Разработка СВЧ модуля: Методические указания к индивидуальным заданиям на конструкторский практикум

ВВЕДЕНИЕ

Разработка и изготовление большого числа полупроводниковых приборов различного функционального назначения, выполненных по одинаковой технологии и имеющих хорошие эксплуатационные характеристики, позволяют создать большое число малогабаритных СВЧ устройств в виде конструктивно и функционально законченных блоков, способных выполнять функции генерирования, усиления, преобразования и обработки сигналов. Такие унифицированные устройства получили название модулей СВЧ.

Под модулем СВЧ понимается радиоэлектронное изделие диапазона сверхвысоких частот, имеющее законченное конструктивное и схемное выполнение, состоящее из одного или нескольких узлов СВЧ, неремонтопригодное в условиях эксплуатации, и обладающее свойствами конструктивной и функциональной взаимозаменяемости.

Наибольшее применение получили в настоящее время интегральные модули СВЧ, выполняемые по гибридной технологии, а также отдельные модули, по полупроводниковой технологии.

По количеству выполняемых функций модули подразделяются на одно- и многофункциональные. Каждый модуль включает один или несколько функциональных узлов. Основными элементами активных функциональных узлов модулей СВЧ являются транзисторы, диоду Ганна, лавинно-пролетные диоды, параметрические, туннельные диоды, р-i-n диоды, смесительные, умножительные, детекторные, переключательные и ограничительные диоды.

В методических указаниях рассматриваются основные этапы проектирования модулей СВЧ, задачи, решаемые на каждом этапе. Приводятся необходимые справочные денные.

1. ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ СВЧ МОДУЛЯ

Каждому студенту выдается индивидуальное задание на конструкторский практикум в начала семестра.

В качестве темы для задания рекомендуется конструирование радиоэлектронного устройства СВЧ, входящего в состав РЭС различного уровня. Задание предусматривает выполнение устройство в виде СВЧ гибридного интегрального модуля в микрополосковом исполнении.                                                                   

Основными исходными данными для разработки являются:

-  назначение и область применения РЭС, в состав которого входит модуль;

-  электрические параметры и характеристики;

-  состав изделия, в которое входит модуль;

-  функциональная или структурная схема устройства;

-  требования к конструкции: габариты, масса, показатели надежности, технологичность конструкции;

-  условия эксплуатации, определяемые размещением РЭС на объекте и климатическими воздействиями;

-  технико-экономические показатели: стоимость, технологичность, унификация и стандартизация;

-  объем и содержание технической документации: чертежи, пояснительные документы.

Отдельные пункты исходных данных дополняются и изменяются в процессе анализа и разработки расширенного технического задания.

2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И СОСТАВЛЕНИЕ РАСШИРЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Анализ исходных данных и функциональной или структурной схемы производится с целью уточнения и дополнения технических требований задания, разработки электрической принципиальной схемы и выбора элементной база, расшифровки технических требований, определяемых условиями эксплуатации, увязки противоречивых требований и составления расширенного технического задания.

Сначала студент должен тщательно изучить функциональную или структурную схему разрабатываемого устройства, обратить особое внимание на следующие вопросы:

-  принцип роботы устройства;

-  назначение отдельных функциональных узлов и их воздействие на распространяющиеся радиосигналы;

-  возможности возникновения в схеме паразитных связей и наводок;

-  пути распространения полезного сигнала; напряжения и токи источников электропитания;

-  допустимые уровни напряжений и токов сигнала помехи на входах.

Изучение схемы заканчивается описанием работы разрабатываемого устройства с указанием функций, выполняемых каждым функциональным элементом.

После анализа функциональной или структурной схемы производится выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы устройства.

При выборе элементной базы необходимо учитывать:

-  конструктивную совместимость элементов активных и пассивных с микрополосковой платой;

-  совместимость пассивных и активных элементов, электрическую, электромагнитную, конструктивную, по условиям эксплуатации;

-  соответствие элементной базы условиям эксплуатации;

-  совместимость элементной базы по надежности;

-  массогабаритные характеристики элементов;

-  возможность выполнения пассивных элементов в тонкопленочном виде.

Выбор элементной базы целесообразно оформить в виде таблицы, в которой указываются тип выбранного элемента, количество однотипных элементов, конструктивные параметры (масса, установочная площадь, интенсивность отказов), допустимые условия эксплуатации (частота вибраций, перегрузки, ударные перегрузки, линейные ускорения), а при необходимости и другие параметры. При разработке принципиальной схемы устройства производится расчет электрических параметров всех элементов согласующих и развязывающих цепей, обеспечивающих работу устройства в заданном диапазоне частот с электрическими параметрами, соответствующими исходным данным. В соответствие с требованиями ЕСКД выполняется чертеж электрической принципиальной схемы, разрабатываемого устройства [1, 2] с перечнем элементов.