Емкость C8 и индуктивность L6 служат для защиты источника питания от токов высокой частоты. Номинал C8 рассчитывается из соображений того, чтобы ее сопротивление по высокой частоте было крайне мало, а номинал L6 выбирается таким, чтобы ее сопротивление по высокой частоте было велико. Номиналы L2 и C3 в п. 4.1.2. выбираются из аналогичных соображений.
;
Выбираем С8: К10-17-1-П33-630 пФ.
;
Фильтр-пробка (C9, C10, L7) служит одновременно для выделения колебаний двойной (выходной) частоты и подавления колебаний входной частоты, чтобы они не проходили на выход модуля АФАР. Делается это следующим образом. Индуктивность L7 и емкость C9 образуют последовательный колебательный контур, причем их номиналы подбираются так, чтобы резонансная частота этого контура ωрез посл совпадала с частотой входного колебания ωвх. Как известно, сопротивление последовательного колебательного контура на резонансной частоте равно нулю, и, следовательно, колебания входной частоты закорачиваются на землю и на выход модуля не попадают. В то же время, L7 и C10 тоже образуют колебательный контур, но параллельный, причем их номиналы подбираются так, чтобы резонансная частота этого контура ωрез паралл совпадала с частотой выходного колебания ωвых. Сопротивление параллельного колебательного контура на резонансной частоте стремится к бесконечности, поэтому колебания выходной частоты попадут на выход практически без потерь.
;
Выбираем С10: К10-17-1-П33-8,8 пФ.
, где n=2 — коэффициент умножения частоты;
Выбираем С9: К10-17-1-П33-26,5 пФ.
;
4.3. расчет СОГЛАСУЮЩих ЦЕПей
Расчет проведен с помощью программы MATCHL, разработанной на каф. 406.
4.3.1. расчет входной СОГЛАСУЮЩей Г-ЦЕПи
Импеданс генератора RS=50 Ом; XS=0;
Импеданс нагрузки RL=R1вх УМ=0,523 Ом; XL=X1вх УМ=4,492 Ом;
Ненагруженная добротность цепи=100;
;
;
X1=-5,140664, X2=0,5948922
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K2=67,46906 дБ; K3=87,08565 дБ;
Контурный КПД: ηконт=0,902736;
Полоса пропускания 10,28133%.
;
;
Выбираем С2: К10-17-1-П33-124 пФ.
4.3.2. расчет межкаскадной СОГЛАСУЮЩей Г-ЦЕПи
Импеданс генератора RS=R1вых УМ=166,9 Ом; XS=X1вых УМ=5,44 Ом;
Импеданс нагрузки RL=R1вх УЧ=5,496 Ом; XL=X1вх УЧ=-3,495 Ом;
Ненагруженная добротность цепи=55;
;
;
X1=-30,62967, X2=33,29518
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K2=55,77115 дБ; K3=75,38773 дБ;
Контурный КПД: ηконт=0,9014694;
Полоса пропускания 18,45297%.
;
;
Выбираем С6: К10-17-1-П33-5,2 пФ.
4.3.3. расчет выходной СОГЛАСУЮЩей П-ЦЕПи
а) Левая часть П-цепи
Импеданс генератора RS=R1вых УЧ=180,0 Ом; XS=X1вых УЧ=40,3 Ом;
Импеданс нагрузки RL=10,0 Ом; XL=0;
Ненагруженная добротность цепи=60;
;
;
X1.1=-42,42937; X2.1=42,31098;
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K2=50,30438 дБ; K3=69,92097 дБ;
Контурный КПД: =0,9312816;
Полоса пропускания 24,25356%.
;
;
Выбираем С12: К10-17-1-П33-7,5 пФ.
б) Правая часть П-цепи
Импеданс генератора RS=10,0 Ом; XS=0;
Импеданс нагрузки (RL=50,0 Ом; XL=0);
Ненагруженная добротность цепи=80;
;
;
X1.2=-24.99998; X2.2=20;
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K2=35,83519 дБ; K3=55,45177 дБ;
Контурный КПД: =0,975;
Полоса пропускания 50%.
