;

6. Разработать конструкцию устройства и отдельных его узлов.

Результаты проектирования представляются в виде: 1) технического описания разработанного устройства (пояснительной записки к проекту); 2) чертежа принципиальной схемы; 3) сборочного чертежа конструкции с элементами её деталировки.

Проектирование проводится на основе анализа опыта аналогичных разработок; опубликованного в отечественной и зарубежной литературе, список которой приведен в разделе «Литература».

Разрабатываемое устройство входит, как привило, в состав информационной радиоэлектронной системы (РЭС), предназначенной для передачи информации-сообщения при помощи радиосигнала. Проектирование устройства формирования сигнала, как и всей радиоэлектронной аппаратуры, традиционно распадается на три последовательных этапа (см. рис. 1.1): системное проектирование, результатом которого является разработка функциональной схемы; функциональное проектирование, результатом которого является разработка структурной схемы; техническое проектирование, результатом которого является разработка принципиальной схемы и конструкции. На всех трех этапах могут быть использованы различные методы проектирования: математические (в том числе и автоматизированное проектирование), экспериментальные, эвристические. Все три этапа являются взаимосвязанными и многократно корректируются по мере выполнения каждого последующего этапа, как показано на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1. Порядок проектирования.

 

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ.

 

РЭС спутниковой связи.

РЭС спутниковой связи представляет собой наземный комплекс аппаратуры, состоящий из сети абонентских станций, осуществляющих одновременно передачу и прием информации от N пользователей, и спутниковый ретранслятор.

Рис. 2.1. Блок-схема наземной станции РЭС спутниковой связи.

Наземная абонентская станция состоит из трех блоков: блока радиочастот (БРЧ), блока промежуточных частот (БПЧ) и блока низких частот (БНЧ), формирующих информационные сигналы  (1.5) на несущей f_o, промежуточной f _пр и низкой F частотах и обеспечивающих передачу информации в передающем (ПРД) и приемном (ПРМ) каналах станции, вверх (с земли на спутник) и вниз (на землю со спутника), как показано на функциональной схеме, приведенной на рис. 2.2, где для примера указаны в ГГц частоты соответствующих сигналов для одной из действующих РЭС.

Рис. 2.2. Функциональная схема наземной абонентской станции.

Антенна осуществляет излучение и прием радиосигналов с разнесенными несущими частотами f _0ПРД, f _0ПРМ.

Блок радиочастот (БРЧ) обеспечивает усиление и преобразование частот радиосигналов, поступающих от антенны, и включает в себя усилители мощности УМ-1, УМ-2 и преобразователи частот ПЧ-1, ПЧ-2. Преобразователи частоты осуществляют преобразование радиочастот f _0ПРД, f _0ПРМ в промежуточную частоту f _пр =70 МГц.

Усилители мощности УМ-1, УМ-2 обеспечивают необходимый уровень радиосигнала излучения и входного сигнала преобразователя частоты ПЧ-2 соответственно.

Блок промежуточной частоты (БПЧ) осуществляет формирование информационных сигналов на промежуточной и низкой частоте путем операций модуляции-демодуляции в передающем и приемном канале соответственно. Сигналообразующая аппаратура БПЧ включает в себя генератор гармонических колебаний промежуточной частоты f _пр =70 МГц – ГПЧ, модулятор и демодулятор, автономные или объединенные в модем, работающий на частоте f _пр =70 МГц. В современных интегральных модемах применяется квадратурно-фазовая модуляция – QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) или квадратурно-амплитудная (импульсная) модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation) [1].

Блок низкой частоты (БНЧ) формирует в передающем канале модулирующий групповой сигнал  путем кодирования и объединения первичных информационных сигналов абонентов a_Ri.

В приемном канале БНЧ выделяет первичные сигналы путем декодирования и разделения группового сигнала . Оконечное оборудование БНЧ состоит из аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП, ЦАП), мультиплексоров и соединительных линий, сопрягающих абонентскую станцию с датчиками и потребителями информации (ПИ). Функциональная схема спутникового ретранслятора соответствует схеме промежуточной станции радиорелейной линии приведенной далее на рис. 2.6.

 

Телеметрические РЭС.

