«*» - чувствительность по входу РПУ определяется при соотношении с/ш 10 дБ и полосе анализа аналогового фильтра 10 кГц.
Параметры СЧ-1 РПУ: диапазон перестройки 7,465… 13,575 ГГц, минимальный шаг перестройки частоты 1 МГц, время перестройки рабочего ДЧ не более 250 мкс, СПМ фазового шума не более минус 116ч112 дБн/Гц, при отстройке на 10 кГц, средний уровень подавления дискретных составляющих в спектре сигнала 72 дБ.
Параметры СЧ-2 РПУ: значение формируемой частоты 7,5 ГГц, СПМ фазового шума не более минус 120 дБн/Гц, при отстройке на 10 кГц.
5. Конструкция линейной части приемника
5.1 Общие правила конструирования
Конструирование надежной, безотказной аппаратуры низкой стоимости требует досконального знания принципов конструирования электромеханических устройств, среди которых правила размещения электронных элементов всегда занимали одно из ведущих мест при разработке.
Учитывая специфику разрабатываемого устройства, необходимо отметить, что конструкция высокочастотного узла или модуля призвана обеспечить: экранирование устройства от внешних высокочастотных наводок и предотвращение утечки энергии в окружающую среду; взаимную развязку каскадов во избежание образования паразитных прямых и обратных связей; фильтрацию по цепям питания с целью ограничить распространение ВЧ колебаний внутри модуля и между модулями; надежное заземление по ВЧ.
Эти четыре требования должны быть удовлетворены с помощью малогабаритной, легкой и дешевой конструкции. Одного единого способа удовлетворить одновременно все эти требования к конструкции не существует; такое утверждение, впрочем, справедливо и в отношении почти всех характеристик синтезаторов. Разработано и практически опробовано множество различных методик, некоторые из них получили широкое и длительное применение.
Паразитные колебания возникают не только в процессе синтеза частот; они могут вызываться и следующими факторами: дефектами разработки устройств (такими, например, как недостаточность развязки между отдельными цепями, что приводит к прохождению колебаний по цепям питания); конструктивно неудачной конфигурацией монтажа, приводящей к таким дефектам, как плохое заземление; недостаточной степенью экранирования.
Приведем несколько общих правил конструирования, выполнение которых способствует снижению уровней паразитных колебаний.
1) Необходимо принимать меры к подавлению всех возможных внешних помех и наводок. Даже колебания с частотами, находящимися далеко за пределами рабочей полосы используемых устройств, могут стать паразитными в результате процессов преобразования частоты в усилителях и смесителях.
2) Если несколько устройств, работающих на различных частотах, питаются от одного общего источника постоянного напряжения, то на выводах этого источника в каждом из устройств необходимо предусмотреть широкополосные цепи развязки. Это правило подчеркивает предпочтительность использования развязывающих RC-фильтров по сравнению с LC-фильтрами.
3) При одновременном использовании в одной системе аналоговых и цифровых устройств необходимо осуществлять их питание от раздельных источников постоянного напряжения. Применение раздельных источников питания устраняет проблему проникновения в аналоговые устройства высокочастотных составляющих, возникающих во время переходных процессов в цифровых устройствах.
4) Для сведения к реализуемому минимуму влияния наводок на частоте питающей сети цепи источников питания должны быть максимально удалены от цепей, в которых осуществляется перенос и прохождение высокочастотной составляющей сигнала.
5) Проводящие полоски печатных плат и провода, несущие токи ВЧ, являются антеннами, способными как излучать, так и принимать колебания. Длина таких проводников должна быть сведена к минимуму.
6) Во избежание возвратных токов по контурам заземлений и экранам, элементы, по которым протекают токи высокой частоты, не следует монтировать на экранах.
5.2 Конструирование экранирующих узлов
При необходимости получения большего подавления паразитных излучений между устройствами или между шасси и окружающей средой используются коробчатые или модульные конструкции шасси. Модуль может быть нескольких типов. Состоять из одного отсека (рисунке 5.1 а), если единственным требованием является экранирование от окружающей среды, или из нескольких отсеков (рисунке 5.2 б).
