Разработка конструкторской документации на модуль усилителя промежуточной частоты

 

Федеральное агентство по образованию

Уральский федеральный университет – УрФУ  
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

 

     

             Радиотехнический факультет

Департамент «Радиоэлектроники и связи»

 

 

 

 

Разработка конструкторской документации на

модуль усилителя промежуточной частоты (МУПЧ)

 

 

Отчёт по производственной практике

 

 

 

 

Выполнил: Студент гр. РИМ-161209 Слободяник А.М.

Руководитель практики на производстве: Луценко А.В.

Руководитель практики от университета: Язовский А.А.

 

 

 

Екатеринбург 2017 
Содержание

 

 

Введение

 

АРВК «Вектор-М» предназначен для проведения комплексного зондирования  атмосферы   с помощью   радиозондов серии РЗМ-2, МР3-3А, МР3-3АМ, МРЗ-3АТ, РФ-95. На рисунке 1 отображён эскиз антенного поста, с помощью которого происходит сопровождение радиозонда.

Рисунок 1 - Эскиз антенного поста АРВК «Вектор-М»

 

Изделие обеспечивает предполетную проверку радиозондов, автоматическое сопровождение радиозондов в полете, прием и обработку координатно-телеметрической информации, передачу аэрологических телеграмм по каналам связи потребителям.

Изделие состоит из аппаратуры, размещаемой внутри и снаружи здания (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема размещения оборудования АВРК «Вектор-М»

внутри и снаружи здания

 

Изделие соответствует следующим категориям климатического исполнения по ГОСТ 15150-69:

- по аппаратуре, размещенной  снаружи здания, категории У1 (температура окружающего воздуха от минус 50ºС до плюс 45ºС, относительная влажность до 100 % при температуре до плюс 25ºС);

- по аппаратуре, размещенной  в здании, категории УХЛ 4.2 (температура воздуха внутри помещения от 1º С до 40º С, относительная влажность до 80 % при температуре до плюс 25º С).

Мощность, потребляемая от сети 220 В 50 Гц, не превышает 1.0 кВА при максимальных нагрузках.

Изделие работает в двух режимах:

• в режиме ближней зоны в пределах наклонной дальности от 50 м до      1 км;
• в режиме дальней зоны в пределах наклонной дальности от 1 км до     250 км до высоты 40 км.

Изделие обеспечивает автосопровождение радиозондов со случайными среднеквадратическими погрешностями измерения координат:

 а) в режиме ближней зоны:

- по дальности не более 30 м;

- по угловым координатам (азимуту и углу места) не более 1,0°;

- систематические составляющие  погрешности не должны превышать  по дальности 30 м, по азимуту и углу места 0,8 °;

б) в режиме дальней зоны:

- по дальности не более 30 м;

- по угловым координатам (азимуту и углу места) не более 0,18°;

- систематические составляющие  погрешности не должны превышать  по дальности 30 м, по азимуту и углу места 0,12°.

Изделие обеспечивает:

а) прием и первичную обработку в реальном масштабе времени телеметрической информации от радиозонда о температуре влажности и давлении, а также определение азимута, угла места и наклонной дальности радиозонда с темпом, равным циклу радиозонда;

б) выдачу координатно-телеметрической информации о метеорологических параметрах (температуре, влажности, давлении, скорости и направлении действительного и среднего ветра) на стандартных высотах, изобарических поверхностях (уровнях особых точек, привязанных к географическим координатам радиозонда при его полете) в виде стандартного протокола;

в) сохранение данных об относительных координатах радиозонда и параметрах телеметрической информации, привязанных к полетному времени, в виде файл - протокола на жестком магнитном диске управляющей ПЭВМ.

г) отображение на экране монитора ПЭВМ координатно-телеметрической информации в цифровой и аналоговой форме:

- направление антенны  по азимуту в виде круговой  шкалы и отметки. Круговая шкала  имеет деление через 6 ° и 30 °  с возрастанием показаний по  часовой стрелке. Отметка направления в виде точки располагается снаружи шкалы на расстоянии от нее в пределах от 2 до 5 мм. Положение отметки направления совпадает с цифровым значением азимута с погрешностью не более 3°;

- направление  антенны по углу места в  виде линейной шкалы через 6 °  и 30° с возрастанием показаний снизу-вверх. «Края шкалы» соответствуют значениям 90° и минус 12°. Отметка направления в виде штриха располагается справа от шкалы на расстоянии от нее в пределах от 2 до 5 мм. Положение отметки направления совпадает с цифровыми значениями угла места с погрешностью не более 3°;

