Redirect= Форм-фактор радиочастотных компонентов. Часть 4

Форм-фактор радиочастотных компонентов. Часть 4

№ 4’2020
PDF версия
В первых трех частях статьи были описаны этапы процесса корпусирования РЧ-компонентов, рассмотрены компоненты для различных видов монтажа печатных плат и вариантов форм-факторов. В четвертой, заключительной части будет продолжен рассказ о различных РЧ-компонентах и блоках. В статье сохранена сквозная нумерация рисунков и использованных источников литературы.

Все статьи цикла.

Волноводные (Waveguide) компоненты

Волноводные компоненты широко применяются в системах передачи информации, средствах радиоэлектронной борьбы, радарах и измерительном оборудовании (рис. 53). Основными достоинствами компонентов волноводного исполнения является:

Волноводные продукты различного назначения компании Narda

Рис. 53. Волноводные продукты различного назначения компании Narda

  • большая передаваемая мощность;
  • малые потери;
  • полностью экранированная структура;
  • высокая добротность резонаторов;
  • минимальный уровень потерь;
  • наивысшая собственная добротность особенно в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн.

Известно, что применение волноводов сложного сечения (ВСС) позволяет существенно улучшить характеристики многих СВЧ-устройств. Так, по сравнению с прямоугольными волноводами, П‑ и Н‑волноводы обладают более широкой полосой одномодового режима, меньшими массогабаритными показателями и низким волновым сопротивлением [55].

Одним из популярных подходов при построении волноводных полосно-пропускающих компонентов является применение запредельных волноводов, то есть волноводов, для которых рабочая частота лежит ниже критической частоты основной волны. Компоненты с участками запредельного волновода обладают меньшими линейными размерами, высоким уровнем затухания в полосе заграждения и достаточно широкой полосой пропускания.

При построении компонентов на П‑ или Н‑волноводах в качестве запредельного волновода можно использовать прямоугольный волновод аналогичного поперечного сечения, обладающий существенно более высокой (до двух раз) критической частотой основной волны. Как следует из анализа литературы, для реализации эффективной процедуры синтеза полосно-пропускающих компонентов на гребневых волноводах необходимы строгие и высокоскоростные методики электродинамического расчета, как характеристик регулярных волноводов сложного сечения, так и плоско-поперечных стыков волноводов.

Для создания высококачественных устройств электроники СВЧ, передающих и приемных антенн, измерительного оборудования на частотах 2–170 ГГц необходимы компоненты волноводных трактов различного сечения. По сравнению с коаксиальными, тракты на металлических полых волноводах пропускают более высокую СВЧ-мощность, меньше излучают в окружающее пространство, имеют более низкое погонное затухание, могут использоваться для значительно более высоких частот (рис. 54). На мировом рынке лишь немногие производители имеют опыт и технологические возможности для обеспечения нужных показателей качества волноводных изделий.

Усилители мощности в волноводном выполнении серии QPI компании QuinStar Technology

Рис. 54. Усилители мощности в волноводном выполнении серии QPI компании QuinStar Technology

В приведенном на рис. 55а смесителе модели MV‑1B компании Spacek Labs используются волноводные соединители для диапазона частот миллиметрового диапазона и коаксиальный соединитель SMA для ПЧ-диапазона 10 МГц…3 ГГц. На рис. 55б показан смеситель W‑диапа­зона с умножителем частоты гетеродина на 6, также выпускаемый компанией Spacek Labs.

Волноводный смеситель модели MV-1B серии Series V-Band Biased Mixer и смеситель W-диапазона с умножителем частоты гетеродина от компании Spacek Labs

Рис. 55. Волноводный смеситель модели MV-1B серии Series V-Band Biased Mixer и смеситель W-диапазона с умножителем частоты гетеродина от компании Spacek Labs

Волноводные РЧ-компоненты выполняются на основе волноводов прямоугольного и Н‑образного сечений для частот 1,14–140 ГГц [56]. Волноводы Н‑образного сечения (Double Ridged W/G, или WRD в стандарте IEA) отличаются от прямоугольных в несколько раз большей широкополосностью (свыше октавы), но их уровень допустимой проходящей СВЧ-мощности ниже. Общую информацию о вариантах фланцев прямоугольной и круглой формы со стандартизованным расположением установочных отверстий, стандартизованные за рубежом и в России обозначения и параметры некоторых металлических прямоугольных волноводов с волной типа ТЕ10 можно найти в [56].

