Факторы назначения и объекта-носителя

Данная группа факторов устанавливает первичную задачу разработки. Перечень факторов широк:

1) Радиоэлектронное функциональное назначение: прием, передача, обработка сигналов, индикация, вторичный источник питания и др.

2) Значение параметра, определяющего конструктивные решения: мощность излучения, мощность потребления, частота, полоса пропускания, быстродействие, чувствительность и др.

3) Класс объекта установки: бортовая аппаратура, морская, наземная для подвижных объектов, наземная стационарная и др.

Учет указанных факторов проводится в виде формулировки соответствующих требований в подразделах 1, 2 ТЗ.

В настоящее время ЭС проникли практически во все сферы деятельности человека, поэтому от того, что это за аппаратура, в каких условиях работает, каково ее основное назначение - зависит и процесс создания этих конструкций.

Различают несколько критериев, по которым классифицируют ЭС. Основным из них является вид объекта-носителя. Он по существу, задает большинство факторов, влияющих на ЭС. В табл. 3.1. указаны основные классы ЭС и среда использования.

Таблица 3.1. Классификация ЭС.

Наземная ЭС делится на несколько групп.

Cтационарные ЭС разделяются на работающую в отапливаемых наземных и подземных помещениях и в не отапливаемых помещениях на открытом воздухе. Этот класс ЭС характеризуется:

- продолжительной эксплуатацией и постепенной модернизацией;

- работой при нормальном атмосферном давлении;

- отсутствием механических воздействий во время работы;

- транспортировкой в амортизированной упаковке;

- высокой ремонтопригодностью при ремонте на месте установки.

На габариты стационарных ЭС накладываются ограничения, связанные с размерами помещений для ее установки (дверей, коридоров и т.п.).

Особая группа стационарных ЭС - переносные ЭС, которые не должны иметь большой массы и могут не работать по время переноски.

Возимые ЭС размещаются на автомобилях различных видов, на гусеничном транспорте (транспортеры, тракторы, танки и т.п.) и на железнодорожном транспорте.

Для различных видов автомобилей характерны свои диапазоны механических нагрузок, свои ограничения по габаритам и массе, а также различные влияния окружающей среды (например, может быть предусмотрено кондиционирование в кабине машины). Гусеничный транспорт к тому же характеризуется более плавным движением, однако увеличивается опасность ударов при движении по бездорожью.

Носимые ЭС предполагают работу аппаратуры во время переноски. Большое значение имеет при конструировании учет физических возможностей человека (минимальные габариты и масса). Необходимо в полной мере учитывать сильные удары, климатические воздействия (особенно случаи выпадения росы при оттаивании ЭС в теплом помещении). В особо тяжелых условиях ЭС выполняются в герметичном корпусе.

Морские ЭС характеризуются следующими особенностями:

1) комплексное воздействие климатических и механических факторов: 100% влажность при высокой температуре и солевом воздействии, сочетание их с непрерывной вибрацией, ударным нагрузками и линейными ускорениями;

2) длительное автономное плавание при невозможности осуществлять сложные ремонты в этот период;

3) акустические, магнитные и радиационные воздействия. Все ЭС как правило выполняется брызгозащищенной, устанавливаемая на открытой палубе - водозащищенной, а аварийная - герметичной.

Основные отличия судовых ЭС следующие:

1) высокий уровень применения типовых конструкций для целей сокращения набора запасных блоков на борту;

2) высокая степень ремонтопригодности при минимальном персонале и наборе контрольно-измерительной аппаратуры;

3) ограничение габаритов блоков размерами люков кораблей;

4) обязательное применение комплексных мер защиты от всех видов механических воздействий;

5) особое внимание осуществляется на обеспечение электромагнитной совместимости ЭС в пределах всего судна, для чего принимают меры не только в отношении ЭС, но и самого судна. В зависимости от того, где находится аппаратура (в радиорубке, где должны поддерживаться комфортные условия, или в необитаемых помещениях корабля), необходимы различные меры защиты от факторов внешней среды.

Буйковые предполагают наличие длительного периода необслуживаемой эксплуатации, воздействие сильных ударов волн, относительно хорошим тепловым режимом из-за охлаждения забортной водой. Корпус ЭС выполняется герметичным, способным противостоять воздействию соленой воды.

БортовыеРЭС размещаются на самолетах, вертолетах, ракетах и космических аппаратах. Это наиболее специфическая группа РЭС, которая работает в самых жестких условиях: вибрации, линейных ускорениях, ударах, при пониженном давлении, холоде, влаге, соляном тумане, солнечной и космической радиации.

