Описание конструкций РЭА

Радиоэлектронная аппаратура — технические средства, основанные на принципах радиоэлектроники и осуществляющие функции преобразования электрических сигналов, несущих информацию, с использованием электромагнитной энергии в пространстве и электронных линиях связи.

Конструкция РЭА — пространственно организованная совокупность компонентов (изделий электронной техники, несущих оснований и материалов), между которыми существуют электрические, оптические, механические, тепловые, магнитные, электромагнитные и другие связи, обеспечивающие заданные преобразования сигналов при наличии взаимных воздействий и воздействий внешней среды.

Поскольку современный этап конструирования РЭА связан с широким внедрением микроэлектроники, появлением новых качественных характеристик микроэлектронной аппаратуры (МЭА) и ее субъектов, появились новые термины, которые используются для описания этих новых конструкций.

Микросборка — микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию и состоящее из элементов, компонентов и (или) интегральных схем (ИС) и других электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в различных сочетаниях, разрабатываемое и изготовляемое разработчиками конкретных РЭА для улучшения показателей миниатюризации. Чаще всего микросборки выполняют в виде больших гибридных интегральных схем (БГИС). Они могут быть корпусированными и бескорпусными.

Элемент МСБ — неделимая часть микросборки, которую нельзя специфицировать и поставлять как отдельное изделие. Элементами МСБ являются пленочные резисторы, катушки и конденсаторы, выполненные по той или иной технологии на подложке БГИС.

Компонент МСБ — часть микросборки, которая специфицируется и может поставляться как отдельное изделие. Компонентами МСБ являются бескорпусные транзисторы, диоды, миниатюрные без проволочных выводов конденсаторы, тороидальные катушки индуктивности.

В процессе развития конструирования РЭА сменилось четыре поколения конструкций, для каждого из которых была характерна своя особая, с общей спецификой конструкция или конструктив.

Конструктив РЭА — типовая разновидность конструкции того или иного уровня сложности аппаратуры, определяемая характерными элементной базой и способом компоновки. Примерами конструктивов разного уровня могут быть бескорпусная МСБ, функциональная ячейка III поколения, блок МЭА IV поколения.

Перейдем к классификации РЭС, которая по отдельным признакам, например по назначению, объекту и условиям эксплуатации, определена давно и достаточно строго, а по функционально-конструктивным признакам в различных источниках дается по-разному. Можно привести много примеров, где одним и тем же термином обозначаются совершенно разные по своим функциям и конструктивной сложности изделия: полупроводниковый прибор (транзистор) и измерительный прибор (вольтметр ламповый); импульсное устройство (триггер) — радиоприемное устройство (транзисторный приемник); блок конденсаторов переменной емкости — блок индикатора кругового обзора и т. д. Поэтому остановимся на классификации РЭС по следующим признакам:

по функциональной сложности, т. е. по числу и рангу функций, выполняемых изделием;

по конструктивной сложности, определяемой числом элементов конструкции и числом соединений между ними, выбранной элементной базой и способом компоновки;

по назначению;

по объекту установки;

по виду сигнала и диапазону частот.

По функциональной сложности деление РЭА может быть представлено в виде следующей цепочки (сверху вниз): радиотехническая система — комплекс радиоэлектронных устройств — радиоэлектронное устройство (РЭУ) — блок — субблок — функциональный узел.

Радиотехническая система представляет собой «совокупность сигналов в пространстве, операторов и радиоэлектронной аппаратуры, размещенных на объектах в определенных точках на поверхности или в пространстве, действующих в условиях помех и внешних возмущений»; например, такой системой является система посадки самолета.

Комплекс радиоэлектронных устройств — совокупность РЭУ, объединенных, как правило, на одном объекте и являющихся законченной частью системы; например, наземный и бортовой комплексы радиосвязи самолета с землей.

Радиоэлектронное устройство — часть комплекса, решающая конкретную основную целевую функцию, функционально и конструктивно законченная и, главное, автономно эксплуатационная; например, телевизионный радиоприемник с антенной.

Блок — часть РЭУ, выполняющая частную целевую функцию, функционально законченная, но автономно неэксплуатационная; например, блок питания. Блок может быть конструктивно законченным, но может и входить как часть конструкции в устройство.

Субблок — часть блока, выполняющая функцию его отдельного тракта, например тракта усилителя промежуточной частоты.

Функциональный узел — единица функциональной сложности РЭА на уровне отдельного каскада электрической схемы; например, узел смесителя.

Многоблочные конструкции выполняют в виде шкафов, стоек, пультов; моноблочные — в виде контейнеров или отдельных корпусированных приборов; функциональные ячейки — в виде сборок ЭРЭ и корпусированных ИС на печатных платах или сборок из МСБ на металлических рамках. Микросхемы и функциональные компоненты (оптроны, интегральные пьезофильтры, фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ), джозефсоновские приборы, приборы с зарядовой связью (ПЗС) и на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) и др.) часто корпусируются и представляют собой изделия электронной техники. В совокупности они образуют элементную базу современных РЭА.

По назначению РЭА делят на средства: радиовещания и телевидения, радиоуправления и радиотелеметрии, радиолокации и радионавигации, радиоастрономии, радиоизмерительные, обработки данных и информации, записи и воспроизведения, медицинские и промышленные.

По объекту установки они классифицируются по трем основным категориям, в каждой из которых существуют группы, а именно: бортовые (самолетные, космические, ракетные), наземные (возимые, носимые, переносные, бытовые, стационарные) и морские (судовые, буйковые).

По виду сигнала и диапазону частот РЭА могут быть аналоговыми, цифровыми и СВЧ. В настоящее время РЭА, как правило, являются комбинированными, т. е. включающими в себя как аналоговые СВЧ-блоки, так и блоки цифровой обработки информации.

В заключение отметим, что РЭА могут иметь различные конструктивные формы в зависимости от их функциональной сложности и степени интеграции используемых ИС. Например, при высокой степени интеграции и соответствующей функциональной сложности (свыше 1000 элементов) устройство может быть заключено в один объем, имеющий форму моноблока, ячейки, микросборки и даже одного кристалла. При недостаточной степени интеграции формообразование радиоустройств идет по пути создания многоблочной конструкции. Это положение отражает табл., в которой показана зависимость формообразования конструкций РЭА от степени интеграции микросхемы.

БИС* - большая интегральная схема, СБИС** - сверхбольшая интегральная схема.

Пример конструкции субблока, которая для повышения прочности может заливаться компаундом приведена ниже на рисунке.

Конструкция функциональной ячейки IV поколения: 1 — соединитель; 2 — передняя стенка; 3 — корпусированная ИС; 4 — навесной ЭРЭ; 5 — задняя стенка с элементами крепления; 6 — бескорпусная микросборка; 7 — печатная плата.

При рассмотрении разнообразной РЭА обычно классифицируют ее по назначению, принципу функционирования, виду объекта установки, конструктивным признакам.

При конструкторском проектировании современной РЭС с применением интегральных микросхем и микросборок различной степени интеграции находят применение в основном четыре варианта конструкций блоков: книжный, разъемный, кассетный и «этажерочные конструкции» .

Большие трудности в разработке РЭА традиционными методами приводят к необходимости автоматизации проектирования с использованием ЭВМ. В связи с этим создаются разнообразные по возможностям и назначению алгоритмы проектирования РЭА, являющиеся важным инструментом разработчика и позволяющие моделировать те или иные процессы, происходящие в РЭА.