Материал: Приемопередатчик атмосферной оптической линии связи

Рисунок 6.3 Схема смешанного исполнения АОЛС (И - источник, П - приемник, О.В. - оптическое волокно ОС - оптическая система)[17]

Остановимся на активной схеме построения АОЛС, т.к в данном случае уменьшаются энергетические потери, что особенно важно при построении АОЛС длинной более 200 метров и высокой скоростью передачи данных.

При разработке конструкции устройства необходимо выбрать корпус, который будет защищать изделие от внешних воздействий, а персонал от прикосновения к внутренним частям устройства. Существует ряд требований, предъявляемых к корпусу изделия:

1.   корпус должен обеспечивать нормальный тепловой режим устройства;

2.      должен обеспечивать защиту расположенных в нем элементов от механических повреждений;

.        должен обеспечивать защиту от пыли и влаги;

.        в конструкции корпуса должны быть предусмотрены места для прокладки жгутов, соединяющих плату коммутации с внешними разъемами;

.        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.Protection Rating - система классификации степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твёрдых предметов и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96). Маркировка имеет вид IPXX. Первая позиция - защита от проникновения посторонних предметов. Вторая позиция - защита от проникновения влаги.

В соответствии с этой классификацией будет использован оболочка, относящийся к классу IP67, т.к устройство устанавливается на улице.

«6»: Пыль не может попасть в устройство.

«7»: При кратковременном погружении вода не попадает в количествах, нарушающих работу устройства. Постоянная работа в погружённом режиме не предполагается.

Для защиты оптики от выпадающих осадков и пыли применена система из экранов и рассекателей воздушного потока. Их работа основана на аэродинамических эффектах торможения воздушного потока в неоднородных средах, что позволяет предотвратить попадание на оптику дождя или снега при любом направлении ветра.

В проектируемом устройстве отсутствует система пространственной стабилизации, т.к её применение сильно увеличивает стоимость устройства и устройство работает на дистанциях до 1 км. Поэтому требуется обеспечение надежной опорной поверхности для приемопередающего модуля. Система управления пространственными характеристиками оптики имеет грубую настройку и точную юстировку. Грубая настройка имеет пределы ±30 градусов в вертикальной плоскости и 360 в горизонтальной. Точная юстировка производится вручную с помощью двух маховиков винтов точной регулировки размещенных в блоке юстировки. Их вращением можно изменять положение в пределах 3 градусов по каждой координате совпадающей с осью регулировочного винта.

Виды креплений

Рисунок 6.4 Установка на горизонтальную поверхность

Рисунок 6.5 Установка на вертикалькую поверхность

Рисунок 6.5 Установка на край стены

Рисунок 6.6 Крепление на трубостойки большого и малого диаметра

Перед включением изделие должно быть надежно заземлено. Заземление каждого поста изделия производится через винт на основании ППМ. При размещении ППМ следует учитывать зоны защиты молниеотводов зданий и сооружений с целью соблюдения условий грозозащиты изделия и соединительных кабелей.

Компоновка - размещение в пространстве или на плоскости различных элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Компоновка является одной из важнейших задач при конструировании.

Под компоновкой блока понимают взаимное расположение ячеек или других конструктивных элементов в заданном объеме блока.

Необходимо искать такие компоновочные решения, которые удовлетворяют следующим требованиям:

1.      между отдельными узлами и блоками должны отсутствовать заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия;

2.      взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечить технологичность сборки монтажа с учетом использования автоматов, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;

.        расположение и конструкция органов управления должны обеспечивать максимальные удобства для оператора;

.        изделие должно удовлетворять требованиям технической эстетики;

.        габариты и масса устройства должны быть минимальными.

Удовлетворить одновременно всем перечисленным требованиям в большинстве случаев не удается, поэтому процесс конструирования сводится к нахождению оптимальных решений.