Функциональная схема телеметрической РЭС, показанная на рис. 2.3, состоит из двух разнесенных в пространстве блоков: передатчика и приемника. РЭС позволяет получать информацию от нескольких датчиков и передавать её наземным операторам, диспетчерам, компьютерам или дисплейным терминалам, расположенным на удаленном расстоянии. Аппаратура РЭС телеметрии осуществляет непрерывный контроль за состоянием физических параметров удаленного объекта, воспринимает изменения этих параметров, преобразовывает их в электрический сигнал, «накладывает» его на несущую частоту радиосигнала и передает на определенное расстояние радиоприемнику.

 

Рис. 2.3. Функциональная схема телеметрической системы.

 

Передача информации осуществляется по информационному каналу на несущей частоте f ₀₁, формируемой генератором высокой частоты ГВЧ1. Групповой сигнал с временным разделением сигналов от нескольких датчиков информации (ДИ) формируется на выходе коммутатора-мультиплексора (МП) при помощи управляющих сигналов (УС), подаваемых с выходов счетчика импульсов (СИ) с частотой синхронизации F_т, определяемой генератором тактовых импульсов (ГТИ). Сигналы синхронизации от ГТИ передаются по каналу синхронизации на несущей частоте f ₀₂, источником которой является генератор ГВЧ2. Импульсные радиосигналы в обоих каналах формируются в модуляторах (М), на входы которых подаются видеоимпульсы с выхода ГТИ в канале синхронизации и или АЦП в информационном канале. АЦП преобразует аналоговый групповой сигнал с выхода МП в цифровой. Сформированные в модуляторах радиосигналы поступают в антенны через усилители (УМ). В приемнике принятые антеннами сигналы усиливаются, детектируются и разделяются по каналам при помощи МП, управляемого принятым сигналом синхронизации от ГТИ.

 

Охранные РЭС.

Охранная РЭС состоит из двух приемопередатчиков, размещенных на охраняемом объекте и пульте управления, как показано на рис. 2.10.

 

Рис. 2.10. Блок-схема охранной РЭС.

 

Радиопередатчик, установленный на объекте охраны, излучает сигнал тревоги (СТ) об аварийной ситуации на объекте. Радиопередатчик пульта управления излучает сигнал управления исполнительным механизмом, блокирующим источник аварийной ситуации на объекте.

Функциональная схема приемопередатчика (ПП) объекта охраны показана на рис. 2.11.

При возникновении аварийной ситуации на объекте датчик аварийной ситуации (ДАС) вырабатывает сигнал тревоги, представляющий собой постоянное напряжение. Это напряжение поступает на один из входов десятичного кода шифратора (Ш) – Q_i, который кодирует десятичный номер этого входа параллельным двоичным кодом, формируемым на позиционных

Рис. 2.11. Функциональная схема ПП охраняемого объекта.

 

адресных выходах шифратора [3]. Этот двоичный код поступает на адресные входы ПЗУ, в ячейках памяти которой записан цифровой код передаваемого сигнала тревоги. При этом двоичный код на адресных входах ПЗУ соответствует десятичному номеру строки – Q_i,, в которой записан код передаваемого сигнала тревоги. Этот код с информационных выходов ПЗУ поступает на модулируемый генератор (МГ), формирующий модулированный этим кодом радиосигнал на частоте генератора, который после усиления в выходном усилителе (ВУ) поступает через антенный переключатель (АП) в антенну (А) и излучается. Антенный переключатель управляется генератором переключающих импульсов (ГПИ) таким образом, что в течение длительности импульса приемопередатчик работает на передаче, в течение паузы между импульсами – на прием. Принимаемый сигнал управления от пульта управления усиливается и детектируется усилителем высокой частоты (УЧ) и детектором (Д) приемника, дешифрируется дешифратором (ДШ) и через усилитель постоянного тока (УПТ) поступает на исполнительный механизм (ИМ), блокирующий какое-либо определенное устройство на объекте, например запирающий замок двери, зажигания двигателя автомобиля, кран подачи водоснабжения и т.п.

Функциональная схема приемопередатчика пульта управления показана на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Функциональная схема приемопередатчика пульта управления.

 

Сигнал тревоги от охраняемого объекта после приема и детектирования приемником (ПРМ, Д) перешифровывается кодом сигнала управления исполнительного механизма при помощи дешифратора, шифратора и ПЗУ, после чего поступает на модулируемый генератор (МГ), формирующий КИМ радиосигнал управления, который после усиления в УВЧ излучается антенной A₂.