Ряд параметров, относящихся к волноводным компонентам, представлен в нормативном документе ГОСТ 20900–2014 «Трубы волноводные медные и латунные прямоугольные. Технические условия». Краткий обзор наиболее широко используемых обозначений волноводных диапазонов и фланцев, применяемых Keysight Technologies, приведен в [57].

Гармониковые смесители серии 11970 компании Agilent диапазона 18–110 ГГц в волноводном выполнении

Рис. 56. Гармониковые смесители серии 11970 компании Agilent диапазона 18–110 ГГц в волноводном выполнении

Для высоких частот в диапазоне 3–110 ГГц при передаче РЧ-сигналов предусмотрены волноводы различных сечений (рис. 56). Для систем трактов с прямоугольными волноводами компании-разработчики поставляют компоненты прямой формы, изгибы, угловые элементы, волноводные окна и волноводно-коаксиальные переходники (рис. 57). По запросу заказчикам поставляются устройства для настройки и измерений на волноводных линиях.

Волноводные компоненты компании General Dynamics SATCOM Technologies

Рис. 57. Волноводные компоненты компании General Dynamics SATCOM Technologies

Волноводные сборки

Интегрированные волноводные сборки — компоненты, большинство из которых являются заказными интегральными волноводными узлами.

Такая пользовательская интеграция предоставляет множество преимуществ: улучшенная производительность системы, меньшее количество требующих состыковки интерфейсов, компактная механическая сборка, меньшее количество отдельных и дополнительных компонентов и сокращение времени тестирования и интеграции компонента.

Волноводные сборки (Waveguide assemblies) используются в СВЧ-волноводных системах. Они содержат полые металлические проводники с прямоугольным, эллиптическим или круглым поперечным сечением, через которые распространяются электромагнитные волны в СВЧ- и радиочастотной связи. Некоторые волноводы могут содержать твердые или газообразные диэлектрические материалы.

Волноводные сборки имеют полые металлические выводы прямоугольного или эллиптического поперечного сечения (рис. 58).

Волноводные сборки компании Microwave Applications Group (MAG) и сборка волноводных ответвителей WR28 компании L3 Narda-ATM

Рис. 58. Волноводные сборки компании Microwave Applications Group (MAG) и сборка волноводных ответвителей WR28 компании L3 Narda-ATM

Французская компания AML Micro­technique Lorraine занимается разработкой и производством прецизионных компонентов и комплексных механических структур для военных, аэрокосмических и гражданских приложений. Линейка продукции AML включает микроволновые компоненты и сборки волноводов, разветвители, фильтры, вращающиеся волноводные соединения; алюминиевые корпуса для электронных и оптронных устройств (рис. 59). Компанией выпускаются элементы для волноводов от WR5 до WR650, производятся волноводно-коаксиальные переходы, направленные ответвители, гибкие волноводные вставки и другие изделия. За последние 15 лет компания поставила более 20 тысяч волноводов для оснащения 85 космических аппаратов.

Волноводные компоненты компании AML

Рис. 59. Волноводные компоненты компании AML

Интегрированные в подложку волноводы SIW

Современные технологии проектирования и производства интегральных микросхем открывают возможности интегрирования в их структуру трехмерных элементов, в частности прямоугольных волноводов и объемных резонаторов на их основе. Такая технология получила название SIW-технология [55, 58].

Интегрированный в подложку волновод (волновод на диэлектрической подложке) SIW (Substrate Integrated Waveguide) представляет собой волноводоподобную структуру, созданную двумя рядами металлических цилиндров, соединяющих две параллельные металлические пластины, ограничивающих диэлектрическую подложку.

Таким образом, непланарный прямо­угольный волновод может быть изготовлен в планарной форме с применением существующих технологий производства, например в виде печатных плат или керамики с низкой температурой обжига.

SIW-структуры демонстрируют практически те же электродинамические характеристики распространения, что и классический прямоугольный волновод, включая распределения поля и дисперсионные характеристики. Особенностью SIW-структур является то, что они сохраняют большинство преимуществ классических волноводов, приобретая при этом особенности планарных структур: малые размеры и вес, низкую стоимость производства.

Одно из главных преимуществ SIW-технологии — возможность интегрировать все компоненты на одной подложке, включая пассивные компоненты, активные элементы и даже антенны, а также создавать многослойные интегральные схемы. SIW-технология может быть успешно использована для создания таких устройств, как фильтры, направленные ответвители, фазовращатели, усилители, фазированные антенные решетки и антенны вытекающей волны [58].

