MaxDiplom / MaxDiplom / MaxKursov1

Введение .

Важным фактором ,определяющем темпы научно-технического прогресса в современном обществе,являются радиоэлектронные средства (РЭС).Ускорения научно-технического прогресса требует сокращения сроков разработки РЭС. Под РЭС понимают изделие и его составные части, в основу функционирования которых положены принципы радиотехники и электроники.

Eсли проследить историю развития радиоэлектроники ,то можно заметить четкую тенденцию к использованию все более коротких длин волн .Это естественно потому ,что по мере укорочения длин волны, увеличивается возможность концентрировать электромагнитное излучение в узкий луч, что позволяет создать очень экономические средства связи.

Устройства работающие в СВЧ диапазоне обладают более высокой информационной емкостью, у них происходит уменьшение потерь электромагнитного излучения за счет изменения электрической проницаемости воздуха с ростом высоты.Эти физические особенности СВЧ диапазона определяют специфику конструирования различных устройств.

При решении задач , по конструированию СВЧ устройств , огромное значение уделяется вопросам защиты аппаратуры от воздействия различных природных факторов (t , влажности , солнечной радиоактивности и ms). Дальнейший прогресс техники СВЧ связан с широким внедрением цифровых методов передачи информации , ускоренной ее передачи , а также в освоении новых диапазонов частот.

Технические требования .

1. Блок предназначен для формирования фазомонипулированного сигнала по специальному закону.

2. Функционирование данного блока , осуществляется в составе бортового устройства.

2. Схемотические ограничения .

   1. Диапазон частот несущего сигнала

11%14 ГГц

2. Частота модуляции не более 35 МГц

3. Допустимая температура на клеймах +80С

4. Питание блока осуществляется с двух источников постояного напряжения

Е1=+5 0,25 В

Е2=-60,3 В

5. Расчетная мощность рассеивания не более 1.2 Вт

6. Ослабление проходящего СВЧ сигнала не более 13 гб

7. Величина фазового сдвига :

В синфазном канале -904

В квадратурном канале +904

В синфазном и квадратурном канале одновременно 1804

1. Время переключенения фазы сигнала не более 5нС.

2. Появление четных гармоник в спектре модулированного шумоподобного сигнала относительно уровня несущей частоты без модуляции не менее 25 гБ

1. Конструкторские ограничения

   1. Масса блока не более 0.2кг.

   2. Величина истечения газа из обьема не более 1.2 10 6

   3. Отвод тепла осущетвляется через корпус.

   4. Крышка блока должна иметь наземный контакт с корпусом и разделительным экраном.

   5. Вероятность безоткатказной работы должна быть Р(t) =9.44410-10 за 2280 часов штатной работы блока.

4. Технологические ограничения.

4.1 Тип поизводства –мелкосерийное.

5. Эксплуатационные ограничения

5.1 Диапазон рабочих температур окружающей среды :-60C+60C

5.3 Cоставные части блока не должны иметь резонанса в диапазоне частот:

0 40Гц при ускорении 2g.

5.4 Блок должен сохранять свои параметры после воздействии синусоидальной вибрации на частоте 2030 Гц,при ускорении 2g, и также после воздействия линейных ускорений до 10 g.

Анализ ТЗ “ выработка требований к конструкции СВЧ блока фазового модулятора ”.

Разработанный блок представляет собой фазовый модулятор СВЧ сигнала .

Cхема электрическая принципиальная представлена на чертеже.

Данная разработка полностью удовлетворяет заданным параметрам ТЗ.

В состав блока входят :

• плата направленного ответвителя [ Н.О]

• полосковые вентили [В.П]

• микросборка фазовых модуляторов [Ф.М]

• микросборки усилителей формирователей [У.Ф] сигналов управления фазовой модуляцией .

• плата сумматора [С] .

• герметичные СВЧ соеденители типа “град” .

Для обеспечения качественной работы фазового модулятора необходимо обеспеспечить требуемые параметры импульсов управления , что в свою очередь , третребует необходимости устранения проникновения СВЧ сигнала в низкочастотную [Н.Ч] часть блока управления , обеспечения коротких связей между микросборками фазовых модуляторов и усилителей – формирователей с целью устранения реактивных наводок , отрицательно влияющих на время переключения фаза СВЧ сигнала .

Как видно из ТЗ диапазоном частот несущего СВЧ сигнала довольно высок .Такие короткие волны обладают высокой проникающей способностью , в связи с этим требуется тщательное экранирование СВЧ части блока от низкочастотной части блока управления .

Также необходимо экранировать друг от друга каждую микросборку СВЧ тракта , поскольку возможно образование резонансных систем , которые могут отрицательно влиять на качетвенную работу блока в целом .

Наилучшим образом выполнить все вышеприведенные требования позволяет фрезерованная конструкция корпуса блока , которая в свою очередь обеспечивает и хорошую механическую прочность экранных перегородок и всего блока в целом .