- направление  и величина углового рассогласования (шкала пеленга) в виде перекрестия  и точки, располагающихся внутри  круговой шкалы. При отсутствии рассогласования точка совпадает с центром перекрестия с погрешностью ± 2 мм. При рассогласовании 6 ° по азимуту или углу места точка смещается по соответствующей координате в пределах (10 ± 3) мм;

д) поиск и захват сигнала радиозонда в ручном и автоматическом режиме работы по всем координатам, автоматическую (полуавтоматическую) настройку на частоту излучения радиозонда в диапазоне частот (1680 ± 10) МГц и автоматическое слежение за частотой радиозонда в указанных пределах.  Система управления антенной обеспечивает автоматический захват радиозонда по угловым координатам при величине рассогласования до 3°, при этом антенна совершает не более 3-х полных колебаний;

е) автоматический контроль функционирования аппаратуры;

ж) предполетную проверку радиозонда.

 

В состав изделия входят следующие основные конструктивные подсистемы:

– антенный пост со смонтированными на нем антенной, блоком ПРД (СВЧ блоками приемо-передающей системы) и приводами угла места и азимута. Антенный пост устанавливается снаружи здания;

– блок обработки и управления (БОУ);

– блок источников питания (БИП);

– автоматизированное рабочее место оператора, состоящее из ПЭВМ (видеомонитор, «мышь», клавиатура, системный блок), принтера (формата А4), источника бесперебойного питания.

 

1. Краткие сведения о модуле усилителя промежуточной частоты

 

Модуль усиления промежуточной частоты предназначен для работы в составе аэрологической радиолокационной станции «Вектор-М» и ее модификаций.

Модули усиления промежуточной частоты необходим:

• для усиления сигнала радиозонда;
• для выделения телеметрического сигнала радиозонда путем детектирования по амплитуде усиленного сигнала частотой (59,5…60,5) МГц с помощью диода Шотки с нулевым уровнем смещения;
• для дальнейшего усиления сигнала на частоте (775…825) кГц;
• для поддержания системой АРУ среднего уровня выходного сигнала частотой (775…825) кГц на значении (1,50 ± 0,15) В, глубина регулировки усиления составляет не менее 90 дБ при сохранении формы амплитудно-частотной характеристики;
• для формирования напряжения контроля уровня усиления МУПЧ (сигнал RSSI) с целью дальнейшего измерения выходного напряжения АРУ усилителя при работе системы автоподстройки частоты приёмного тракта.

Электропитание модуля МУПЧ осуществляется от источника постоянного тока с двухполярным напряжением + (15,00 ± 0,25) В и – (15,00 ± 0,25) В.

Полоса пропускания МУПЧ определяется фильтром Z1.

На переднюю панель модуля МУПЧ выведены органы ручной регулировки коэффициента усиления приемной системы — резистор R74 «Усиление» и тумблер SA1: режим «РРУ — ручная регулировка усиления» (горит индикатор красного цвета) — «АРУ — автоматическая регулировка усиления» (горит индикатор зеленого цвета). Режим «РРУ» позволяет проводить наладочные работы и в эксплуатации не используется.

 

Рисунок 3 – Функциональная схема МУПЧ

В состав модуля входят узлы (рисунок 3), расположенные на печатной плате:

- первый усилитель входного  сигнала на микросхеме DA1;

- второй усилитель входного  сигнала на микросхеме DA2;

- ПАВ-фильтр c центральной частотой 60 МГц и полосой пропускания не менее 1 МГц (4МГц для МУПЧ основного канала);

- третий усилитель входного сигнала на микросхеме DA3;

- амплитудный детектор  на диоде VD1;

- операционные усилители на DA8, DA9;

- усилитель АРУ на микросхеме DA10;

- формирователь сигнала RSSI на ОУ DA12.

Органы оперативного управления усилением МУПЧ и индикации режимов работы АРУ-РРУ, расположенные на передней панели:

Переключатель ручного - автоматического управления усилением        «АРУ-РРУ» SА1; светодиоды индикации этих режимов VD5, VD6;                ручка регулирования усиления модуля МУПЧ в режиме «РРУ»                             на резисторе R74.

Диапазон изменения сигнала АРУ (сигнал RSSI) должен составлять от 0 В до 1,5 В.

Запас в органах регулировки должен быть не менее 10 % (до упора в обе стороны от номинального напряжения настройки) в нормальных климатических условиях и не менее 5 % в крайних климатических условиях.

