Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp cho Đài ra đa П37

Kết quả khảo sát thực tế

Hai phần tử bán dẫn quan trọng trong thành phần của bộ khuếch đại cao tần tạp thấp là pin điốt hạn chế cao tần và transistor trường (FET) đều rất nhạy cảm với nhiệt độ môi trường làm việc (tính chất của linh kiện bán dẫn), nếu phải làm việc liên tục trong điều kiện nhiệt độ cao (≥ 400c) thì các linh kiện bán dẫn đó rất nhanh hỏng. Giá trị công suất lọt từ máy phát sang máy thu rất cao, ở mức dòng phát là 40mA hầu hết các giá trị đó đều lớn hơn 1w liên tục (v−ợt quá giới hạn chịu đựng 1w của đèn khuếch đại cao tần YB394) nên đã làm hỏng (hỏng theo công suất) hoặc làm giảm chất l−ợng của các đèn YB394.

Cơ sở xõy dựng

Mối quan hệ trên là 1-1 (quan hệ tương đương), có nghĩa là một giá trị của trở kháng đường dây chuẩn hoá z(x) tương ứng và chỉ tương ứng với một giá trị duy nhất của hệ số phản xạ Γ(x). Khi hệ số phản xạ Γ(x) thay đổi thì trở kháng chuẩn hoá z(x) (và do đó trở kháng Z(x) cũng thay đổi tương ứng, và điểm phức sẽ di chuyển thành một quĩ đạo trong mặt phẳng phức hệ số phản xạ Γ).

Tính toán phối hợp trở kháng dùng giản đồ Smith

Một trong những phương pháp tính toán thiết kế như đã khảo sát là sử dụng đồ thị Smith, bản chất của phương pháp này là dựa vào tham số tán xạ của linh kiện để xác định các tiêu chuẩn khi thiết kế bộ khuếch đại cao tần nh−: khả năng phối hợp trở kháng; độ ổn định và khả năng mất ổn định; hệ số khuếch đại công suất, tham số tạp (độ nhạy); chế độ thiên áp và cấp nguồn… Cũng nh− các mạch siêu cao tần khác, khi thiết kế chế tạo bộ khuếch đại cao tần rất cần đến các yếu tố thực nghiệm, nó sẽ bổ sung hoàn chỉnh cho phần tính toán lý thuyết. Nếu công suất tín hiệu vào tăng đến mức ng−ỡng hạn chế thì ngay lập tức ở điốt tách sóng sẽ xuất hiện dòng một chiều, dòng này sẽ chảy qua điốt PIN và làm cho trở kháng của nó giảm xuống, khi đó mạch cộng hưởng tạo ra bởi thanh dẫn kim loại và trở kháng thấp của điốt sẽ phản xạ mạnh với tín hiệu đầu vào - nh− vậy sẽ tạo ra sự cách ly an toàn giữa đầu ra với đầu vào đối với tín hiệu cao tần có mức công suất lớn.

Tính toán thiết kế bộ khuếch đại cao tần tạp thấp

Trong sơ đồ mạch khuếch đại tạp thấp nhiều tầng khuếch đại thì transitor của tầng đầu vào cần phải đảm bảo yêu cầu: hệ số tạp nhỏ (hệ số khuếch đại không cần cao), nh−ng đối với transistor của các tầng ra thì hệ số tạp không quá phải khắt khe và hệ số khuếch đại cũng không cần lớn để đảm bảo điều kiện ổn định. Với kết quả tính toán thiết kế mạch khuếch đại ở phần trên và các yêu cầu về kích thước hình học của hộp (đảm bảo phù hợp với không gian của vị trí lắp đặt bộ khuếch đại cao tần trên thiết bị), ta xác định đ−ợc chiều dài l (từ đầu vào đến đầu ra) là: l = 130mm, theo đó xác định đ−ợc chiều rộng của tấm mạch dải a = 56mm.

Chế tạo bộ khuếch đại cao tần tạp thấp

- Chế độ gia nhiệt của mỏ hàn phải hợp lý (thời gian hàn phải nhanh) để tránh tình trạng linh kiện bị hỏng do quá nóng vì nhiệt của mỏ hàn (linh kiện bán dẫn, đặc biệt là bán dẫn siêu cao tần rất nhạy cảm với nhiệt độ cao). Để hàn linh kiện, ở đây ta sử dụng mỏ hàn thổi chuyên dụng để tập trung nhiệt trong một phạm vi hẹp của linh kiện, đảm bảo chế độ gia nhiệt nhanh và hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ hàn đến linh kiện và lớp dẫn của mạch dải (có thể làm bóc các đ−ờng dẫn của mạch dải).