а б
Рисунок 5.1 Типы конструкций экранов
Рассматриваемые модули могут быть изготовлены методами фрезерования, литья или пайки (легкоплавкими и тугоплавкими припоями) в зависимости от необходимой степени экранирования и объема изготавливаемой партии. Для получения очень высоких степеней экранирования модули фрезеруют.
Пайка тугоплавкими припоями обычно применяется для алюминиевых модулей (пайка алюминием). Реже используется пайка медью низкоуглеродистых, никелевых и кремнистых сталей.
Самой дешевой, но зато и наименее механически прочной является пайка низкотемпературными припоями. В изготовленных этим методом модулях максимально достижимая степень экранирования ограничена максимальной толщиной деталей, при которой возможно их соединение между собой пайкой низкотемпературными припоями.
В качестве материала для изготовления модульных конструкций используются алюминий, сталь, латунь и специальные сплавы с высокой магнитной проницаемостью.
Во всех конструкциях, предназначенных для размещения электронных элементов, должен быть предусмотрен доступ к узлам устройств. Выполнение этого требования неизбежно ведет к появлению в экранах неоднородностей в виде длинных узких щелей. Одним из самых распространенных способов уменьшить излучение из этих щелей является введение в конструкцию элемента, обеспечивающего большое число точечных контактов вдоль каждой такой неоднородности.
Создание множества контактных точек для снижения уровня излучения из щели можно осуществить с помощью ряда часто расположенных винтов. Согласно, при расстоянии между винтами 5 см степень экранирования на частоте 200 МГц превышает 80 дБ.
Правильный выбор материала экрана с достаточными экранирующими свойствами и снижение до требуемого уровня паразитных излучений из отверстий еще не является гарантией удовлетворительной работы аппаратуры в течение длительного времени. Первоначально полученные характеристики будут ухудшаться с течением времени, если в конструкции не были предусмотрены меры, предотвращающие коррозионные явления.
Коррозия представляет собой весьма сложную форму ухудшения свойств материала. Она может проявляться как коррозионная усталость материала, коррозионные натяжения, коррозионное растрескивание, коррозионная кавернация, выедание материала, распад сплавов, фреттинг или гальваническая коррозия. Здесь, остановимся только на последнем виде - гальванической коррозии - потому, что именно этот вид определяет выбор материала экранов и покрытий.
Гальваническая коррозия является электрохимическим процессом и наблюдается при соединении разнородных металлов через электролитический раствор (раствор солей, кислот или щелочей), который может образовываться в виде тонкой пленки или конденсата влаги. Приведены наиболее употребительные металлы и их электрохимические потенциалы, а также комбинации металлов, при которых не наблюдается сколь либо существенной (для всех практических случаев) гальванической коррозии. Материалы блока, экранов и покрытий следует выбирать с учетом этих соображений.
Одним из методов борьбы с коррозией является предотвращение попадания влаги на поверхность металла. Такой метод, однако, дорог, если по условиям эксплуатации или для обеспечения; возможности ремонта защищаемые поверхности должны быть разборными. В качестве недорогого средства борьбы с коррозией можно использовать электролитические покрытия, но они могут влиять на экранирующие свойства металла и поэтому к их выбору следует подходить с известной осторожностью.
Экраны изготавливаются из немагнитных высокопроводящих металлов, таких, как алюминий, медь, латунь, цинк и др.
Как показывает практика, наиболее приемлемым материалом с точки зрения стоимости и эффективности, можно считать латунь или алюминий, которые обладают хорошей теплопроводностью и механической прочностью наравне с механической обрабатываемостью. При этом, согласно, приняв толщину стенок экранов около 1 мм, можно обеспечить потери на поглощение электромагнитного поля около 1000 дБ на частотах от 100 МГц.
В соответствии с номограммой для определения потерь на отражение плоской волны, на частоте 100 МГц латунь обеспечивает потери на отражение порядка 80 дБ.