Однако каждая группа имеет свои особенности:

- авиационные ЭС характеризуются относительно малым периодом непрерывной работы (часы), а в остальное время РЭС может ремонтироваться на земле; кроме того, почти всегда проводится предполетная проверка функционирования. Поэтому контролепригодность и ремонтопригодность выходит на одно из первых мест в показателях качества ЭС. Кроме того, этот вид ЭС работает в тяжелых климатических условиях и пониженном атмосферном давлении;

- к космическим и ракетным ЭС помимо общих для данной группы требований, предъявляются и специфические: особая ограниченность массы и габаритов, самые высокие требования к безотказности, хорошая ремонтопригодность в предстартовый период, совместное действие вибрации и линейных ускорений во время старта.

Как правило космические ЭС характеризуется длительным периодом необслуживаемой эксплуатации, работой в вакууме или в специальной газовой среде, циклическими сильными перепадами температуры, воздействием радиации.

Ракетные ЭС характеризуются разовостью использования, особо кратковременной предстартовой подготовкой (высокая ремонтопригодность), быстрым возрастанием температуры при старте, большими ударными нагрузками, необходимостью длительной сохраняемости при хранении.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция расширения сферы использования цифровых принципов при построении ЭС. Однако в ряде случаев не обойтись и без аналоговых устройств (в основном там, где требуется высокая разрешающая способность и точность представления, где нужно усиление малых сигналов и т.п.).

СВЧ устройства обладают специфическими свойствами, их проектирование сильно отличается от проектирования других ЭС, поэтому вопросы изучаются в отдельном курсе.

Каждый из двух видов ЭС имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при конструировании.

Особенности цифровых ЭС:

- относительно высокие степени интеграции и энергопотребления на единицу площади;

- высокое быстродействие и жесткие требования к форме сигналов на входах и выходах;

- большое число связей между отдельными ИС и субблоками;

- высокая вероятность появления помех от соседних работающих схем и высокая чувствительность к помехам некоторых видов ИС;

- большие токи в цепях питания и, следовательно, высокие требования к проектированию этих цепей.

Особенности аналоговых ЭС:

- малые уровни сигналов, которые порой передаются на большие расстояния;

- большие значения коэффициентов усиления каскадов и в связанная с этим необходимость обеспечить их устойчивую работу;

- наличие большого числа обратных связей (как предусмотренных, так и паразитных), которые также повышают вероятность самовозбуждения;

- широкий диапазон частот сигналов;

- сильная чувствительность к помехам, проникающим как по входам, так и по цепям питания;

- в ряде случаев требуется обеспечить высокую стабильность параметров ЭС при изменениях условий окружающей среды и напряжения питания;

- устойчивая тенденция к микроминиатюризации, что влияет на тепловой режим и электромагнитную совместимость.

Таким образом, при создании цифровых ЭС необходимо особое внимание обращать на:

- обеспечение защиты ЭС от перегрева;

- осуществление развязки в цепях питания (в ТУ на применение каждой серии ИС указывается на сколько ИС необходимо предусмотреть включение керамического конденсатора такого-то номинала для устранения проникновения ВЧ помех и на каждой плате необходимо установить электролитический конденсатор большой емкости для устранения НЧ помех). Для БИС необходимо предусмотреть подключение керамического конденсатора в непосредственной близости от выводов питания ИС;

- проведение трассировки и размещения на печатных платах таким образом, чтобы минимизировать влияние соседних проводников друг на друга (например, взаимно перпендикулярное расположение проводников на разных сторонах платы);

- появление "длинных" связей (для каждого типа ИС и вида проводников в справочниках приводится максимально возможная длина "коротких" связей);

- осуществление согласования входов и выходов ИС при наличии "длинных" связей. Особенно это относится к кросс платам и соединительным панелям. В случае жестких требований на форму сигнала и помехоустойчивость на высоких частотах обмена (тактовая частота >10…100 МГц) может потребоваться осуществление связей с помощью полосковых линий;

- выбор соответствующих видов линий связи с внешними устройствами, их согласование, тщательное заземление всех элементов блока, шкафа и т.д.;

При создании аналоговых ЭС, помимо общих принципов конструирования, необходимо особо обращать внимание на следующее:

- разделение в пространстве входной и выходной частей схемы;

- при наличии в схеме трансформаторов, дросселей, катушек, их размещают как можно дальше от чувствительных цепей и придают соответствующую ориентацию, проводят экранирование.

Особенности конструкции бытовых ЭС:

1) повышенные эстетические характеристики внешнего вида и акустические параметры;

2) приспособленность конструкции к эксплуатации совершенно неподготовленным человеком;

3) массовость производства;

4) определяющее значение стоимости.

В настоящее время используется три главных направления в конструировании бытовых ЭС:

1) создание новых ЭС вызванных новыми потребностями, не зависящих от наличия ранее выпускавшихся конструкций;

2) совершенствование ранее выпускавшихся конструкции с целью введения автоматизации и улучшения характеристик;

3) повышение технологичности с целью уменьшения стоимости.

В технической эстетике наблюдается тенденция к конструированию ЭС в максимально скромном, профессиональном исполнении, а также в виде взаимно дополняющих конструктивно и эстетически согласованных устройств - модулей.