Работа нелинейного локатора

Рис. 5.2.1. График усиления NBL00442 в зависимости от частоты

Рис. 5.2.2. График шумов усилителя NBL00442 в зависимости от частоты

Таким образом, используя пару NBL00442 мы получаем 50..52+50..52 = 100…104 дБ усиления, при вносимых шумах 2+2=4 дБ.

Использование данных усилителей крайне выгодно, так как обеспечивается требуемое высокое усиление, при низком уровне вносимых шумов.

5.3 Полосовые фильтры радиочастоты

В качестве фильтра для канала приема второй гармоники используем 1810BP07B200, основные характеристики которого приведены в таблице 5.3.1.

Таблица 5.3.1. Основные характеристики полосового фильтра 1810BP07B200

Рис. 5.3.1. S-параметры фильтра 1810BP07B200

Для канала приема третьей гармоники используем фильтр 2600BP14M0300. Его основные характеристики приведены в таблице 5.3.2.

Таблица 5.3.2. Основные характеристики фильтра 1810BP07B300

Рис. 5.3.2. S-параметры полосового фильтра 2600BP14M0300.

5.4 Демодулятор

В каналах приема второй и третей гармоники с целью демодуляции сигнала установим по демодулятору LTC5585. Это квадратурный демодулятор прямого преобразования, предназначенный для целей приема сигнала в диапазоне от 700 МГц до 3 ГГц, однако возможно функционирование и в диапазоне 3..4 ГГц со сниженной производительностью. LTC5585 включает в себя балансный смеситель I и Q каналов, буферный усилитель сигнала гетеродина и точный, высокочастотный квадратурный фазовращатель. Так же, данный демодулятор оснащен четырьмя контактами для аналогового управления, путем подачи управляющего напряжения, что позволяет производить IIP2 и DC offset (смещение по постоянному току) корректировку, значительно упрощая калибровку системы.

VCC Напряжение питания…………………………….- 0.3V to 5.5V

VCAP Напряжение…………………………………………VCC ±0.05V

I-, I+, Q+, Q-, CMI, CMQ Напряжение……….2.5V to VCC + 0.3V

Напряжение на любом другом контакте…… - 0.3V to VCC + 0.3V

LO+, LO-, RF Входная мощность……………………………20dBm

RF Входное DC Напряжение…………………………………. ±0.1V

Диапазон рабочих температур (TC) ……………… -40°C to 105°C

BW_BB I+, I-, Q+, Q - выходная полоса частот……………530 МГц

Каждый выход I и Q каналов имеет сопротивление 100 Ом со встроенной емкостью 6 пФ. Добавляя внешние резисторы номиналом 100 Ом, как показано на рисунке 5.4.1, получим ФНЧ с граничной частотой по уровню -3 дБ равной 530 МГц. Это позволяет упростить конструкцию, исключая необходимость в дополнительных внешних ФНЧ между демодулятором и АЦП.

Рис. 5.4.1. Схема включения резисторов в цепь выхода I и Q каналов

Рис. 5.4.2. Схема демодулятора LTC5585

Демодулятор в канале приема второй гармоники должен обеспечивать демодуляцию сигнала в диапазоне частот от 1710 МГц до 1890 МГц. Для этого на его вход LO (Local Oscillator) необходимо подавать сигнал гетеродина с частотой от 1850 МГц до 2050 МГц соответственно. Также необходимо задать номиналы навесных элементов в соответствии с радиочастотой и частотой гетеродина.

Рис. 5.4.3. Навесные элементы демодулятора LTC5585, зависящие от рабочих частот, для канала приема второй гармоники

Согласно документации, для указанных выше частот, номиналы данных навесных элементов составляют:

L2: 4,7 нГн;

С23: 0,5 пФ;

С14: 0,8 пФ;

L1: 5,1 нГн.

В канале приема третей гармоники необходимо обеспечить демодуляцию сигнала в диапазоне 2565. 2835 МГц. Для этого необходимы частоты гетеродина от 2470 МГц до 2650 МГц, а также следующие параметры навесных элементов, показанных на рисунке 5.4.4.

Рис. 5.4.4. Рис. 5.4.3. Навесные элементы демодулятора LTC5585, зависящие от рабочих частот, для канала приема третьей гармоники

L16: 2,7 нГн;

С85: 0,5 пФ;

С70: 1 пФ;

L13: 1,2 нГн.