 

2. Описание составных частей

модуль усилителя промежуточной частоты

 

Согласно задания на производственную практику мне было предложено разработать конструкторскую документацию на модуль УПЧ, а именно:

1. схему электрическую принципиальную (Э3) [ПРИЛОЖЕНИЕ 1];
2. печатную плату [ПРИЛОЖЕНИЕ 2];
3. перечень элементов (ПЭ3) [ПРИЛОЖЕНИЕ 3].

Перейдем к описанию составных частей модуля УПЧ согласно структурной схеме на рисунке 3.

На вход модуля УПЧ подается сигнал, который сразу же поступает на микросхему MC1350D. Выбранная микросхема обладает широким диапазоном автоматической регулировки усиления, что позволяет поддерживать постоянным амплитуду сигнала при изменении уровня этого сигнала.

Далее сигнал поступает на ПАВ-фильтр (в зависимости от необходимой полосы пропускания, выбираем фильтр АЕ45113М-60 или АЕ55228АМ-60), центральная частота которого составляет 60 МГц. Такая конструкция фильтров использует не объемные колебания пьезоэлектрика, а волны, распространяющиеся по поверхности. Также с помощью этого фильтра можно реализовать заданную амплитудно-частотную характеристику благодаря сохранению на выходе приемного преобразователя части энергии ПАВ.

После прохождения сигнала через ПАВ-фильтр, он поступает на микросхему MSA-0886. Выбранная микросхема представляет собой высокоэффективную кремниевую биполярную микроволновую монолитную интегральную схему (МИС). Эта МИС используется в качестве блока усиления при частоте не выше 0,5 ГГц. Также ее возможно применять в качестве транзистора с высоким коэффициентом усиления, максимальное значение которого составляет 32,5 дБ на частоте 1 ГГц.

Следующий усилитель сигнала, также на микросхеме МС1350D, позволяет усилить его за счет свойств используемой микросхемы.

Затем сигнал поступает на амплитудный детектор (АД), который реализован на диоде HSMS285A и фильтра из резистора (R6) и конденсатора (C22). Используемый диод, может работать с сигналами, частота которых не превышает 1,5 ГГц, а входная мощность имеет значения не более -20 дБ. Так, при превышении амплитуды полупериодов несущей, выше напряжения на конденсаторе, диод открывается, и конденсатор заряжается, а при уменьшении амплитуды полупериодов несущей, ниже напряжения на конденсаторе, диод закрывается, и конденсатор разряжается, тем самым огибающая восстанавливая исходный сигнал.

Далее сигнал поступает на операционные усилители, представленные в данной реализации схемы, микросхемами LM7171AM. Здесь происходит усиление сигнала с фиксированным коэффициентом усиления.

Усилитель сигнала АРУ построен на микросхемах МС33178D (DA10, DA11). Данная микросхема представляет собой высококачественный монолитный операционный усилитель. Кроме того, усилитель обеспечивает высокий выходной ток (90 мА) при токе потребления 420 мА. Наибольший коэффициент усиления полосы пропускания равен 5 МГц.

Далее сигнал поступает на операционные усилители МС33178D, с помощью которых в данном случае реализовано устройство автоматической регулировки частоты (АПЧ). Система АПЧ позволяет поддерживать промежуточную частоту сигнала на необходимом уровне. 

С помощью переключателя SA1 можно выбрать один из способов регулировки усиления, «ручной» или «автоматический». При этом, если будет выбран режим АРУ, то на передней панели загорится зеленый индикатор, если РРУ, то загорится красный индикатор. Регулировка усиления при РРУ, производится переменным резистором R74.

Одновременно хочу отметить, что в данной реализации модуля УПЧ используется несколько переменных резисторов и конденсаторов. Так, переменные конденсаторы применяются для изменения их резонансной частоты, а переменный резистор, предназначен для точной настройки заданных параметров радио- и электронных устройств.

 

Заключение

 

В ходе прохождения производственной практики я ознакомилась с одним из видов изготавливаемой на предприятии продукции – аэрологическим вычислительным комплексом «Вектор-М». Изучила его назначение, технические характеристики и состав изделия. Во время практики мне была предоставлена возможность разработать конструкторскую документацию на модуль МУПЧ, а также поучаствовать в настройке комплекса                              АРВК «Вектор-М».

Конструкторская документация (Э3, ПЭ3, ПП) разрабатываемая на модуль усилителях промежуточной частоты соответствует нормативной документации, которой руководствуются на предприятии при разработке нового изделия. Так при разработке Э3, руководствовались структурной схемой УПЧ (рисунок 4).