В настоящее время широкое практическое применение находят охранные системы без дистанционного радиоуправляемого пульта управления, выполняющие только функцию сигнализации об аварии. В этом случае аппаратура, устанавливаемая на охранном объекте, представляет собой телефонный модуль, который включает в себя датчик, усилитель постоянного тока и звуковой генератор, выход которого подключается к динамику или (и) индикаторной лампочке.

Подобные охранные системы используются для организации противоугонной системы автомобилей дорожно-патрульной службы ДПС. Каждому автомобилю ДПС соответствует свой код сигнала тревоги и сигнала управления. При попытке запуска автомобиля, оснащенного противоугонной системой, срабатывает охранное устройство – радиопередатчик, надежно спрятанный в автомобиле. При этом на центральный пульт охраны ДПС поступает сигнал тревоги от угоняемого автомобиля, который анализируется оператором при помощи специального процессора или ЭВМ, выделяя номер автомобиля, код сигнала тревоги и управления. После чего оператор принимает соответствующее решение о задержании угонщика либо путем автоматической блокировки двигателя при помощи соответствующего сигнала управления, либо путем организации группы перехвата и задержания преступника.

 

Функциональная схема.

Проектирование устройства формирования сигналов сводится к определению составляющих его автономных блоков и узлов, необходимых для формирования выходного сигнала.

Функциональная схема является наиболее общей моделью разрабатываемого устройства и определяет последовательность и направление функциональных преобразований при формировании выходного сигнала. Разработка функциональной схемы начинается с анализа требований к временным, спектральным и эксплуатационным характеристикам выходного сигнала и устройства его формирования, к которым относятся, как указано на рис. 1.1: выходная мощность P _вых, рабочая частота f ₀ или диапазон частот Δ f ₀, вид модуляции М, коэффициент подавления неосновного излучения L, допустимый уровень частотного шума N _чш, напряжение источника питания E ₀, а также допустимые габариты и масса, наличие и вид устройств управления, индикации, сигнализации и т.п.

Анализ проводится на основании требований технического задания на проектирование и ознакомления с принципами действия и функциональными схемами РЭС заданного назначения, приведенными в главе 2 и специальной литературе [9÷25].

На основании установленных требований определяется алгоритм процесса формирования выходного сигнала, как показано в 1.2 на примере РПУ (1.5) и выделяются его отдельные этапы и соответствующие этим этапам элементы функциональной схемы устройства, которые соответствии с содержанием выполняемого преобразования называются и обозначаются (усилители, умножители частоты, смесители, шифраторы и т.д.).

Основными элементами функциональной схемы РПУ, как показано в 1.3, являются возбудитель и устройство формирования информационного сигнала – УФС. Проектирование функциональной схемы РПУ начинается с возбудителя [1, 2]. Возбудитель осуществляет генерацию гармонического колебания несущей частоты f ₀ и модуляцию этого колебания по закону передаваемого сообщения U _М (t), [1, 2].

Прежде всего, осуществляется выбор метода синтеза колебаний несущей частоты [1]. При высоких требованиях к «чистоте» спектра (спектральным характеристикам) выходного сигнала более предпочтительным оказывается метод косвенного некогерентного синтеза (КНС), при невысоких требованиях – метод прямого когерентного синтеза (ПКС). Уровень требований к спектральным характеристикам сигнала излучения определяется общефедеральным ГОСТ и рекомендациями международного консультационного комитета по радиоэлектронике (МККР) [26, 27]. Для РПУ специального назначения, не рассматриваемых в этих документах, эти требования определяются в каждом конкретном случае на основании аналитических выражений, связывающих эти параметры с «системными» параметрами РЭС. Поскольку такие выражения приводятся лишь в труднодоступной специальной литературе, в большинстве случаев можно воспользоваться данными таблицы 3-1, составленной на основании обобщения экспериментальных и расчетных параметров действующих отечественных и зарубежных образцов РПУ различного назначения или представленных на рис. 3.1.

 

Таблица 3-1.