;
;
Выбираем С13: К10-17-1-П33-12,7 пФ.
;
Общий контурный КПД: ;
5. конструкция модуля АФАР
5.1. Выбор элементной базы
В принципе устройство может быть изготовлено с использованием микрополосковой технологии1, поскольку в диапазоне 0,25… 1 ГГц такая технология применяется достаточно широко, но в нашем случае получается реализовать изделие на сосредоточенных элементах, поскольку нам удалось выбрать сосредоточенные резисторы и конденсаторы для данного диапазона частот (пп. 4.1. и 4.2.). Внешний вид и геометрические размеры выбранных элементов показаны на рис. 13… 17.
Так как стандартные индуктивности рассчитанных нами номиналов (пп. 4.1. и 4.2.) отсутствуют в номенклатуре элементной базы, производимой радиоэлектронной промышленностью, мы изготовим индуктивности из отрезков прямых проводников диаметром 0,5 мм.
Известно, что индуктивность L отрезка проводника круглого сечения длиной l равна
,
где d — диаметр проводника, причем d и l необходимо подставлять в сантиметрах, тогда L получится в нГн.
С помощью пакета Mathcad Professional 7 было проведено исследование зависимости индуктивности отрезка проводника круглого сечения от его длины для трех различных диаметров (d=0,5 мм (рис. П.1.1.), d=0,6 мм (рис. П.1.2.), d=1,0 мм (рис. П.1.2.), файлы ind05mm.mcd, ind06mm.mcd, ind1mm.mcd соответственно, см. Приложение 1).
Из представленных зависимостей видно, что для данного значения индуктивности (например, 30 нГн) самым коротким будет самый тонкий проводник (l=32,8 мм, (d=0,5 мм), l=34 мм, (d=0,6 мм), l=37,2 мм, (d=1 мм)).
Следовательно, индуктивности L1, …, L8 будем изготавливать из отрезков проводника диаметром d=0,5 мм. Длину отрезка будем вычислять по полученной номограмме (рис. П.1.1.). Таким образом,
L1=0,378 нГн: 1,5 мм;
L2=3,32 нГн: 6 мм;
L3=31,83 нГн: 34 мм;
L4=21,19 нГн: 25 мм;
L5=34,98 нГн: 37 мм;
L6=15,6 нГн: 19 мм;
L7=11,46 нГн: 15 мм;
L8=19,82 нГн: 23,5 мм.
5.2. Выбор типоразмера печатной платы
Исходя из жестких требований, предъявляемых к изделию (устанавливается на борту ЛА), в частности к его размерам и в особенности к массе, необходимо насколько возможно повысить плотность упаковки (интеграции) элементов на печатной плате, в связи с чем мы выбираем коэффициент дезинтеграции Kд равным 2.
Для выбора типоразмера печатной платы необходимо вычислить суммарную площадь, занимаемую элементами, умножить ее на коэффициент дезинтеграции Kд и из стандартного ряда типоразмеров выбрать плату равной или чуть большей площади. Площади, занимаемые элементами, приведены в табл. 1.
Суммарная площадь элементов:
SΣ=2(196·1+175·1+0,75·1+3·1+17·1+12,5·1+18,5·1+9,5·1+7,5·1+11,75·1+13,2·2+
+31,28·10+31,28·1+42,25·2)=1834,58 мм2.
Выбираем плату размером 35´60 мм; S=2100 мм2.
5.3. Технология изготовления печатной платы
Печатную плату будем изготавливать субтрактивным методом, суть которого заключается в следующем. На поверхность фольгированной печатной платы наносится фоторезист, поверх которого размещается негативный фотошаблон, отражающий конфигурацию и расположение печатных проводников, т. е. имеющий прорези и отверстия в тех местах, где должны быть расположены токоведущие участки. Во время экспонирования эти участки окажутся засвеченными. После экспонирования фоторезист задубливают, т. е. помещают плату в специальный раствор, в котором засвеченные участки фоторезиста становятся нерастворимыми. После задубливания следует этап травления, в ходе которого незасвеченный фоторезист и фольга, находящаяся под ним, растворяются в травящем растворе. Потом остатки задубленного фоторезиста также удаляются. После смывания остатков фоторезиста плату высушивают, покрывают защитным лаком и устанавливают на нее элементы. В нашем случае вполне допустима пайка волной припоя, с тем условием, что транзисторы будут установлены отдельно — в последнюю очередь, т. к. они чувствительны к перегреву и имеют планарные выводы.