Приемопередающий модуль располагается в каркасе, который представляет собой свинчиваемую конструкцию, собранную из унифицированных конструктивных профилей балок, стоек и других элементов с пазами, в которые можно заложить пластины с резьбовыми отверстиями, гайки для крепления составных частей (пластин, приборов и т.д.) и обрамления. На лицевой панели находятся отверстия для излучателей и приемников. На задней панели размещены элементы управления, индикации, разъемы для подключения витой пары и питания.

В отсеке каркаса находится печатная плата, крепящаяся с помощью балок и стоек. На заднюю панель выведены кнопка включения и выключения питания, индикация неполадок, индикация температуры. Печатные платы прикрепляются к стойкам с помощью винтов.

Размеры коруса 500x150x250 мм(LxBxH)

Материал:

Коррозионностойкий модифицированный алюминиево-кремниевый сплав GALSi13 марки “KSi13”, устойчивый к солевому туману и другим химическим веществам, в том числе устойчивый к парам сероводорода и соляной кислоты, фрикционно искробезопасный.

Покрытие:

Антистатическое полимерно-эпоксидное окрашивание, фрикционно искробезопасное, устойчивое к рабочим средам и ионизационному излучению.

.2 Разработка печатной платы

Изготовление печатных плат должно производиться согласно технологическому процессу, который обеспечивает выполнение всех требований чертежа и технических условий.

Печатная плата - изоляционное основание с системой печатных проводников и печатных элементов. Все элементы, входящие в монтажную схему, устанавливаются на основании и соединяются с печатными проводниками при помощи пайки.

ПП и конструкции на их основе различают:

а) по технологии производства:

) Химический метод.

Сущность химического метода в травлении фольги фольгированного диэлектрика согласно предварительно нанесенному рисунку печатных проводников и контактных площадок. Рисунок печатного монтажа обычно наносят через фотошаблон светом по пленке фоторезиста на фольгированной плоскости платы. На платах химич ского метода обычно исполняют односторонние конструкции, когда с одной стороны платы печатные проводники и контактные площадки, а с другой стороны устанавливаемые элементы.

) Комбинированный.

) Электрохимический.

) металлизация сквозных отверстий.

б) по конструкции:

) Односторонняя.

) Двусторонняя.

) Многослойная.

Точность производства и плотность монтажа ПП зависят от технологии производства. Существует 5 классов точности и плотности ПП (табл. 7.1).

Таблица 6.1 Минимальные размеры печатного монтажа

Химический и комбинированный методы производства предполагают процесс травления фольги, а значит, не могут обеспечить точность выше 3 класса. Чем выше требуемая точность производства платы, тем меньше допустимые её размеры. Печатные платы 4, 5 класса получают по аддитивным технологиям, т.е. электрохимическими методами наращивания проводников.

Если схема содержит микросхему с большой плотностью выводов, то могут предполагаться многослойные ПП.

Многослойная печатная плата представляет собой совокупность односторонних и двусторонних плат (слоев) на тонком теплостойком диэлектрике, которые уложены в пакет и спрессованы при высокой температуре .

Соединение проводящих слоев различных уровней выполняют с помощью сквозных отверстий металлизированных по всей длине и имеющих контактные площадки только тех уровней, которые соединяем.

В качестве тонкой теплопрочной основы может быть ФДП с толщиной 0,06-0,12 мм. МПП имеют пониженную надежность в производстве (брак) и при эксплуатации, поэтому идут по пути повышения точности и плотности монтажа, чтобы обойтись двусторонней конструкцией.

К печатным платам предъявляются следующие требования:

1. Ширина печатных проводников должна быть не менее 0,18 мм;

2. Минимальное расстояние между печатными проводниками должно быть не менее 0,2 мм;

3. Контактные площадки должны быть размером не менее 2 мм2;

4. Слой металла должен обладать удельной проводимостью медных проводников;

5. Площадь поперечных сечений проводников и поверхность металла дорожки должна удовлетворять допустимой плотности тока и рабочей частоты, на которой работает плата;

6. Поверхность печатных плат не должна иметь пузырей, вздутий, посторонних включений, сколов, выбоин, трещин и расслоений материала основания.

Расположение интегральных микросхем со штыревыми выводами, должно совпадать с узлами координатной сетки.

Основные требования к проектированию печатного монтажа, трассировка и расчёты печатных элементов монтажа

При проектировании ПП и ячеек ЭС должны выполняться следующие основные требования.

. При проектировании необходимо обеспечить минимальные размеры конструкции, а значит максимальную плотность заполнения площади элементами.

Коэффициент заполнения площади элементами: Ks = Sэ/Sпл = 0,5...0,7.

Для конструкций с дискретными ЭРЭ Ks≥0,5.

. Плата рекомендуется прямоугольной конфигурации, т.е. a/b<3.

Каждая сторона ПП по своим размерам должна быть кратна шагу коор-динатной сетки.Шаг координатной сетки - 2,5 мм.

Для точных и плотных плат на ИС применяют шаг координатной сетки 1,25 мм, 0,5 мм.Координатную сетку привязывают к началу координат: либо к левому нижнему углу платы, либо к левому нижнему отверстию.

Координатная сетка по координатным линиям нумеруется либо по каждой линии, либо через несколько линий, но не более чем 4.Допустимые к применению размеры ПП ограничивают в зависимости от величины платы:

) Если платы малых размеров: а≤100 мм, то а,b = 2,5·n.

) Если платы средних размеров: 100<а≤360 мм, то а,b = 5·n.

) Если платы больших размеров: а>360 мм, то а,b = 10·n.

Максимально допустимый размер платы: а = 470 мм.

n=1

Для ячеек микроэлектронной аппаратуры из предложенного ряда размеров рекомендуют ограниченную выборку типоразмеров (для ЭС 12 типоразмеров).

. В качестве материалов ПП выбирают материалы требуемой влагоустойчивости, механической прочности в зависимости от условия эксплуатации.

. ЭРЭ размещают так, чтобы выводы располагались в узлах координатной сетки.

ЭРЭ размещают рядами параллельно/перпендикулярно к сторонам платы. Длина печатных проводников должна быть минимальна, это значит, что соединяемые элементы с соединяемыми выводами должны размещаться рядом.

Особенности конструирования печатных плат с поверхностно-плоскостным монтажом компонентов

Широко применяемый односторонний и двухсторонний монтаж компонентов платы, исполненных с проволочными выводами, имеет следующие недостатки конструкции:

необходимость монтажных отверстий на плоскости платы;

ограниченность возможности монтажа в двух плоскостях платы;

потеря площади на монтажное поле под выводы элементов и снижение плотности упаковки.

Для выполнения ячеек ЭС по технологии поверхностного монтажа необходимо исполнить ПП из двухстороннего фольгированного текстолита по 3-му классу точности.

Технология поверхностного монтажа обладает рядом неоспоримых преимуществ:

увеличение функциональной сложности на единицу площади;

возможность полной автоматизации процесса сборки и монтажа;

улучшение массогабаритных показателей.

Очевидно, что выбор ТПМК вполне обоснован. Так как элементная база для поверхностного монтажа представлена только в виде поверхностно монтируемых компонентов - резисторов Р1-12 и конденсаторов К10-17в, то возможен для исполнения только вариант смешанного разнесенного монтажа, при котором компоненты для поверхностного монтажа располагают с одной стороны платы, а элементы с аксиальными (штырьковыми) выводами - с другой

Такой вариант компоновки позволит заметно повысить плотность упаковки ПП и использовать согласно пайку двойной волной припоя для монтажа как поверхностно-монтируемых компонентов, так и элементов со штырьковыми выводами. Для пайки волной используется припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76.

При размещении элементов на печатной плате (ПП) необходимо учитывать следующее:

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

2.      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.