Крышка на СВЧ часть блока должна иметь наземный контакт с разделительным экраном и корпусом . Для исключения влияния крышки на параметры СВЧ сигнала , модулированного на фазе , расстояние от нее до поверхности СВЧ микросборок не должно быть меньше значения /4 , где  -

Длина волны несущего сигнала . В нашем случае это расстояние должно быть не менее 6,25 [мм] .

Для обеспечения коротких связей между микросборками усилителя – формирователя и фазового модулятора , надо надо распологать их в непосредственной близости друг от друга . Длина провоза при этом не должна превышать значение /2 = 12,5 [мм] . Ссвязь этих микросборок через экраны можно можно осуществить посредством перехода типа “слезка” .

В связи с вышестоящими требованиями к блоку по ослаблению проходящего сигнала при конструировании блока необходимо обратить особое внимание на минимизацию использования технологических плат , а также входящие в блок фазового модулятора микросборки и платы СВЧ содержат большое количество драгоценных материалов , в связи с этим необходимо обеспечить хорошую работоспособность конструкции . Для этого предлагается паять микросборки СВЧ на металлические поддоны со специальными отверстиями , а затем эти поддоны с платами механически , с помощью винтового соединения , крепить к корпусу блока .

Для обеспечения наземного контакта следует использовать прокладки из латуня типа “лапша” покрытые сплавом олово – висмут .

Конструктивная реализация СВЧ устройств предьявляет повышенные требования к точности установки , совмещению и соединению схемных элементов , к качеству обработки поверхности корпуса блока . Если поверхности блока основания микросборки склеиваются , неплоскостность должна быть не хуже 0,03 [мм] , а при пайке - не хуже 0.05 [мм] , эти поверхности не должны иметь шероховатостей больше R=20 , которые можно разделить на два вида :

1 Неоднородности , которые имеют извесное значение . Они учитываются при расчете и не влияют на воспроводимость характеристик блока . Их место в схеме определяется при компоновки . Такие неоднородности возникают при установке на микрополосковые линии [МПЛ] конденсаторов К-10-17 , p-j-n диодов СВЧ , толщина которых в значительной степени превышает толщину полоски , при взаимной коммутации микрополосковых линий , гибридных микросхем СВЧ , расположенных на двух сторонах основания корпуса вертикальным коаксимальным переходом при определении микросхем , расположенных в одной плоскости через стенку [экран] корпуса коаксиальным переходом , при непосредственной коммутации микрополосковых плат перемычками из золотой фольги с петлей термокомпенсации .

2 Неоднородности возникающие как следствие производственных допусков . Они носят случайный характер , поэтому их влияние не может быть учтено при расчете блока , но по возможности могут компенсироваться в процессе настройки . К таким неоднородностям относятся :

- перепад уровней поверхностей стыкуемых микрополосковых линий ;

• смещение резестивного слоя относительно микрополосковых линий ;

• смещение взаимного положения или перемычки при стыковки подложек ;

• большой зазор между стыкуемыми микрополосковыми линиями ;

• наличие воздушного “кармана” при креплении к основанию неплотно прилегающих поддонов ;

“Карман при параметре сечения равном  / 2 образует фильтр пробку , препятствующий прохождению управляющего сигнала .

При увеличении размеров неоднородностей , расчет производится относительно коэффициэнта стоячей волны [К свч]. На рисунке показана зависимость влияния размеров неоднородностей на величину К свч при различных рабочих частотах . Чтобы получить хорошую производственную воспроизводимость параметров без дополнительной регулировки СВЧ микросборок их стыковку необходимо производить так , чтобы размеры неоднородностей СВЧ тракта не превышали значения , указанные в таблице1 .

Анализируя проблемы , связанные с изготовлением корпусов СВЧ устройств показывает , что решение задачи разработки корпуса блока , обеспечивающего все все требования ТЗ в наибольшей степени определяется материало м корпуса

Наиболее легким , теплопроводным и простым в обработке аллюминий и его сплавы : АМ – 2 , АМГ – 6 Б , Д – 16 . Обработка корпусов блока из этих сплавов в условиях единичного и мелкосерийного производства обычно ведется на фрезерных станциях с числовым програмным управлением [ЧПУ] .

Для того , чтобы к корпусам блоков можно было припаять микросборки , крышки и другие детали , корпуса блоков покрывают сплавом олово-висмут с адгезийным слоем .

Анализ существующих разработок . Установление уровня данной разработки по сравнению с мировыми .