Kiểm tra, đánh giá tham số kỹ thuật của bộ khuếch đại

Chỉ tiêu này sẽ giảm (phù hợp với chỉ tiêu đề ra ban đầu) khi làm việc phối hợp với bộ hạn chế công suất, khi đó giá trị hệ số khuếch đại trên sẽ giảm một l−ợng bằng mức tổn hao thông qua của bộ hạn chế. B−ớc 1: Quy chuẩn bài đo, đ−ợc thực hiện cho mỗi một tần số bằng cách nối trực tiếp đầu tách sóng vào đầu ra của máy Γ4-80 sau đó quay tay quay suy giảm chuẩn để kim đồng hồ chỉ dòng tách sóng là 2àA và ghi số chỉ (theo dB) của bộ suy giảm chuẩn - ký hiệu là A(dB).

Tính toán thiết kế bộ hạn chế công suất cao tần

Điều này có nghĩa là sẽ gặp rất nhiều khó khăn cho việc lựa chọn kiểu hạn chế công suất tích cực, bởi vì trong hạn chế tích cực cần phải tạo ra các xung điều khiển mà các xung này phải đ−ợc đồng bộ chặt chẽ với xung kích phát của đài rađa, khó khăn sẽ nảy sinh ở chỗ: làm thế nào để bộ tạo xung điều khiển cảm nhận đ−ợc tất cả sự thay đổi chế độ kích phát trong thời gian rất ngắn theo nhiệm vụ tác chiến của đài rađa và phải can thiệp vào đài rađa để lấy thêm một số đường tín hiệu cho mạch tạo xung. Tuy có một số khó khăn trong việc tạo đường hồi tiếp để khép kín dòng một chiều I0 sinh ra bởi điốt pin dưới tác động của công suất cao tần, song so với một số kiểu mạch hạn chế khác thực hiện trên ống sóng chữ nhật hoặc mạch cộng h−ởng chữ nhật thì mạch hạn chế gồm các điốt pin lắp song song với đ−ờng truyền cao tần có công nghệ chế tạo đơn giản và phù hợp với điều kiện của ta hiện nay nh−ng vẫn.

Chế tạo bộ hạn chế công suất cao tần

Phần ngoài của vỏ hộp đ−ợc sơn tĩnh điện, phần trong hộp (tiếp xúc với mạch. điện) không sơn để đảm bảo tiếp xúc tốt (tiếp đất) cho mạch. Lắp ráp mạch dải vào hộp: Yêu cầu phải đảm bảo chính xác về kích thước không để tấm mạch dải bị cong vênh trong hộp.

Kiểm tra, đánh giá tham số kỹ thuật của bộ hạn chế

- ở các tần số ngoài dải tần số làm việc của các băng tần SG và SS, độ tổn hao thông qua tương đối lớn(> 4dB), điều đó thể hiện bộ hạn chế công suất được thiết kế giống nh− một bộ lọc dải thông với vai trò lọc (hạn chế) các tín hiệu có tần số ngoài dải tần làm việc của bộ hạn chế. Để xác định mức công suất lọt ở đầu vào máy thu có hai phương pháp: thứ nhất là dùng máy đo công suất đo trực tiếp mức công suất lọt (nh− đã làm ở phần khảo sát thực tế), thứ hai đo gián tiếp qua dạng xung lọt từ máy phát sang (biết độ rộng xung, chu lặp lại của xung và biên độ của xung lọt sẽ tính đ−ợc mức công suất trung bình).

Ghép nối hệ thống

Sản phẩm bộ khuếch đại cao tần tạp thấp hoàn chỉnh có: Kết cấu cơ khí chắc chắn, có thể cố định vào nóc tủ phát rađa Π37 bằng bốn bulông M8; Khả năng chống nhiễu và cách ly cao tần tốt; Thao tác tháo lắp trên đài rađa Π37 nhanh và thuận tiện. Việc cấp nguồn cho bộ khuếch đại rất đơn giản (chỉ cần một loại nguồn), ở tủ thu của rađa Π37 đã có sẵn nguồn +12,6V có độ ổn định cao và mức công suất đảm bảo đủ để nuôi bộ khuếch đại (100mA) mà không ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nuôi của các mạch khác của máy thu cùng sử dụng nguồn +12,6V.

Đánh giá tham số kỹ thuật và thử nghiệm sản phẩm

Do điều kiện thực tế hiện nay, các máy đo chuyên dụng ΓK4-21A đi kèm theo đài rađa Π37 không làm việc hoặc làm việc không tin cậy, vì vậy để đo độ nhạy máy thu rađa Π37 ta sử dụng máy phát tín hiệu chuẩn Γ4-80. - Vặn chiết áp УРОВЕН ВЫХ bố trí trên panen mạch khuếch đại trung tần kênh A để điều chỉnh mức tín hiệu ra của mạch khuếch đại trung tần kênh thu A sao cho kim đồng hồ chỉ thị àA chỉ ở mức 30 vạch (đây là mức nội tạp của máy thu).