В соответствии с данными о наиболее употребительных металлах и их электрохимических потенциалов, парой, у которой не наблюдается сколь либо существенной гальванической коррозии для латуни является хром, а для алюминия - олово или висмут.
Таким образом, согласно проведенного анализа, металлический экранирующую конструкцию шасси приемника необходимо изготовить из алюминия с электрохимическим покрытием олова или висмута, а экраны функциональных узлов из латуни с электрохимическим покрытием хрома. При этом все крепежные соединения, исходя из соображений механической прочности, необходимо выполнить также из латуни с хромом.
5.3 Анализ характеристик печатных плат
В настоящие время промышленность выпускает односторонние, двусторонние, многослойные и гибкие печатные платы. К гибким печатным платам следует также отнести гибкие печатные шлейфы и кабели.
В зависимости от числа поверхностей платы, имеющих печатные проводники, различают односторонние, двусторонние и многослойные печатные платы.
Достоинством односторонних и двусторонних печатных плат являются простота и невысокая стоимость изготовления. Недостатками таких печатных плат являются низкая плотность размещения элементов, необходимость в дополнительной экранировке, большие габариты и масса.
Использование многослойных печатных плат на фоне применения новых элементов позволило существенно увеличить плотность монтажа путём увеличения количества рабочих слоёв без заметного увеличения габаритов. Важным преимуществом многослойного печатного монтажа, при практической реализации рассматриваемого приемника, является возможность применения экранирующего слоя, который может быть размещён между внутренними слоями или на наружных поверхностях, и выполнять функции экрана. При этом экранирующие слои могут быть соединены с конструктивными деталями корпуса блока для увеличения эффективности отвода тепла от элементов.
В тоже время существуют определенные ограничения, которые инженер- разработчик должен учитывать, при использовании многослойных печатных плат:
- более жёсткие допуски на размеры по сравнению с допусками на размеры одно- и двусторонних печатных плат;
- большая трудоёмкость проектирования, связанная с согласованием всех слоев и исключением ошибок;
- необходимость специализированного современного производственного оборудования;
- сложный процесс изготовления, как следствие, продолжительный производственный цикл;
- необходимость проведения тщательного контроля всех операций, начиная с конструкторской разводки и заканчивая упаковкой готовой платы в промежуточную технологическую тару для передачи её в монтажный цех, при этом визуальный контроль изделия труден и практически невозможен.
Однако в аппаратуре, для которой обеспечение минимальных габаритов и массы, и максимально возможной надёжности является основным требованием, многослойные печатные платы являются наиболее подходящими.
К числу важнейших свойств материалов, используемых при изготовлении печатных плат, относятся хорошая технологичность, характеризующая способность материала поддаваться обработке, высокие электрофизические, физико-механические и физико-химические параметры, а также такие свойства, как устойчивость к воздействию ионизации, радиационная стойкость, способность работать в условиях вакуума. Материалы печатных плат должны обеспечивать хорошую адгезию с наносимыми на поверхность покрытиями и минимальное колебание диэлектрической проницаемости в процессе производства и эксплуатации.
Наиболее распространенными материалами при изготовлении печатных плат являются стеклотекстолит, Rogers RO4000 и FR4.
Стеклотекстолит представляет собой слоистый пластик, состоящий из стеклоткани, пропитанной модифицированной фенолоформальдегидной смолой. Листовой стеклотекстолит поддаётся всем видам механической обработки, а также склеиванию.
Для изготовления многослойных печатных плат применяются главным образом рассмотренные диэлектрики. В качестве материала для фольгирования, как правило, используется медь, иногда алюминий и золото. Однако использование алюминия в качестве материала при фольгировании ограниченно, так как тонкая окисная пленка, образующаяся на поверхности металла, не позволяет проводить качественную пайку в нормальных условиях производства. Основным недостатком золота является его высокая стоимость. Медь является наиболее подходящим материалом при изготовлении печатных плат.Среди фольгированных диэлектриков следует отметить фольгированный гетинакс, фольгированный стеклотекстолит и фольгированный армированный фторопласт.