Схема сборки №1

Схема сборки №1 предназначена для прототипирования СВЧ-трактов радиолокационных систем и включает в себя максимум элементов для всестороннего изучения и разработки.

Проект схемы в исходном формате конструктора в файле РЛС.json.

Основные компоненты этой схемы:

1. Высокомощные СВЧ-переключатели MW-SW03-0405 : Эти переключатели используются для коммутации режима работы между приёмом и передачей СВЧ-тракта. Они обеспечивают безопасное и эффективное переключение высоких уровней мощности между передатчиком и антенной, а также между антенной и приёмником.
2. СВЧ-фазовращатель MW-DPS02-0605: Регулирует фазу сигнала, что необходимо для точной настройки и управления волновым фронтом, улучшая определение направления и расстояния до объектов.
3. Аттенюатор с цифровым управлением MW-DAT02-0605: Уменьшает мощность сигнала, позволяя точно настраивать уровень затухания для защиты компонентов системы и калибровки.
4. СВЧ-усилитель MW-PA01-0605: Увеличивает мощность слабых сигналов, повышая чувствительность и дальность действия радиолокационной системы.
5. Синтезатор частот L- и S-диапазона MW-VCO05-0808 + MW-PLL01-0705 : Генерирует сигналы в определённых диапазонах частот, что позволяет настраивать систему для различных приложений и условий работы.

Эта схема сборки предоставляет возможность комплексного изучения и разработки СВЧ-трактов для радиолокационных систем, включая настройку фазовых характеристик, управление мощностью, усиление сигналов и генерацию частот.

Ниже приведены схемы сборки блоков №1 на верхней и нижней стороне основания. 

Схема сборки №2

Общий вид

В схеме сборки №2 исключены высокомощные СВЧ-переключатели и мощный СВЧ-усилитель. Проект схемы №2 в исходном формате конструктора в файле РЛС_2.json

Описание схемы:

• СВЧ-фазовращатель регулирует фазу сигнала, обеспечивая точное управление волновым фронтом.
• Аттенюатор с цифровым управлением уменьшает мощность сигнала, защищая компоненты и позволяя точную настройку уровня затухания.
• Синтезатор частот L- и S-диапазона генерирует сигналы в нужных частотных диапазонах, что позволяет системе работать в различных условиях.

Особенности схемы:

• Исключение высокомощных СВЧ-переключателей ограничивает возможность коммутации режима работы между приёмом и передачей.
• Отсутствие мощного СВЧ-усилителя снижает мощность системы, что может повлиять на её чувствительность и дальность действия.

Эта схема сборки подходит для учебных и исследовательских целей, где основное внимание уделяется фазовой настройке и управлению частотой сигнала, а также защите компонентов системы.

Цепи питания

Схема подключения цепей питания с ожидаемыми значениями токов потребления приведена ниже. Надписи с подсвеченным текстом на платах питания и управления указывают напряжения питания СВЧ-блоков, которые формируются у них на выходе.  

Содержание

• Введение
• Схема сборки №1
• Схема сборки №2
  • Общий вид
  • Цепи питания
    • Внутренняя сторона
    • Внешняя сторона
  • Цепи управления
  • Управление блоками схемы
  • Схема эксперимента
• Схема сборки №3
  • Общий вид
  • Цепи питания
    • Внутренняя сторона
    • Внешняя сторона
  • Цепи управления
  • Схема эксперимента

Рис 1: аэродромный обзорный радиолокатор АОРЛ-АМИ 2700

 

Внутренняя сторона

Схема подключения цепей питания к внутренней стороне боковой платы приведена ниже. Обозначения вида "+7В" и "2-в-6" показывают, что подключение шины с напряжением +7В ведется из двух групп контактов на шесть контактов плат питания. Условными обозначениями также обозначены типы соединений "вилка" или "розетка".

Внешняя сторона

На рисунке ниже приведена схема подключения цепей питания с внешней стороны боковой платы. На выноске указаны двойные клеммы "питание" / "общий" с ожидаемыми значениями суммарного тока потребления, а также схематично изображен набор кабелей питания.

Цепи управления

Схема подключения к внутренней стороне боковой платы приведена на рисунке ниже.

Управление блоками схемы

Управление цифровыми блоками схемы осуществляется боковой платой управления DC-MCC01-16, подключенной к компьютеру через кабель USB. Порядок установки и настройки приложения можно найти на странице Инструкция по работе с ПО. 

Управление цифровым аттенюатором и фазовращателем осуществляется параллельным кодом. Управление синтезатором частоты осуществляется через последовательный периферийный интерфейс SPI.

Добавьте в конфигурацию блоки и настройте их пины по таблице ниже:

Рассмотрим каждый из блоков в отдельности. Начнем с аттенюатора К1324ПМ2У:

Здесь Кп - коэффициент передачи, дБ.

Перейдем к фазовращателю К1324ПФ1У:

Здесь ∆φ - поворот фазы, град.

Рассмотрим блок ФАПЧ К1324ПЛ1У:

После установки необходимых значений нажмите кнопку «Запись». Также можно поставить галочку в поле «Запись при изменении», и тогда запись будет проходить автоматически каждый раз при изменении данных. 

Схема эксперимента

В первом эксперименте по схеме №2 предлагается исследовать спектральные характеристики выходного сигнала синтезатора частоты с двумя выходами "Вых. 1" и "Вых. 2".

Исходно сигнал формируется непосредственно с выхода ГУН (Рвых = 18 дБм, 2...3,6 ГГц) охваченного обратной связью через ФАПЧ, далее сигнал разветвляется в делителе мощности Вилкинсона на "Вых. 1" и на "Вых. 2" с делением частоты на 2.