Thử nghiệm thực tế sản phẩm trên đài rađa Π37

Trong quá trình thử nghiệm bộ khuếch đại cao tần tạp thấp luôn làm việc ổn định với các giá trị dòng phát (công suất) của máy phát khác nhau và là kênh chiến đấu chính của hai đài rađa nói trên vì đó là hai kênh máy thu có độ nhạy đạt theo yêu cầu ≥ 105dBm, các kênh thu nguyên bản của đài do điều kiện chiến đấu lâu nên chất l−ợng đèn khuếch đại cao tần (YB99 hoặc YB394) không còn tốt mà vì thế độ nhạy toàn tuyến của máy thu không đảm bảo theo yêu cầu. Kết quả quá trình thử nghiệm sản phẩm đ−ợc xác định bằng các văn bản pháp lý, các văn bản đó đ−ợc giới thiệu trong phần phụ lục của báo cáo (trong các văn bản, giá trị độ nhạy đ−ợc xác định theo mức 85dB/10àW).

Quy trình thiết kế bộ hạn chế công suất cao tần

Trên cơ sở các chỉ tiêu kỹ thuật và địa chỉ ứng dụng cụ thể của sản phẩm, phân tích để lựa chọn sơ đồ chức năng của mạch hạn chế công suất tín hiệu cao tần (tích cực; thụ động hay kết hợp thụ động và tích cực). Phân tích để chọn; Phần tử hạn chế công suất tín hiệu cao tần (điốt pin; điốt tách sóng; đèn phóng điện có điện áp mồi hoặc không có điện áp mồi…); Vật liệu nền để cấy ghép các phần tử hạn chế (Mạch dải siêu cao tần; ống sóng kim loại; hộp cộng h−ởng bằng kim loại…) và các tham số t−ơng đ−ơng của chúng.

Quy trình thiết kế bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp

Trong những năm qua, công nghệ CAD (Computer Aid Design) phát triển rất mạnh, víi các chương trỡnh thiết kế mạch siêu cao tần đó giỳp cho người thiết kế nhanh chóng tạo ra các mẫu sản phẩm với độ chớnh xỏc cao mà khụng cần nặng nề vể tớnh toỏn. Trong khuôn khổ Dự án này, bước đầu chúng tôi đã ứng dụng chương trình phần mềm thiết kế mạch siêu cao tần để hỗ trợ cho việc tính toán ở một số bước thiết kế - chủ yếu ở bước 4 của quy trình thiết kế (bộ hạn chế và bộ khuếch đại) đã xác định ở trên.

Quy trình kiểm tra-hiệu chỉnh trong phòng thí nghiệm

- Lắp các đầu chuyển đổi vào hai vị trí tương ứng (đầu vào, đầu ra) trên khối đế ghép hộp. Máy đo tổng hợp siêu cao tÇn MARCONI (IFA) 6200B hoặc các thiết bị đo t−ơng đ−ơng.

Chủ nhiệm dự án

• nội dung báo cáo 2.1. Đặt vân đề

Năm 1992 Viện Kỹ thuật Quân sự phối hợp với Viện Kỹ thuật Phòng không thực hiện đề tài cấp Bộ Quốc phòng: “Nghiên cứu chế tạo thay thế khối, phân khối, cụm chi tiết hay hỏng hóc trong khí tài phòng không bằng linh kiện và công nghệ mới”, trong đó việc nghiên cứu chế tạo và áp dụng bộ khuếch đại siêu cao tần bằng bán dẫn trường có nội tạp nhỏ vào tuyến thu của đài rađa cảnh giới dẫn đường làm việc ở dải sóng 10 cm đã đ−ợc đánh giá tốt và có chỉ lệnh cho mở đề tài áp dụng thử. Tuy kết quả đạt đ−ợc là khả quan, song vẫn còn nhiều điểm tồn tại nh−: độ nhạy máy thu không đồng đều ở các kênh; khó đảm bảo độ nhạy của kênh thu làm việc ở phía tần số cao; độ bền của bộ khuếch đại (khả năng chịu đựng mức công suất lớn ở. đầu vào máy thu) không cao; độ tin cậy làm việc thấp… Nguyên nhân chính của những tồn tại đó là do: Việc nghiên cứu tính toán thiết kế ch−a hợp lý, khi thiết kế ch−a thực sự bám sát các yêu cầu tổng thể về chỉ tiêu kỹ thuật và tình trạng hoạt.