На рис. 60 представлена фотография активной антенны, интегрированной с планарным волноводом [59].

Активная SIW-антенна с выводом излучения в планарный волновод

Рис. 60. Активная SIW-антенна с выводом излучения в планарный волновод

 

Автономный компонент

Автономный (Stand Alone Modules) — устройства для настольной или напольной установки в полном корпусе (full casing) или шкафу (cabinet), со встроенным интерфейсом (integral interface), часто содержащее встроенные источники питания.

Такие компоненты могут использоваться в достаточно широком круге изделий различного назначения.

Примером традиционного устройства автономного типа может служить входной широкополосный РЧ-усилитель/приемник (Front End Amplifier/Front End Receiver) A25‑MH229 диапазона 0,5–40 ГГц, производимый компанией AKON (рис. 61).

Входной широкополосный РЧ-преобразователь A25-MH229 диапазона 0,5–40 ГГц компании AKON

Рис. 61. Входной широкополосный РЧ-преобразователь A25-MH229 диапазона 0,5–40 ГГц компании AKON

К настоящему моменту понятие автономного компонента несколько трансформировалось — к автономным компонентам относят не только размещенные в надежных, прочных корпусах устройства со встроенными источниками питания, но и небольшого размера модули, основой которых зачастую является одна ИС. Главным классификационным признаком по-прежнему остается достаточная автономность компонента и универсальность его применения в широком круге приложений.

Так, компания u‑blox, один из лидеров в области беспроводных и позиционирующих (навигационных) модулей и чипов, анонсировала ставший популярным автономный модуль (stand-alone module) NINA-B1 Bluetooth с низким энергопотреблением, соответствующий новейшей спецификации Bluetooth 4.2.

В комплекте с антенной, передатчиком, встроенным микроконтроллером и стеком Bluetooth с низким энергопотреблением модуль Nina-B1 готов к использованию во многих приложениях (рис. 62). Он оптимален для широкого спектра применений в устройствах «Интернета вещей» (IoT, Internet of Things), таких как подключаемые датчики, системы автоматизации зданий, медицинские устройства, приложения телематики, системы мониторинга и управления. Датчики, акселерометры, светодиоды вместе с другими датчиками и устройствами управления могут быть подключены непосредственно к модулю через интерфейсы GPIO, ADC, I2C, SPI и UART. Таким образом, по заключению компании-производителя u‑blox модуль представляет собой полностью автономный продукт Bluetooth с низким энергопотреблением и не требует дополнительного оборудования.

Автономный модуль NINA-B1 Bluetooth компании u-blox

Рис. 62. Автономный модуль NINA-B1 Bluetooth компании u-blox

 

Монтируемые в стойку компоненты

Примером стандартизированного форм-фактора может служить стоечное оборудование (RackMount Cases).

Термин Rackmount (стоечный в значении сборки, установки конструкций, механизмов) происходит от сочетания английского слова Rack — «корзина», «стойка, в которой размещается база», и монтируемое в эту стойку оборудование (mount). Таким образом, термин обозначает форм-фактор оборудования, которое работает, будучи смонтированным в стойку или корзину. Телекоммуникационные стойки имеют размеры в стандартных единицах, применявшихся на момент их появления — дюймах. В силу этого они и носят название 19‑дюймовые стойки. За единицу высоты принят так называемый стоечный юнит, обозначаемый «1U». Юнит равен 44,45 мм, что составляет 1,75 дюйма. Крепежные отверстия на несущих конструкциях, например в стандартной 19‑дюймовой стойке, располагаются так, что при монтаже горизонтально, без зазоров крепится лишь оборудование, имеющее высоту в целое число юнитов. Устройство связи помещается обычно в стандартную 19‑дюймовую телекоммуникационную стойку (19” telecommunications rack) [62].

Согласно ГОСТ 28601.2–90, стойка телекоммуникационная — это металлическая конструкция без дверей или обшивки, предназначенная для удобного, компактного, технологичного и безопасного крепления телекоммуникационного оборудования — серверов, маршрутизаторов, модемов, станций.