Таблица 1
Элемент
Площадь, мм2
Количество, шт.
Транзисторы
2Т934А
S=196 мм2;
1
2Т919А
S=175 мм2;
1
Индуктивности
L1
S=0,75 мм2;
1
L2
S=3 мм2;
1
L3
S=17 мм2;
1
L4
S=12,5 мм2;
1
L5
S=18,5 мм2;
1
L6
S=9,5 мм2;
1
L7
S=7,5 мм2;
1
L8
S=11,75 мм2;
1
Резисторы
С2-33Н
S=13,2 мм2;
2
Конденсаторы
К10-17-1-П33
S=31,28 мм2;
10
К10-17-1-М750
S=31,28 мм2;
1
КМ-6-М1500
S=42,25 мм2;
2
5.4. Конструкция корпуса модуля АФАР
Поскольку изделие устанавливается на борту ЛА и будет подвержено перепадам давления, целесообразно обеспечить герметизацию корпуса изделия с помощью эластичной прокладки. Помимо этого, бортовая аппаратура должна быть вибропрочной и виброустойчивой, и в то же время достаточно легкой. Исходя из этого, корпус модуля АФАР логично будет изготовить из алюминия методом литья.
Кроме того, в корпусе будут иметь место три отверстия для трех разъемов — двух высокочастотных (сигнальных) — входного и выходного и низкочастотного разъема для подачи питания. Все разъемы также из соображений виброустойчивости необходимо оснастить защелками, препятствующими произвольному рассоединению модуля и бортовых коммуникаций.
Печатная плата будет притянута к днищу корпуса четырьмя винтами, входящими в отверстия по углам платы и ввинчивающимися в четыре бобышки, составляющими единое целое с днищем корпуса. Помимо этого, для удобства размещения и закрепления модуля АФАР на борту ЛА, необходимо предусмотреть нечто вроде салазок, проходящих вдоль днища корпуса.
Для обеспечения ремонтопригодности корпус изделия надлежит сделать ограниченно разборным: щель между крышкой и основанием корпуса будет запаяна, а в шов будет проложена проволока, оканчивающаяся петлей. В случае необходимости проволоку можно будет вытянуть, разрушив пайку, и снять крышку корпуса.
Литература
1. Грановская Р. А. Расчет каскадов радиопередающих устройств. — М.: МАИ, 1993.
2. Грановская Р. А. (ред.) Проектирование активных элементов модулей АФАР дециметрового диапазона. Учебное пособие. — М.: МАИ, 1980.
3. Грановская Р. А. (ред.) Проектирование активных элементов модулей АФАР сантиметрового диапазона. Учебное пособие. — М.: МАИ, 1980.
4. Транзисторы. Справочник (Массовая радиобиблиотека) — М.: «Радио и связь», 1989.
5. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник. — М.: «Энергоиздат», 1982.
6. Масленников М. Ю., Соболев Е. А., Соколов Г. В., Соловейчик Л. Ф., Переверзева А. В., Федотов Б. А. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база (книга I). М.: «Энергоатомиздат», 1993.
7. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы. — М.: «Энергоатомиздат», 1990.
8. Истомин А. Н., Породин Б. М. Методические указания к выполнению РГР по расчету электропреобразовательных устройств. — М.: МАИ, 1992.
1 Iкр — значение тока коллектора, при достижении которого частота падает на 3 дБ (в два раза) по отношению к ее максимальному значению при заданном напряжении коллектор-эмиттер.
1 По-хорошему-то!
