Разработка конструкции антенного модуля СВЧ (стр. 1 из 12)
Міністерство освіти та науки України
Запорізький національний технічний Університет
До захисту допущений
Зав. Кафедрою ____________
_________________________
„___” ________________2004
Пояснювальна записка до дипломного проекту
Розробка конструкції антенного модуля НВУ
Розробив
Введение
Сверхвысокие частоты получают все более широкое применение, т.к. есть возможность реализации в антеннах СВЧ характеристик, влияющих на внешние показатели качества всей радиосистемы. В диапазоне СВЧ антенны могут создавать остронаправленное излучение с лучом шириной до долей градуса и усиливать сигнал в десятки и сотни тысяч раз. Это позволяет использовать антенну не только для излучения и приема радианов на большие расстояния, но и для пеленгации, борьбы с помехами и других задач. Широко используются микроэлектронные устройства СВЧ, полосковые и микрополосковые линии передачи, в том числе выполненные на них фазовращатели, коммутаторы, вентили и т.д.
Фазированные антенные решетки – наиболее эффективные и перспективные антенные системы, т.к. позволяют осуществлять быстрый обзор пространства, многофункциональный режим работы, комплексирование радиосредств, адаптацию к конкретной радиообстановке, предварительную обработку сверх высококачественных сигналов и т.д.
Для работы антенной фазированной возникла необходимость в разработки интегрального модуля СВЧ, работающего в приемно-передающем режиме. Поэтому целью дипломного проекта является разработка модуля СВЧ, работающего в приемно–передающем режиме в составе фазированной антенной решетки, с использованием микрополосковой технологии и полосковых устройств СВЧ.
1. Анализ технического задания
1.1 Исходные данные
Электрические:
- схема электрическая принципиальная устройства высокочастотного ГКИЮ433375,001ПЭ3;
- перечень элементов ГКИЮ433375,001ПЭ3;
- высокое сопротивление
Ом;- обратное напряжение источника питания по выводам Х8….Х13 минус 27В;
- верхняя частота диапазона в котором должны отсутствовать резонансные частоты
Гц.Конструктивные:
- конструктивно модуль выполнить в виде герметичного корпуса;
- тип корпуса – чашечный;
- схема электрическая принципиальная устройства высокочастотного должна быть реализована на двух платах;
- платы установить по обе стороны корпуса;
- крепление плат к корпусу осуществить механическим прижимом;
- выводы Х8….Х14 должны обладать способностью к пайке с использованием бескислотных фиосов;
- масса блока не должна превышать 380г;
- габаритные размеры блока
мм;- меры защиты от воздействия статического электричества по ОСТ11.073.062 – 84. Степень жесткости – 2.
Технологические:
- тип производства – мелкосерийное (до 10 штук в год);
- метод изготовления печатных плат – тонкопленочная технология;
- метод формирования рисунка печатных плат фотоштография;
- длину и ширину печатных проводников выполнить с точностью до
мм;- применить запретное покрытие печатных проводников платы – золото;
- плату со стороны экрана металлизировать;
Эксплутационные:
- гарантийный срок хранения – 2740сут.
- гарантийный срок эксплуатации – 1825;
- гарантийная наработка – 625сут;
- температура окружающей среды при хранении и эксплуатации – от минус 30
до 50 ;- степень герметизации модуля должна обеспечивать его работоспособность в течении всего срока службы;
- климатическое исполнение – УХЛ по ГОСТ;
- модули должны быть стойкими к воздействию механических факторов, установленных в таблице 1.1
Таблица 1.1 –Механические и климатические факторы.
| Воздействующий фактор и его характеристики. | Значение характеристики воздействующего фактора |
Механические факторы: Синусоидальная вибрация: - диапазон частот, Гц; - амплитуда ускорения мс  (д); Акустический шум: - диапазон частоты, Гц; - уровень звукового давления; (относительно  Па), дБ; Механический удар одиночного действия: - пиковое ударное ускорение мс (д); - длительность действия, мс | 1-500 50(5) 30 200(20) 5-10 |
| Воздействующий фактор и его характеристики. | Значение характеристики воздействующего фактора |
| Климатические факторы: Атмосферное пониженное давление: - рабочее, Па (мм. рт. ст.); - предельное, Па (мм. рт. ст.); Пониженная температура среды: - рабочая, ; - предельная ; Смена температур: - от предельной повышенной температуры ; -от предельно пониженной температуры; Пониженная относительная влажность при температуре 20 %; Степень жесткости по ГОСТ20.57.406 81 Атмосферные конденсированния осадки (роса, иней) |   минус 50 минус 60 60 минус 60 98 ІІІ + |
1.2 Обеспечение технических требований.