Обычно устанавливаемое в стойку оборудование имеет высоту передней части на 1/32 дюйма (.032″) меньше, чем определено единицей 1U. Поэтому высота 1U оборудования, устанавливаемого в стойку, составляет 1,719 дюйма (43,7 мм), а не 1,75 дюйма (44,4 мм). Таким образом, высота 2U-оборудования составляет 3,469 дюйма (88,1 мм) вместо 3,5 дюйма (88,9 мм). Этот зазор позволяет выделить немного места выше и ниже установленного в стойку оборудования, что помогает извлечь или установить оборудование в отсек без обязательного извлечения соседнего (сверху/снизу) оборудования.

Максимально возможная ширина для устройств — 450 мм, которые можно установить в шкаф, либо положить на полку. Максимальная ширина оборудования с кронштейнами — 482,6 мм. Расстояние между осями отверстий крепления оборудования винтами к профилям — 465,1 мм.

Как видно на рис. 63, изготовители могут выпускать оборудование, занимающее половину стандартной стойки — Half-Rack форм-фактор.

Типовые размеры стоек в юнитах монтажной единицы

Рис. 63. Типовые размеры стоек в юнитах монтажной единицы

Открытые монтажные телекоммуникационные стойки являются альтернативой монтажным шкафам. Монтажные стойки существуют в трех видах:

  • однорамные;
  • двухрамные — конструкция стоек позволяет устанавливать тяжелое оборудование на четырехточечную фиксацию, что повышает их устойчивость и степень нагрузки;
  • серверные — специально разработанные для установки в них серверного оборудования; их отличительной особенностью являются повышенная жесткость и прочность конструкции, оптимальный вес, возможность установки дополнительных компонентов.

Монтируемые в стойку компоненты снабжаются аппаратными средствами для их установки на место, такими как рельсовые (линейные) направляющие (rail guides), фланцы или вкладки (tabs).

В качестве примера различного рода монтируемых в стойку оборудования на рис. 64 показаны цифровой усилитель (digital rack-mount amplifier) XTRD‑2000X диапазона 7,90–8,40 ГГц компании Comtech Xicom Technology и сумматор (комбайнер) передатчиков (Transmit Combiner Racks) серии 93–00 компании Bird Technologies Group Companies.

Монтируемые в стойки цифровой усилитель XTRD-2000X (digital rack-mount amplifier), стоечный сумматор (комбайнер) передатчика серии 93-00 Series (T-Pass Transmit Combiner Racks)

Рис. 64. Монтируемые в стойки цифровой усилитель XTRD-2000X (digital rack-mount amplifier), стоечный сумматор (комбайнер) передатчика серии 93-00 Series (T-Pass Transmit Combiner Racks)

Компания Textron (ранее Symtx) занимается разработкой сложного нестандартного тестового (испытательного) оборудования. Для термического тестирования СВЧ-электроники была разработана испытательная стойка (Test Rack), показанная на рис. 65 [60]. Испытательная система была переработана из-за потенциальной возможности тестирования любой комбинации устройств (от маломощных до мощных), которые могли бы работать в очень широком температурном диапазоне. В некоторых случаях требуется охлаждение тестируемых устройств, в то время как в других их необходимо нагревать. В стойке были установлены два отдельных нагревательных устройства и два охлаждающих — водяное и воздушное охлаждение. Для каждого из тестируемых устройств на позиции доступны дискретные механизмы нагрева и охлаждения. Все управление тепловым режимом контролируется при жестких допусках, что требует значительного температурного анализа. Восемь идентичных ящиков стойки обеспечили одновременное тестирование 32 устройств, каждое из которых имеет отдельный доступ к коллектору с охлажденной водой в нижнем шасси.

Установленное в стойке оборудование для термических испытаний высокочастотных электронных модулей и выдвижной ящик с монтажными пластинами для четырех тестируемых электронных устройств (DUT)

Рис. 65. Установленное в стойке оборудование для термических испытаний высокочастотных электронных модулей и выдвижной ящик с монтажными пластинами для четырех тестируемых электронных устройств (DUT)

С помощью специального стоечного шкафа (Rackmount Cases) от компании Cases2Go можно хранить оборудование в защитном футляре, который будет легко транспортировать в другое место назначения.

Корпуса Rackmount (рис. 66) разработаны для использования компьютерным, промышленным, медицинским, военным и музыкальным сообществами. В этих отраслях оборудование часто может быть дорогостоящим, требующим деликатного обращения, и необходимо соблюдать особую осторожность, когда оборудование необходимо хранить на складе или транспортировать. При использовании стоечного монтажа компании Cases2Go обе эти задачи могут быть выполнены одновременно. Компания также предлагает все, что может понадобиться для индивидуального решения монтажа в стойку, от удлинителей до мебели для студии и различные аксессуары для более эффективного и доступного использования стоечного оборудования.