Требования к спектральным характеристикам излучения передатчиков малой мощности P ≤ 100 Вт
Назначение передатчика	Требования к параметрам
	δf	L, дБ	N чш, дБ/Гц (F, кГц)
Доплеровские миниРЛС (измерители скорости, устройства автотормоза, причаливания, взрыватели и т.п.)	10^-3 ÷ 10^-4	–
Радиорелейные линии – РРЛ: – с ИМ и временным разделением каналов – с ЧМ и частотным разделением каналов	(1÷3)·10^-3 (1÷5)·10^-5	-33^*) ÷ -66 -66	min
Многоканальные радиолинии различных РЭС (телеметрических, управления и т.п.) – с ЧМ и временным разделением каналов – с ЧМ и частотным разделением каналов	3·(10^-3÷10^-4) 10^-5 ÷ 10^-6	-33^*) ÷ -66 -66	min

Примечание: Прочерк в графе одного из параметров означает отсутствие регламентации данного параметра; данные для L приведены для РДП, работающих в диапазоне частот (0,47–10,5) ГГц, знаком отмечены данные для РПД, работающих в диапазоне частот f ₀ ≤ 30 МГц [9]; символ «min» означает минимально возможный уровень шума.

 

Обобщенная функциональная схема возбудителя ПКС показана на рис. 3.2.Здесь формирование колебаний несущей частоты осуществляется путем серии линейных преобразований когерентных гармонических колебаний с частотами, кратными частоте высокостабильного опорного генератора f _ОГ, таким образом, что частота выходного колебания f ₀ определяется соотношением [1]:

                                                      3.1

где   m_i, n_i – целые числа коэффициенты деления и умножения соответственно.

Рис. 3.1. Зависимость нестабильности частоты РЭС от несущей частоты.

Рис. 3.2. Обобщенная функциональная схема возбудителя прямого когерентного синтеза.

Пример функциональной схемы возбудителя ПКС, работающего в диапазоне частот (30-40) МГц на десять фиксированных частот показан на в [1]  на рис. 2.1.

В простейшем случае при невысоких требованиях к стабильности частоты схемы возбудителя ПКС может быть реализована на одном или двух функциональных элементах. При М=1 возбудитель может быть выполнен на одном элементе – опорном генераторе, который называется в этом случае задающим генератором – ЗГ. При M > 1 возбудитель состоит из двух элементов: опорного генератора (ОГ) и умножителя частоты (УЧ) при целом М, или опорного генератора и смесителя (См) при любом значении М, как показано на рис. 3.3 а, б соответственно. Смеситель осуществляет сдвиг частоты опорного генератора .

 

Рис. 3.3. Упрощенные функциональные схемы возбудителя ПКС,

а) – с умножителем частоты, б) – со смесителем.

 

При больших значениях М>>1 и отсутствии соответствующей элементной базы умножитель и смеситель могут быть реализованы в виде последовательной цепочки умножителей и смесителей малой кратности, как показано в [1] на рис. 2.22, 2.36.

Функциональная схема возбудителя косвенного когерентного синтеза показана на рис.3.4. Здесь формирование колебаний несущей частоты осуществляется путем синхронизации колебаний перестраиваемого автогенератора (ГУН) колебаниями высокостабильного опорного генератора

Рис. 3.4. Функциональная схема возбудителя косвенного когерентного синтеза.

 

(ОГ) при помощи системы фазовой автоподстройки частоты на фазовом детекторе (ФД). Выходное напряжение ФД (U_у) после фильтрации в ФНЧ подается на ГУН, изменяя его частоту до тех пор, пока разность частот на входах ФД не станет равной нулю [1]:

,

где n, m – коэффициенты деления делителей опорной и несущей частоты ДОЧ и ДНЧ соответственно.

При этом выходное напряжение фазового детектора U _у =0, и в автогенераторе устанавливается стационарный режим автоколебаний с частотой [1]:

.

Стабильность частоты и уровень шума выходных колебаний в этой схеме определяются соответствующими параметрами опорного генератора. Заметим, что в схеме возбудителя ПКС на том же опорном генераторе нестабильность частоты и уровень шума увеличиваются в М раз.

Частотная модуляция несущих колебаний в возбудителе осуществляется согласно известным традиционным методам [2]. Прямая частотная модуляция осуществляется путем подачи модулирующего напряжения U_M на опорный генератор или управляемый напряжением модулируемый генератор (МГ), как показано пунктиром на рис. 3.1, 3.2, 3.4 и на рис. 2.13, 2.14, 2.15, 2.8, 2.9, 2.11.