Ожидаемые параметры сигналов: 

"Вых. 1" - Рвых = 15 дБм, f = 2....3,6 ГГц;

"Вых. 2" - Рвых = 0 дБм, f = 1...1,7 ГГц.

Последовательность действий после сборки всех блоков на основании и подключении кабелей питания и управления с внутренней стороны боковой платы. 

1. Настройте анализатор спектра для измерения уровней сигнала до 20 дБм и частот до 12 ГГц (до 3 гармоники верхней частоты).   
2. Соедините СВЧ-кабельные сборки и кабели питания стенда. Неиспользуемые СВЧ-входы/выходы включенных СВЧ-блоков подключите к заглушкам 50 Ом для избежания их выхода из строя.
3.  Установите режимы работы источников питания ИП1-ИП4.
4. Подайте отрицательное смещение цепи питания фазовращателя включением ИП2 (на плате питания сработает генератор отрицательного напряжения).
5. Подайте основное питание включением ИП1, ИП3, ИП4.
6. Убедитесь, что токи потребления находятся в диапазоне ожидаемых значений.
7. Проведите исследование спектральных характеристик в соответствии с Вашим планом измерений.

В качестве примера плана измерений, предлагается исследование спектра и гармонического состава выходного сигнала при установлении частоты на "Вых. 1" : 2 ГГц, 2,5 ГГц, 3 ГГц. В этом случае частота на "Вых. 2" будет соответствовать рабочим частотам фазовращателя: 1 ГГц, 1,25 ГГц, 1,5 ГГц.

1. Установить частоту синтезатора с помощью внешнего одноплатного компьютера.
2. Зафиксируйте значений уровней мощности основной гармоники и 2-й, 3-й гармоники сигнала на "Вых. 1", "Вых. 2".
3. Повторите процедуру для остальных частот. 

Далее соедините с помощью СВЧ-кабельной сборки SMP (розетка)-SMP (розетка) "Вых. 2" с входом фазовращателя, как на рисунке ниже.

Установите последовательно состояние аттенюатора в минимум ослабления, а затем в максимум и зафиксируйте спектр сигнала и изменение уровня основной гармоники. Ожидаемое по справочному листу изменение мощности 31,5 дБ, но измеренное оказывается ниже, сделайте предположение, с чем это может быть связано?

Схема сборки №3

Общий вид

В этой схеме исключен синтезатор частот. Основная задача данной схемы заключается в исследовании амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик базовых элементов СВЧ-тракта формирования диаграммы направленности антенны в радиолокаторе.

Цепи питания

Схема подключения цепей питания с ожидаемыми значениями токов потребления приведена ниже. Надписи с подсвеченным текстом на платах питания и управления указывают напряжения питания СВЧ-блоков, которые формируются у них на выходе соответствующих плат питания. 

Внутренняя сторона

Схема подключения цепей питания к внутренней стороне боковой платы приведена ниже. Обозначения вида "+7В" и "2-в-6" показывают, что подключение шины с напряжением +7В ведется из двух групп контактов на шесть контактов плат питания. Условными символами также обозначены типы соединений "вилка" или "розетка".

Внешняя сторона

На рисунке ниже приведена схема подключения цепей питания с внешней стороны боковой платы. На выноске указаны двойные клеммы "питание" / "общий" с ожидаемыми значениями суммарного тока потребления, а также схематично изображен набор кабелей питания.

Цепи управления

Управление цифровым аттенюаторов и фазовращателем осуществляется параллельным кодом с помощью механических переключателей, расположенных на боковой плате питания и управления. 

Схема подключения к внутренней стороне боковой платы приведена на рисунке ниже.

Схема эксперимента

Схема проведения эксперимента по схеме сборки №3 приведена на рисунке ниже.

Последовательность действий после сборки всех блоков на основании и подключении кабелей питания и управления с внутренней стороны боковой платы. 

1. Проведите калибровку анализатора цепей для диапазона частот 0,5...2 ГГц (самый узкополосный элемент К1324ПФ1У). В данном диапазоне частот суммарный коэффициент ослабления СВЧ-тракта до входа СВЧ-усилителя определяется потерями фазовращателя (не более 6 дБ) и начальным ослаблением аттенюатора (около 2 дБ), усиление СВЧ-усилителя около 20 дБ, точка компрессии на 1 дБ по выходу около +13 дБм. Т.о. для линейного режима работы СВЧ-усилителя следует выбрать мощность источника сигнала ниже минус 9 дБм (13 дБм - 20 дБ + 8 дБ - 10 дБ запаса). Суммарный коэффициент передачи СВЧ-тракта около +12 дБ (20 дБ - 6 дБ - 2 дБ).   
2. Соедините СВЧ-кабельные сборки и кабели питания стенда.
3. Установите режимы работы источников питания ИП1, ИП2.
4. Подайте отрицательное смещение цепи питания фазовращателя включением ИП2 (на плате питания сработает генератор отрицательного напряжения).
5. Подайте основное питание включением ИП1.
6. Убедитесь, что токи потребления находятся в диапазоне ожидаемых значений.
7. Проведите исследование частотных характеристик в соответствии с Вашим планом измерений.

В качестве примера плана измерений, можно воспользоваться таблицами основных состояний аттенюатора и фазовращателя и построить следующие частотные характеристики СВЧ-тракта, например, при мощности источника минус 20 дБм:

1. Модуль S21 при переборе основных состояний аттенюатора (полезные изменения).
2. Модуль S21 при переборе основных состояний фазовращателя (паразитные изменения).
3. Фаза S21 при переборе основных состояний фазовращателя (полезные изменения).
4. Фаза S21 при переборе основных состояний аттенюатора (паразитные изменения).   

Таблицы истинности основных состояний фазовращателя и аттенюатора приведены в справочных листах соответствующих блоков.