Специальные стоечные шкафы от компании Cases2Go

Рис. 66. Специальные стоечные шкафы от компании Cases2Go

 

Приборные, настольные компоненты

В приборном, настольном (Desktop) форм-факторе РЧ-компоненты и устройства выполняются в основном для применения в измерительном и лабораторном оборудовании. Форм-фактор настольных приборов оставался почти неизменным в течение многих лет (рис. 67).

Анализатор спектра и сигналов FSW компании Rohde & Schwarz в классическом настольном выполнении

Рис. 67. Анализатор спектра и сигналов FSW компании Rohde & Schwarz в классическом настольном выполнении

Все компоненты настольных (Desktop) приборов — дисплей, процессор, память, измерительная система, кнопки и ручки — интегрированы в едином, отдельно стоящем устройстве.

В состав классического настольного блока входят металлический корпус, дисплей, печатная плата с установленными на ней компонентами электронной схемы, вентилятор, РЧ-соединители и соединитель для подключения к первичной питающей сети. Компоновка электронных элементов на печатной плате обеспечивает улучшенное охлаждение силовых элементов воздушным потоком, создаваемым вентилятором. Наиболее подверженные разогреву элементы размещаются на радиаторах.

По мере совершенствования приборов, инженеры нового поколения будут требовать применения в них современных технологий. Это значительно меняет облик новых приборов. В них появляются сенсорные дисплеи, поддержка облачных технологий, контекстно-ориентированная обработка данных, различные другие решения, используемые в современных мобильных устройствах.

В связи с повсеместным распространением компьютеров, и увеличением их мощности, вектор развития настольного оборудования разделяет устройства на две части: устанавливаемое на ПК программное обеспечение, на которое перенесены все основные функции прибора, и небольшой собственно измерительный РЧ-настольный блок, подключаемый к компьютеру через USB-порт.

Примером современного измерительного прибора в настольном варианте выполнения может служить показанный на рис. 68 USB-анализатор спектра Spectran HF‑80200V5X, с полосой анализа 88 МГц, производства компании Aaronia. Основным предназначением данного портативного USB-анализатора спектра является высокоточное измерение параметров РЧ-сигналов в диапазоне 9 кГц — 20 ГГц, измерение и анализ сигналов микроволнового диапазона. Небольшие габариты прибора позволяют работать с прибором как в лабораторных условиях, так и за их пределами. Преимуществом данного спектрального анализатора являются высокая скорость сканирования частот до 20 ГГц (менее 20 мс) и возможность захвата чрезвычайно коротких событий, длительностью от 1 мкс. Программное обеспечение RTSA Suite обладает инновационной функцией трехмерного отображения спектров и множеством дополнительных функций для идентификации, захвата, демодуляции и отслеживания сигналов высокой частоты. Основным отличием данного USB-анализатора спектра является возможность сохранения непрерывного потока данных на ПК через USB-интерфейс, также потоковая передача данных в реальном времени позволяет реализовать функции записи и воспроизведения любого сигнала для последующего его декодирования и анализа.

USB-анализатор спектра Spectran HF-80200 V5 X, с рабочим диапазоном 9 кГц —20 ГГц производства компании Aaronia

Рис. 68. USB-анализатор спектра Spectran HF-80200 V5 X, с рабочим диапазоном 9 кГц —20 ГГц производства компании Aaronia

Ряд измерительных приборов с использованием такого форм-фактора выпускает компания Signal Hound (США) [69].

Быстродействующий анализатор спектра реального времени SM200A с широким динамическим диапазоном, низким уровнем собственных фазовых шумов и функцией мониторинга спектра представлен на рис. 69. Соединение с компьютером пользователя осуществляется по высокоскоростной шине USB3.0 SuperSpeed. Устройство имеет ширину полосы анализа 160 МГц в реальном времени, 40 МГц — в режиме записи данных, диапазон рабочих частот 100 кГц — 20 ГГц и скорость сканирования 1 ТГц/с при полосе видеосигнала RBW 30 кГц. Оцифровка происходит со скоростью 1 млрд выб/с. Анализатор спектра SM200A использует опорный генератор OCXO 100 МГц с очень низкими фазовыми шумами. SM200A имеет высокое значение показателя IP3 и низкий отображаемый средний уровень шумов (DANL), что позволяет пользователю исследовать спектр сигнала с достаточной чувствительностью и без проблем с дополнительными интермодуляционными спектральными составляющими. SM200A имеет встроенный приемник системы GPS для установки временных меток в анализируемых сигналах.