Косвенная частотная модуляция осуществляется на основе управляемых делителей частоты с переменным коэффициентом деления (УДПКД) [1], как показано на рис. 3.5, или специальных схем модуляторов на ПЛИС, модемов, микроконтроллеров и т.п. [1].

 

Рис. 3.5 Косвенная частотная модуляция в возбудителе.

 

Наиболее широкое практическое применение находят простейшие возбудители ПКС с прямой частотной модуляцией, как показано в главе 2.

Амплитудная модуляция осуществляется вне возбудителя – в усилителе мощности [2].

Устройство формирования сигнала (УФС) осуществляет преобразование первичного информационного сигнала от датчика информации к заданному виду низкочастотного информационного сигнала:  (1.5). В зависимости от вида сигнала  [1] его формирование осуществляется либо усилителем низкой частоты (УНЧ) в случае аналогового сигнала, либо аналого-цифровым преобразователем, кодером, ПЗУ, шифратором в случае дискретного импульсного сигнала, как показано на функциональных схемах в главе 2.

 

Структурная схема.

Структурная схема (СС) определяет покаскадное строение элементов функциональной схемы, указывая типы активных приборов и функции отдельных каскадов, а также последовательность их соединения и параметры входных и выходных сигналов. Практически разработка структурной схемы сводится к выбору активного прибора для каждого элемента функциональной схемы на основе анализа элементарной базы современных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем – ИМС, представленной в справочниках [30-38] и таблицах приложений П5-П19. Наиболее перспективной является элементная база ИМС. При проектировании желательно избегать применения программируемых логических интегральных схем ПЛИС (контроллеров, ПЗУ и т.п.), отдавая предпочтение микросхемам «жесткой» логики одной серии или фирмы, т.к. они согласованы по уровням питающих, входных и выходных напряжений и сопротивлений и, кроме того, внедрение в эксплуатацию ПЛИС требует высокой квалификации и трудоемкости разработчиков и потому затруднительно.

Разработка структурной схемы начинается с выбора типа опорного или задающего генератора (ОГ, ЗГ). Основанием для выбора являются требования к нестабильности частоты δf и уровню частотного шума N _чш выходного сигнала, таблицы 3.1 и [1, 3, 4, 5,9]. При этом необходимо помнить, что для возбудителей ПКС с умножителем частоты нестабильность частоты и уровень шума повышаются в  раз относительно выходного сигнала ОГ. Для возбудителей КНС и ПКС со смесителем нестабильность частоты и уровень шума выходного сигнала определяются, как было указано параметрами ОГ. В связи с тем, что справочные данные на эти параметры генераторов часто отсутствуют, при выборе типа ЗГ ориентировочно (произвольно) задаются частотой и мощностью ЗГ – f _ЗГ, Р_ЗГ по данным таблицы в приложении П5-П6 и [30-38], учитывая, что для высокостабильных генераторов:

и нестабильность частоты, и уровень шума увеличиваются с ростом частоты и мощности ЗГ (δ f ↑ → f _ЗГ ↑, Р_ЗГ ↑). Для типового генератора в диапазоне (1–10) МГц δ f ≥5·10^-4 N _чш > -125 дБ/Гц, для уникального кварцевого генератора δ f ≥5·10^-6 N _чш > -165 дБ/Гц [2].

После выбора типа ЗГ определяют полный коэффициент умножения умножителя частоты  и число составляющих его каскадов N умножителей меньшей кратности , где ,  – частота выходного и входного сигнала i-того каскада умножения таким образом, чтобы . Типы умножительных каскадов и их парциальные коэффициенты умножения n_i определяются по справочным данным: приложения П10 и [30‑38].

При этом необходимо учитывать, что рабочая частота умножительных каскадов увеличивается с ростом номера каскада i (начиная с первого, i =1, ближайшего к ЗГ): ; ; .

Заметим, что при M >>1 умножитель частоты может быть реализован при N =1 однокаскадным, в виде гибридной интегральной схемы (ГИС) на диоде с накоплением заряда (ДНЗ) на частотах f ≤ 10 ГГц, однако в этом случае необходима высокая мощность входного сигнала Р_{вх i} ≈ 1 Вт и сложный полосовой фильтр на выходе [48].