В настоящее время в России существует ряд конструкций фазовых модуляторов, которые по своим характеристикам близки к разработаной модели. СВЧ части модуляторов по элементарной базе почти не отличаются. Используется типовая схема фазовращателя на СВЧ p-i-n suosux “Саммит” [LA54X-3]. Однако уникальность данной модели состоит в более высоком диапазоне частот несущего сигнала и сигнала управления фазовой модуляции. Отсюда вытекают контруктивные преимущества меньше (2-3 раза) размером и массой. Высокий диапазон частот влечет за собой сложности конструкции. Это повышенная точность установки СВЧ микросборок , использование герметичных соединителей новой конструкции . Схемотехническая уникальность данной разработки заключается в использовании быстродействующих транзисторов в схеме управления (новой конструкции резисторов , у которых практически отсутствует индуктивная состовляющая при заданной частоте управления модуляцией. Недостатком данной разработки с точки зрения схемного решения является значительный ток потребления . Это связано с необходимостью усиливать по току сигнал управления для формирования коротких фронтов управляющих импульсов. Этот недостаток влечет за собой увеличение площади поверхности блока для рассеивания выделенного тепла , что в свою очередь увеличивает массу и габориты изделия.

Поскольку диапазон частот , в котором работает фазовый модулятор освоен недостаточно хорошо и система связи , в которой входит данный модулятор , очень специфична , но можно утверждать что в общероссийском масштабе аналагов для данной разработки не существует. По публикациям иностранных научно-технических журналов освоение указанного диапазона частот в США происходит интенсивнее . Там в качестве базового элемента модулятора используются фазовращатели выполненные в монолитном исполнении , на кристалле AsGa размерами 4x4 (мм в кв.) . Такая конструкция фазовращателя позволяет еще больше сократить объем конструкции , массу , энергопотребление. По электрическим характеристикам фазовой модуляции такие системы пока уступают данной разработке , но в свою очередь , имеют более высокий комплексный показатель наземности .

Тем не менее , процесс совершенствования Российской техники СВЧ будет идти , скорей всего , в том же направлении , что и в США . Наша электронная промышленность по последним публикациям, ведет соответствующие исследовательские работы по созданию СВЧ устройств на кристалле AsGa ,но технология их изготовления отработана недостаточно четко.Выход годных кристаллов по сравнению с зарубежными аналогами очень мал. Отсюда высокая стоимость ,ограниченность применения

Комплексно сравнивая уровень данной разработки с заребежными аналогами , то можно сделать следующий ввод : данный СВЧ модулятор очень близок к мировому уровню.

Разработка вариантов компоновки блока фазового модулятора и выбор оптимального .

Рациональный выбор конструкции блока и корпуса очень важный этап конструирования микроэлектронных СВЧ устройств . Размещение микросборок и деталей внутри блока обычно планарное , одно или двустороннее . Рассмотрим несколько вариантов компоновки блока фазового модулятора .

1-й вариант - предполагает одностороннее размещение микросборок внутри корпуса .

Внутренний обьем блока при этом составляет 0.0588 (дм куб). В нем предусмотрена общая герметизация всех входящих элементов . Плотность установки недостаточно велика , требует большое количество СВЧ плат . С точки зрения механической прочности данная конструкция недостаточно наземна , так как в середине блока имеется небольшой участок без дополнительных перегородок , а также недостатком этой конструкции является то , что Н4 и СВЧ разьема находятся в различнях плоскостях и входные разьемы разобщены между собой . Экранирование СВЧ микросборок между собой и от низкочастотных плат осуществляется с помощью перегородок , но степень ее не высока из-за того , что СВЧ сигнал может проникать в щели между крышкой и перегородками .

2-й вариант - также односторонний . Он более компактен . Внутренний обьем составляет 0.0454 (дм куб). В данном варианте дополнительные СВЧ платы не применяются , что ведет к снижению потери энергии в СВЧ тракте . Несмотря на то , что все имеющиеся соединительные разьемы блока размещены в одной плоскости , входные Н4 разьемы ориентированы противоположно относительно друг друга .

Расположить их на одной стороне блока затруднительно из за того , что внутренняя электрическая длина линий связи должна быть одинаковой . Данная конструкция предполагает наличие двух одинаковых разьемов питания , что немаловажно по экономическим соображениям . Механическая прочность достаточная для заданных в ТЗ перегрузок . Степень экранирования несколько лучше , чем в 1-м варианте , так как каждая Н4 плата (А3 и А6) может быть подвергнута воздействию СВЧ сигнала только в одном из каналов фазового модулятора .

3-й вариантов – выполнен в двустороннем исполнении , где Н4 часть полностью разделена с СВЧ частью , что в свою очередь обеспечивает высокую степень экранирования .

В связи с тем , что высота боковой стенки блока не критична , со стороны Н4 части , с точки зрения возникновения обратных связей по обьему для сигналов управления , то ее высоту высоту можно уменьшить до необхобходимого конструктивного значения .

Эта возможность позволяет сделать внутренний обьем блока практически равным обьему во втором варианте . Данная конструкция также имеет только необходимое количество СВЧ плат .

Все входные разьемы находятся на одной стороне блока , а выходные на противоположной . Колодка питания микросборок (А3 и А6) общая и ориентирована перпендикулярно по отношению к входящим и выходящим разьемам .