Быстродействующий анализатор спектра реального времени SM200A, предлагаемый компанией Signal Hound

Рис. 69. Быстродействующий анализатор спектра реального времени SM200A, предлагаемый компанией Signal Hound

Показанный на рис. 70 анализатор спектра SA44B подключается к компьютеру по шине USB и функционирует на основе специального программного обеспечения. На сегодня анализатор спектра USB-SA44B является одним из лучших на рынке по соотношению цены и качества.

USB-анализатор спектра SA44B компании Signal Hound

Рис. 70. USB-анализатор спектра SA44B компании Signal Hound

Диапазон рабочих частот анализатора спектра составляет 1 Гц — 4,4 ГГц. Динамический диапазон –151…10 дБм. Полоса разрешения по частоте 0,1 Гц — 250 кГц и 5 МГц. Малошумящий предварительный усилитель функционирует на частотах выше 500 кГц. Устройство USB-SA44B содержит измерительный приемник с большим динамическим диапазоном 0…–125 дБм (150 кГц — 1 ГГц), 0 дБм…–115 дБм (1–4,4 ГГц). Относительная точность измерений — 0,25 дБ. Точность при измерении амплитуды сигналов с АМ и ЧМ — 1%. Анализатор спектра предназначен для измерений параметров относительно узкополосных сигналов до 20 МГц. Аппаратная и программная части полностью совместимы с компьютерами на базе операционной системы Windows. Анализатор USB-SA44B может быть выполнен для температурных диапазонов 0…+70 °C и –40…+85 °C. Его длина составляет 21 см; вес менее 300 г. Анализатор спектра предназначен для использования при решении широкого перечня измерительных задач.

 

Блоки внутренней и наружной установки

Многие варианты изготовления радиорелейных станций и систем спутниковой связи реализованы в так называемом варианте ODU-IDU (IDU+ODU). Такие устройства состоят из высокочастотного внешнего блока (ODU) и активного модульного внутреннего блока (IDU). Блок ODU крепится к антенне непосредственно или с помощью волновода.

Оборудование наружной установки (Out-Door Unit, ODU) размещается в компактных влагонепроницаемых корпусах. Внешняя оболочка оборудования выполняет функции пассивных радиаторов. В условиях низких температур окружающей среды могут применяться дополнительные обогреватели.

Массовым стал выпуск радиоблоков для спутниковых систем. В системе используется наружная установка радиоблоков, при которой они размещаются рядом с антеннами. Соединение радиоблока с антенной осуществляется с помощью гибкого волновода (Flexible Waveguide).

Блоки наружной установки спутниковых систем могут устанавливаться в фокусе антенны, они передают концентратору и получают от него модулированные радиосигналы. В состав таких блоков ODU обычно входят малошумящий усилитель (SSPB, BUC) и понижающий преобразователь малошумящего блока (LNB). Ряд производителей относят такие блоки к классу наружных антенных блоков (Antenna Mount).

Несколько совместно используемых радиоблоков могут соединяться между собой с помощью U‑образных соединителей (U‑Bend) или гибких волноводов со стороны портов расширения. Радиоблоки связаны своим кабелем промежуточной частоты с радиоблоком или бейсбенд-блоком внутренней установки.

Оборудование внутренней установки (InDoorUnit, IDU), часто называемое оборудованием для монтажа в помещениях, представляет собой небольшие по размерам настольные приборы или монтируемые в телекоммуникационные стойки.

Примером данного варианты изготовления может служить радиорелейная станция ALCOMA ALxxF компании Alcoma (рис. 71а) — компактная, простая в монтаже, модульная радиорелейная станция сверхвысокого диапазона частот, предназначенная для построения транспортных сетей и линий «последней мили», а также для передачи потоков Е1, STM‑1, Ethernet.