После выбора микросхем умножительных каскадов определяют выходную мощность последнего из них Р_вых ^N и необходимый коэффициент усиления выходного усилителя мощности (ВУМ):

Основные функции ВУМ сводятся к обеспечению заданной выходной мощности в заданном диапазоне частот и коэффициента подавления неосновного излучения. Проектирование усилителя начинается с выбора типа активного прибора (АП) и выходного фильтра, схемы усилителя и оценки необходимого числа каскадов.

Выбор типа АП (микросхемы или транзистора) осуществляется по заданной рабочей частоте f ₀ и мощности Р_вых на основании справочных данных [30-38] или приведенных в таблицах П7, П17, П18 приложения. При этом необходимо помнить, что для любых типов АП уровень выходной мощности может быть увеличен в несколько раз за счет использования устройств сложения мощности на общей нагрузке – сумматоров [2]. Примеры построения структурных схем усилителей со сложением мощности на общей нагрузке приведены в [3, 4, 5]. Наиболее часто ВУМ выполняются по двухтактной или балансной схеме [2, 4.3] с использованием сумматоров, частотно-избирательных фильтров, вентилей и других пассивных СВЧ устройств.

После выбора типа АП определяют его коэффициент усиления К_р по таблице приложения П7 или данным [30-38]. Для транзисторов возможен теоретический расчет К_р, как указано в [2, 7]. Затем определяют необходимую мощность возбуждения ВУМ . Если , то используются дополнительные каскады предварительного усиления, входная мощность которых определяется аналогично выходному каскаду:

где i – номер каскада предварительного усиления, отсчитываемый от УЧ.

Число каскадов определяется максимальным значением i_max, для которого .

Выбор типа выходного фильтра осуществляется по данным таблицы приложения П8 на основании заданных параметров его частотной характеристики: рабочая частота f ₀, затухание L, полоса пропускания по уровню 3 дБ.

Затухание фильтра определяется требованиями по уровню подавления неосновного излучения (внеполосного и побочного), которые устанавливаются согласно условиям электромагнитной совместимости таким образом, чтобы средняя мощность неосновного излучения любого вида Р_ни не превышала определенного уровня.

Р_НИ≤ 5∙10^-2Вт для f ₀ ≤ 30 МГц,

Р_НИ≤ 25∙10^-6Вт для 0.4≤ f ₀ ≤ 30 МГц.

При этом требуемый уровень подавления неосновного излучения составляет дБ.

Полоса пропускания П определяется шириной спектра выходного сигнала, которую можно принимать [1]:

 для аналогового сигнала,

для дискретного импульсного сигнала,

где F_max – максимальная частота спектра входного сигнала – передаваемого сообщения,

 – тактовая НЧ информационного сигнала U_F, τ – длительность импульса, N – разрядность кода,

 – частота дискретизации [1].

Значения F_max для РЭС различного назначения приведены в [2, стр. 28].

Необходимо отметить, что на данном этапе проектирования часто вырисовывается несколько возможных вариантов реализации структурной схемы, и однозначный выбор наиболее приемлемого из них может быть сделан путем детального изучения и сравнения параметров применяемых микросхем на этапе технического проектирования.

Проектирование НЧ устройств формирования сигналов аналого-цифровых преобразователей АЦП, шифраторов, кодеров осуществляется на основании приведенных в литературе данных о схемах и характеристиках действующих образцов – прототипов данного классификационного типа [1, 2]. Выбор микросхем производится по справочным данным на основании заданных параметров НЧ информационного сигнала U_F: частота дискретизации , тактовая частота , где N – разрядность кода, длительность импульса .

Примеры структурных схем различных устройств, функциональные схемы которых рассмотрены в главе 2 и [1, 2] приведены далее на рисунках 3.6-3.8.

 

Принципиальная схема.

Электрическая принципиальная схема определяет полный состав элементов и связей между ними и представляет собой схему соединения отдельных каскадов структурной схемы с учетом активных элементов и пассивных СВЧ-устройств, соединяющий каскады между собой или с нагрузкой, обеспечивающих согласование соединяемых элементов по уровню входного и выходного сигнала и сопротивления. Кроме того принципиальная схема дополняется элементами, обеспечивающими управление, электрический контроль, сигнализацию и соединение с другими блоками и узлами системы (переключателями, разъемами, реле, измерительными приборами, предохранителями и т.п.). К принципиальной схеме составляется перечень элементов, в котором указываются обозначения элементов согласно нумерации и их основные электрические величины. Для стандартных деталей указывается ГОСТ и соответствующие обозначения.

Расчет согласующих целей и устройств сопряжения микросхем производится упрощенными инженерными методами (без применения ЭВМ, которые не исключены в некоторых особых случаях) на основании заданных входных и выходных сопротивлений соединяемых схем или доступных КСВН на входе и выходе по паспортным данным. Если условия согласования не выполняются в соединительную линию, включаются направленные ответвители (НО). При отсутствии паспортных данных полагают, что интегральные микросхемы рассчитаны на подключение к 50-омным линиям передачи. Для каждой линии передачи указываются номера соединяемых выводов микросхем согласно их УГО.

 

Конструкция.

Разработка конструкции устройства выполняется на основе его полной принципиальной схемы и заключается в разработке общей компоновки всех элементов этой схемы в пределах объема корпуса заранее выбранной формы. Форма и габариты корпуса выбираются на основе анализа условий эксплуатации устройства в РЭС заданного назначения, рассмотренных в главе 2 и [1-30].

Конструкция устройства определяется технологическим способом производства, среди которых наиболее прогрессивными является способ печатного монтажа и гибридно-интегрального исполнения. Однако "жестких" правил конструирования РПУ в настоящее время не существует в связи с чем разработка конструкции представляет собой творческий процесс, регламентируемый существующими на предприятиях ОСТами и инструкциями. Общие рекомендации по выбору конструкции РПУ приведены в [3,4]. При разработке конструкции РПУ необходимо обеспечить выполнение всех конструктивных и эксплуатационных требований принятого Т3, а также требований экономичности, технологичности, эргономики и технической эстетики при широком использовании стандартизованных и нормализованных деталей и узлов, опираясь на примеры и принципы построения «типовых» конструкции. Топология отдельных печатных плат подлежит подробной конструктивной разработке.

Разработка конструкции печатной платы состоит в определении её площади и геометрических размеров, что может быть выполнено программным способом на основе программы. Размеры печатной платы должны соответствовать ГОСТ 32751-79. Выбор типоразмера платы определяется условием: , где  – линейные размеры платы, S-площадь. Установочные размеры элементов определяются по их справочным данным, приведенным в [ ] и главе 2.

Пример конструкции блока приемо-передатчика (ПП), функциональная схема которого приведена на рис. 2.22, показан на рис. 3.20. Спецификация к сборочному чертежу приведена в приложении ПЧ.

 

Рис. 3.20. Блок приемо-передатчика.

 

Блок состоит из пяти односторонних печатных плат с габаритами (150x200) мм, каждая из которых представляет отдельный модуль ПП. Платы собраны в пакет 5, который крепится к бобышкам-4 основания корпуса 2 латунными винтами 3 (М3x85) шарнирными соединениями.

Корпус блока 2 с габаритными размерами (180х150х100) мм выполнен из алюминиевого сплава Д16. На передней стенке основания корпуса смонтированы разъем 1, на который с помощью жгута из проводников МГТФ выведены цепи питания плат, на задней стенке корпуса смонтирован разъем 7 для антенны. Для герметизации блока между основанием блока и крышкой 6 устанавливаются резиновая прокладка. Крепление крышки к основанию блока производится десятью винтами М (3х8). На внешнюю поверхность корпуса нанесено оксидное покрытие.

Примеры конструктивного выполнения «полосковых» устройств и их элементов приведены в [ 20, 96, 98, 112].

При конструировании РПУ на объёмных пассивных элементах целесообразно широко использовать материалы, приведенные в [ 2, 112].

 

Техническая документация. Оформление проекта.

Пояснительная записка.

Пояснительная записка оформляется по правилам составления технического отчета (ГОСТ 7.32-81) [53].

Приводимые материалы должны располагаться в определенном порядке:

1. Титульный лист

2. Лист с заданием на проект

3. Оглавление (перечень разделов записки)

4. Разделы пояснительной записки (введение, этапы проектирования в соответствии с оглавлением, чертежи принципиальной схемы и конструкции, заключение, список литературы, приложения)

Содержание записки должно отражать все этапы проектирования с обоснованием основной задачи каждого этапа и выводов относительно полученных результатов.