Конструктивно модуль должен выполнен в виде корпуса, в котором должна размещаться устройство высокочастотное и крышки.
Устройство высокочастотное должно соответствовать схеме электрической принципиальной ГКИЮ 433375001Э3.
Конструкцию корпуса выбрать такой, чтобы в нем свободно размещались платы, был доступ к элементам, требующим регулировки.
Навесные элементы перед установкой на плату должны пройти входной контроль электрических параметров.
Необходимо обеспечить герметизацию всего модуля.
В конструкции корпуса предусмотреть защиту от внутренних и внешних источников помех.
Тонкопленочная технология изготовления плат должна обеспечить все требования, предъявляемые рисунку печатных плат.
2. Назначение и принцип действия интегрального модуля
Разрабатываемый модуль СВЧ представляет собой – передающее устройство и предназначен для работы в составе фазированной антенной решетки. Фазирующая система формирует необходимое фазовое распределение возбуждающих сигналов. Она состоит из набора управляемых фазовращателей, которые обеспечивают управление положением диаграммы направленности. Распределительная система построена на основе делителей мощности. При использовании фазированных антенных решеток в радиолокационных комплексах и устройствах радиосвязи с подвижными объектами возникает необходимость оперативно управлять формы диаграммы направленности, то есть перемешать луч в пространстве. Наибольшее распространение получило и используется в данном модуле электронное сканирование с помощью управляемых фазовращателей.
Согласно схемы электрической принципиальной ГКИЮ 433375001Э3, после поступления сигнала на входы Х1, Х2 прохождения его по коаксиально – полосковому переходу, он поступает на кольцевой делитель мощности, где происходит суммирования мощностей СВЧ сигнала, если к плечам делителя поступили два синфазных сигнала. После сигнала поступает на управляемый фазоврщатель, который реализуется в полосковом в микрополосковом варианте на плате. Через циркулятор, который работает только по часовой стрелке, сигнал поступает на проходной фазовращатель, представляющий собой согласованный по входу многополосных. После этого сигнал по выходу Х3 излучается.
Так как модуль работает в приемно – передающем режиме, то возможен другой вариант работы модуля по каналам «Х3» - «Х4, Х5» и «Х6,Х7». В этом случае сигнал поступает на вход Х3, а излучается через управляемые фазовращатели, которые устанавливают необходимую фазу излучения, по выходам Х7, Х4, Х5, Х6.
3. Особенности конструирования модуля СВЧ
3.1 Модульный принцип конструирования
в радиоэлектронной аппаратуре модулем называют типовой функциональный узел, предназначенный для сборки в общую компоновку, имеющий габаритный и присоединительные размеры, обеспечивающие взаимозаменяемость модулей данного типа.
Модульная конструкция обеспечивает достаточную механическую прочность, электромагнитную экранировку и защиту от окружающей среды.
Конструктор решает сколько функций должен выполнить модуль. исходя из принципов миниатюризации и увеличения степени интеграции, топологию схемы модуля целесообразно выполнять на одной диэлектрической подложки. В таком многофункциональном модуле уменьшается число соединений отдельных узлов, что упрощает технологию изготовления и увеличивает надежность. Однако недостатками такого многофункционального модуля является:
- низкая преемственность разработок, поскольку возможности стандартизации в этом случае ограничено;
- испытание, настройка элементов схемы и выявления причин брака существенно осложняются из – за трудностей измерения параметров отдельных элементов, входящих в сложную интегральную схему (ИС) СВЧ;
- размещение на одной подложке большого числа элементов, что приводит к многочисленным паразитным связям, а из – за большой площадки подложки возрастают размеры корпуса, что увеличивает вероятность паразитных резонансов корпуса;