ODU-IDU вариант выполнения РРС компании Alcoma и NEC IPASOLINK 100E

Рис. 71. ODU-IDU вариант выполнения РРС компании Alcoma и NEC IPASOLINK 100E

Радиорелейная станция выполнена в форм-факторе ODU-IDU и состоит из высокочастотного внешнего блока (ODU) и активного модульного внутреннего блока (IDU). Блок ODU крепится к антенне непосредственно или с помощью гибкого волновода. Радиорелейная станция может управляться и настраиваться с помощью встроенной веб-системы управления или с помощью ASD. В диапазоне 4–ГГц блоки ODU повышенной мощности 30 дБм при любой модуляции позволяют строить радиорелейные линии в десятки километров с максимальной пропускной способностью даже в зонах высокой плотностью дождя.

Пакетная радиорелейная система iPASOLINK 100E компании NEC Corporation построена по классической концепции IDU-ODU (рис. 71 б). Используется общий для всей линейки iPASOLINK блок ODU. Внутренний блок включает коммутатор Ethernet с шестью портами. Конструктивно блок IDU имеет половинную ширину, поэтому возможна его установка в стандартную стойку в один отсек. Оборудование работает в стандартных диапазонах частот 6–38 ГГц.

 

Наружные антенные блоки

Устанавливаемые на антенне наружные блоки (Antenna-Mount Block), называемые зачастую антенными блоками, монтируются непосредственно на антенне или отдельно от антенны на мачте с помощью комплекта крепежа и гибких волноводов либо в помещении под мачтой с помощью жестких волноводов.

РЧ-устройства разрабатываются для простой недорогой установки и длительного срока службы. Конструкция устраняет необходимость в использовании защитного кожуха или укрытия, а также длинного волноводного перехода между блоком и рупором антенны. Устройства фильтрации, охлаждения, а также системы контроля и управления являются автономными и содержатся внутри блока. Такой форм-фактор обеспечивает высокую надежность, низкие затраты на техническое обслуживание и замену. Как правило, антенные блоки обеспечивают снижение первичной потребляемой мощности и внутренних рабочих температур и повышение надежности системы.

Наружный блок может устанавливаться двумя способами: отдельно от антенны на трубостойке (рис. 72а) и непосредственно на антенне (рис. 72б).

Раздельная установка блока ODU; диапазон 7/8/11 ГГц диапазон 13/15/18 ГГц (а) и установка блока ODU на антенне Andrew (б)

Рис. 72. Раздельная установка блока ODU; диапазон 7/8/11 ГГц диапазон 13/15/18 ГГц (а) и установка блока ODU на антенне Andrew (б)

Простота установки и обслуживания устанавливаемых на антенне устройств дает операторам связи возможности быстрого расширения сетей и предoставления новых услуг абонентам.

На рис. 73 представлен устанавливаемый на антенне усилитель мощности XTD‑750‑B1, производимый компанией Comtech Xicom Technology. Модели усилителя могут работать в различных частотных диапазонах 5,850–14,5 ГГц.

Блоки доступны в ламповом варианте для работы в непрерывном (CW) режиме или с пиковой мощностью. Усилители непрерывного действия используются, когда оператору требуется максимальная мощность передачи, тогда как усилители с пиковой мощностью выбираются для пользователей, которые работают только в линейном диапазоне. В усилителе может быть установлен дополнительный линеаризатор, позволяющий увеличить мощность передачи при одновременном удовлетворении требований к паразитному подросту спектра (spectral regrowth). Устройство содержит встроенную полную систему контроля и управления. Усилители могут быть сконфигурированы для однопотокового, резервного или комбинированного режимов работы. Систему можно настроить для управления одним или двумя переключателями. Для управления усилителем из местоположения пользователя используется удаленный внешний контроллер. Крепление блока к большинству популярных антенн может быть произведено с использованием монтажных кронштейнов.

Устанавливаемый на антенне автономный усилитель мощности XTD-750-B1, производимый компанией Comtech Xicom Technology

Рис. 73. Устанавливаемый на антенне автономный усилитель мощности XTD-750-B1, производимый компанией Comtech Xicom Technology

Рабочий диапазон температур –40…+60 °C, температура хранения составляет –50…+70 °C. Относительная влажность воздуха может достигать 100% с конденсацией влаги. Максимальная высота установки РЧ-усилителя составляет 3000 м (10 000 футов) над уровнем моря MSL (mean sea level). Система охлаждения — воздушная принудительная.

Компания MITEQ предлагает серию устанавливаемых на антенне моделей наружных блоков (рис. 74), повышающих и понижающих преобразователей и трансляторов SATCOM Q‑диапазона, предназначенных для использования в высокопроизводительных спутниковых коммуникационных системах.