6. Конструкторско-технологическая часть

Конструкцию радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) следует рассматривать как некоторое структурное образование. Составные части конструкции должны находиться в соподчинении.

Самый низкий, нулевой структурный уровень состоит из неделимых схемных элементов, которые называют элементным базисом РЭА.

На первом структурном уровне неделимые элементы объединяются в схемные сочетания, образуя узлы, модули, платы.

Ко второму структурному уровню относят блоки, в которые входят элементы, как первого, так и нулевого структурного уровней. Блок - часть конструкции РЭА, имеющая лицевую панель, но не имеющая самостоятельного применения.

Третий структурный уровень может быть реализован в виде шкафа, заполненного большим числом блоков.

Структурная градация необходима для организации производства по независимым циклам для каждого структурного уровня. Это позволяет обеспечить ритмичность производства и ввести типизацию.

Каждая структурная составляющая проще, чем вся аппаратура в целом. Это сокращает период настройки, облегчает проведение ремонтных работ, создает условия для унификации схемных и конструкторских решений, сокращает сроки модернизации. Такой подход к конструированию РЭА называют функционально-узловым методом.

Для защиты изделия от внешних воздействий, а персонала от прикосновения ко внутренним частям устройства необходимо выбрать корпус. Корпус придает устройству законченную форму. Существует ряд требований, предъявляемых к корпусу изделия [41]:

* корпус должен обеспечивать нормальный тепловой режим устройства;

* должен обеспечивать защиту расположенных в нем элементов от механических повреждений;

* должен обеспечить защиту от пыли и влаги;

* в конструкции корпуса должны быть предусмотрены места для кладки жгутов, соединяющих плату коммутации с внешними разъёмами;

* корпус должен обеспечивать легкий доступ к расположенным в нем элементам для осмотра, ремонта и замены, а так же к элементам внешней коммутации;

* конфигурация корпуса должна предусматривать элементы крепления для ее фиксации на объекте;

* конфигурация корпуса должна позволять экономично размещать изделие на месте его эксплуатации;

* использовать гальванические и лакокрасочные покрытия, имеющие минимальную массу.

6.1 Разработка общей конструкции прибора

Конструкция прибора должна отвечать условиям его эксплуатации. Разрабатываемое устройство является носимым нелинейным радиолокатором, поэтому корпус выполнен из ударопрочной пластмассы методом литья.

На лицевой панели установлен ЖК-дисплей, отображающий информацию о мощности принимаемого сигнала на второй и третей гармонике, мощность излучаемого сигнала, спектр принимаемого сигнала. Также на передней панели расположен разъем для подключения наушников.

При работе нелинейного радиолокатора устройства выделяется некоторое количество тепла, которое необходимо отводить во избежание перегрева выше допустимого предела. Однако, в разработанном устройстве теплоотвод осуществляется за счет естественной конвекции воздуха. При этом микросхемы, входящие в состав приёмника не требуют специальных мер по обеспечению теплоотвода, так как потребляемая ими мощность весьма мала.

Внутри корпуса конструкция прибора выполнена в соответствии с функционально - узловым принципом конструирования. Отдельные функциональные узлы выполнены в виде отдельных конструктивных элементов. Подобное конструктивное выполнение прибора позволяет легко производить эксплуатацию, поиск новых решений в комплектации, поиск неисправностей и ремонт, а также способствует улучшению технологии производства и настройки.

6.2 Методы изготовления печатных плат

Подавляющее большинство узлов современной аппаратуры реализуется в печатном виде. За все время существования печатных конструкций технология их изготовления непрерывно совершенствовалось. В настоящее время процесс изготовления простейших видов печатных плат хорошо обработан.

Печатная схема - это электрическая схема, выполненная на печатной плате. Печатная плата - это элемент конструкции, состоящий из плоских проводников в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение электрической цепи. Печатные платы принято подразделять на односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП) и многослойные (МПП).

Печатный рисунок является важнейшей частью схемы, выполненной на печатной плате. Сложность рисунка зависит от сложности электрической схемы и плотности монтажа. Наиболее распространен рисунок с ортогональными проводниками и проводниками с углами наклона, кратными 45°.

В настоящее время применяются следующие методы изготовления печатных плат:

1. Субтрактивный. Это самый старый метод изготовления. Основу печатной платы в этом случае составляет фольгированная диэлектрическая пластина. В современной радиоаппаратуре применяются в основном следующие виды фольгированный диэлектриков:

а) гетинакс ГФ,

б) стеклотекстолит СФ,

в) многослойный диэлектрик ФДМ,

г) стеклоткань СПТ-З,

д) стеклотекстолит ФТС,

е) стеклотекстолит СТФ.

Рисунок при субтрактивном методе получается путем травления пробельных участков проводящего покрытия. Процесс изготовления печатных плат этим методом разделяется наследующие стадии:

* Изготовление заготовки платы из фольгированного диэлектрика. Производится с помощью специальных станков, исключающих загрязнение воздуха цеха пылью диэлектрика.

* Нанесение рисунка проводников кислотной краской. Этот этап также может быть автоматизирован с применением ПЭВМ.

* Травление заготовки раствором хлорного железа с последующим удалением остатков раствора и промывки заготовки.

* Удаление защитного слоя краски органическим растворителем, например, ацетоном.

* Удаление с проводников окисла и загрязнений.

* Нанесение термостойкой защитной эпоксидной маски для последующего лужения незащищенных участков.

* Горячее лужение мест пайки.

* Штамповка монтажных отверстий под радиоэлементы.

* Групповая пайка радиоэлементов. Существует несколько способов автоматизированной пайки. Основные из них - пайка волной припоя, струей припоя, протягиванием.

2. Аддитивный метод. Основу печатной платы составляет неметаллизированный диэлектрик, например, стеклотекстолит или гетинакс. Металлизация, чаще всего медная, наносится на диэлектрик через трафарет осаждением.

3. Комбинированный метод. При этом в технологическом процессе присутствуют как операция травления лишней металлизации, так и операция нанесения проводящего слоя. Существуют два варианта комбинированного метода: негативный и позитивный. При негативном варианте экспонирование рисунка схемы производится с фотонегатива, после чего выполняется травление рисунка, а затем сверление отверстий платы и их металлизация. При позитивном варианте экспонирование рисунка схемы производится с фотопозитива. Затем осуществляется сверление и металлизация отверстий. После этого рисунок схемы и металлический слой в отверстиях защищается слоем припоя, стойкого к травителю для меди, и наконец, производится травление.

6.3 Условия изготовления печатной платы

Нелинейный радиолокатор выполняется в виде двусторонней печатной платы в соответствии с отраслевым стандартом ОСТ4Г0.0540223.

Во избежание загрязнения поверхности заготовок печатной платы, все операции, начиная с подготовки поверхности заготовок, следует выполнять в чистых перчатках (резиновых или хлопчатобумажных). При выполнении операций, на которых применение перчаток невозможно по требованиям техники безопасности или другим причинам, заготовки следует брать только за технологический припуск.

Для приготовления и коррекции электролитов и растворов для химической металлизации, а также для проведения анализов, следует использовать только химически чистые вещества.

Допускается применение технических кислот для декапирования, подтравливания меди и диэлектрика, травления. При этом серная кислота применяется квалификации «аккумуляторная». Для приготовления электролитов химического и электролитического меднения. Осаждения сплава «олово-свинец», для промывки слоев перед прессованием и готовых плат перед контролем электрическим параметров, применяют воду обессоленную дистилляцией.

Для приготовления растворов травления, обезжиривания и других подготовительных операций, включающих промывку, используют воду соответствующую ГОСТ 2874-73.

6.4 Компоновка печатной платы

При размещении элементов на печатной плате необходимо учитывать:

* полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты;

* необходимо предусмотреть возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

* необходимо предусмотреть возможность легкого доступа к элементам, которые подбираются при регулировке схемы;

* равномерное распределение масс элементов по поверхности платы;

* обеспечение малых габаритов и массы.

Размещение навесных элементов на печатной плате осуществляется в соответствии с ОСТ 4.Г0.010.030 и ОСТ 4.Г0.010.009.

В качестве критериев оптимальности размещения используем:

* минимум суммарной длины всех печатных проводников;

* минимум максимальной длины сигнальных проводников;

* максимально близкое пространственное расположение элементов с наибольшим числом взаимных связей.

6.5 Трассировка печатной платы