Устанавливаемый на антенне наружный блок SATCOM Series Q-диапазона компании MITEQ

Рис. 74. Устанавливаемый на антенне наружный блок SATCOM Series Q-диапазона компании MITEQ

 

Заключение

Проведенный анализ показывает, что на рынке существует большой выбор РЧ-компонентов разной степени интеграции, корпусируемых с использованием различных форм-факторов. У разработчика оборудования современных систем связи есть проблема выбора форм-факторов и технологий, которые будут применяться при проектировании.

  •  С одной стороны, такое разнообразие дает возможность реализации проекта наиболее оптимальным образом в кратчайшие сроки.
  •  С другой стороны, множество доступных технологий и компонентов может привести к неудаче разработки, потому что неправильный их выбор, сделанный в начале работы, может позднее способствовать затягиванию сроков разработки и получению очевидно неоптимальных характеристик проектируемого устройства.

Традиционно разработчики могут выбирать или готовые отдельные РЧ-компоненты, оптимальные для реализации проекта, или же целые модули, платы, подсистемы с максимальной степенью интеграции и делать все возможное, чтобы адаптировать их к своим требованиям. Второй путь во многих случаях представляется более эффективным, так как в результате системы становятся компактнее, выделяют меньшее количество тепла, обладают хорошей функциональностью, преимущественно ограниченной возможностью размещения соединителей и допустимыми температурными режимами устройства.

Важным фактором современных тенденций изменения процесса проектирования РО является растущая доступность готовых компонентов малого форм-фактора SFF во многих вариантах. Это позволяет поддерживать даже самые уникальные требования, предъявляемые к РЧ-оборудованию. Происходит минимизация размера, веса и энергопотребления (SWaP) с наименьшими затратами на проектирование (NRE), что приводит к экономически эффективному оптимальному решению.

Набор РЧ-компонентов малого форм-фактора SFF может быть использован при создании многостандартных и многодиапазонных радиосистем для военных и коммерческих приложений. Как уже отмечалось, области применения программируемых систем SDR SFF очень широки, на их основе можно реализовать практически любую радиосистему, которая наилучшим образом будет удовлетворять поставленные перед ней требования.

Большим плюсом использования РЧ-компонентов в различных форм-факторах становится то, что в современных быстроменяющихся условиях развития радиосистем, наступления когнитивных систем такие РЧ-компоненты могут быть использованы для быстрого прототипирования и тестирования различных вариантов РЧ-оборудования и их конфигураций.

Подводя итог, можно отметить, что современному разработчику необходимо обладать знанием достоинств и ограничений тех или иных вариантов форм-факторов РЧ-компонентов, в полной мере уметь использовать преимущества применения стандартных модулей, плат и подсистем. Тогда неудачи при разработке радиооборудования могут быть сведены к минимуму.

Литература
  1. Гадзиева А. А., Земляков В. В., Крутиев С. В. Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр на волноводах сложного сечения, интегрированный в многослойную микросхему с применением SIW-технологии//Инженерный вестник Дона. 2013. № 1.
  2. Белов Л., Гусевский В. Волноводные компоненты фирмы Flann Microwave//Электроника: НТБ. 2009. №
  3.  Agilent RF and Microwave Test Accessories. Waveguide Overview. keysight.com/upload/cmc_upload/All/Agilent_Waveguide_Overview1.pdf /ссылка устарела/
  4. Гадзиева А. А., Заргано Г. Ф., Земляков В. В., Крутиев С. В. SIW-технологии, история создания, современное состояние и перспективы развития//Физические основы приборостроения. 2012. Т. 1. № 4.
  5. Любченко В. Е., Юневич Е. О., Телегин С. А., Радченко Д. Е., Калинин В. И., Котов В. Д. Логопериодическая активная антенна, интегрированная с волноводом на диэлектрической подложке//Журнал радиоэлектроники. № 2015. 1.
  6. Case Study — Rack Mounted Thermal Testing Tool for Electronics Testing. www.concurrentdesign.com/tool-design.htm#16 /ссылка устарела/
  7. ГОСТ 28601.2–90 «Система несущих конструкций серии 482,6 мм. Шкафы и стоечные конструкции. Основные размеры».
  8. Викулов И. Корпусирование СВЧ-микросхем на пластине. Технология, преимущества, результаты//Электроника: НТБ. 2009. № 3.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *