СТЕНД ИМИТАЦИИ ИСПЫТАНИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
RADIO ELECTRONIC EQUIPMENT TESTING SIMULATION STAND

1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам имитации радиоэлектронной аппаратуры для повышения оперативности и эффективности проведения испытаний за счет отработки ряда операций.
Предлагаемое изобретение позволяет:
- производить юстировку, калибровку и поверку измерительной аппаратуры, используемой в испытаниях, без участия реальной измеряемой аппаратуры;
- осуществлять отладку схемы передающих линий, контроль качества ее сборки и монтажа, а также выполнять исследования для подбора оптимальных параметров испытаний;
- проводить обучение и тренировки персонала по работе с измерительным оборудованием.
Качество радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) во многом зависит от качества экспериментальных работ, проектирования, регулировки, контроля и испытаний. Последние являются обязательным и крайне важным этапом производства РЭА. Они позволяют экспериментально определить количественные и качественные характеристики объекта при воздействии на него внешних факторов и проверить соответствие изделия техническим требованиям. Испытания бывают различных типов, таких как: исследовательские, контрольные, сравнительные, приемо-сдаточные, периодические и другие. Все их объединяет процесс проверки различных электрических, механических и других технических параметров с использованием различных стендов, оснастки и измерительной аппаратуры.
Следует отметить, что при разработке сложной РЭА радиолокационных комплексов и систем особенностью является то, что составные части данной аппаратуры представляют собой, как правило, отдельные части (шкафы, стойки, блоки), производящиеся со своими особенностями, что требует индивидуального подхода к настройке, испытаниям и доработке каждого конкретного комплекта. Одной из проблем производств такого рода изделий является расхождение во времени поставок различных частей одного изделия или системы в испытательные лаборатории для проведения испытаний. Это приводит к тому, что время на проведение предварительных работ, подготовку испытаний и сами испытания уменьшается. Стоит отметить и то, что окончательное измерение параметров системы РЭА во время испытаний может быть произведено только после настройки, калибровки и отработки измерительной аппаратуры, а это также значительно увеличивает сроки испытаний РЭА, а значит и сроки окончательной приемки продукции.
При измерении сложных электрических параметров передающая линия может вносить свой вклад в погрешность или неопределенность результата измерения, причем влияние тем сильнее, чем больше элементов использовано в измерительной схеме, а так же чем она сложнее и чем больше внешних воздействующих факторов влияют на нее. Это происходит из-за возникающих в линии переотражениях, которые выражаются в коэффициентах отражения и увеличивают неопределенность измерения. Для оценки и расчета неопределенности необходима полная информация о натурном исполнении всех передающих линий измерительной установки и их составных частей. Произвести подобную оценку можно только после окончательного построения измерительной схемы и прокладки измерительных линий, которые могут быть достаточно протяженными и многосоставными (например, при измерении параметров приемопередающей аппаратуры в климатической камере при проведении периодических испытаний).
2. Уровень техники
В существующем уровне техники раскрыты испытания сложных технических комплексов, где используется моделирование и имитация отдельных систем (см., например, Устройство имитации источника электроэнергии с заданными параметрами RU 29421 U1 от 05.10 2003).
Из уровня техники также известен имитатор радиосигналов навигационных систем (SU 1612321 А2 от 12.07.1990) содержащий аттенюаторы, блоки задания режимов работы, генерации, формирования сигналов, фильтрации, а также генераторы шума и тональных сигналов.
Наиболее близким техническим решением является «Устройство поверки измерителя коэффициента шума (варианты)» (RU 2363959 С1 от 08.10.2009) которое используется для поверки измерителей коэффициента шума различных электронных устройств и частично моделирует работу радиоэлектронной аппаратуры. Техническая часть этого решения реализована в двух вариантах: коаксиальной и микрополосковой системах. Устройство поверки измерителя коэффициента шума содержит генератор СВЧ, частотомер СВЧ, вентиль, преобразователь, первый блок питания, подающий на преобразователь постоянное напряжение питания со знаком плюс, второй блок питания, подающий на преобразователь постоянное напряжение питания со знаком минус, переключатель и цифровой вольтметр.
Использование устройства поверки измерителя коэффициента шума вместо реальной испытываемой аппаратуры для отработки измерителя повышает оперативность в выявлении проблем, недостатков и недоработок схем измерения образцов РЭА в различных режимах их функционирования до стадии их размещения на площадке проведения испытаний.
Это способствует повышению эффективности подготовки к проведению испытаний, ведет к сокращению трудозатрат и технологических операций при их проведении и позволяет значительно сократить сроки реальных измерений на испытываемой РЭА, так как позволяют, в том числе, исключить операции подбора методов калибровки измерительного оборудования, выбора оптимальных компонентов передающих линий и измерительных режимов работы испытываемой РЭА.
Устройства поверки измерителя коэффициента шума в момент подготовки испытаний позволяет натурно смоделировать измерительную схему, оценив удовлетворение всех компонентов условиям измерения в конкретных режимах работы РЭА.
Основным недостатком вышеозначенного изобретения является отсутствие возможности отработки аппаратуры измерения спектральной плотности фазового и амплитудного шума РЭА с заданными параметрами частоты, коэффициента шума, модуляции сигнала.
Данный стенд выбран в качестве прототипа.
Целью изобретения является повышение качества подготовки оборудования и персонала испытательной лаборатории к проведению климатических испытаний на основе моделирования испытаний радиоэлектронной аппаратуры с использованием имитирующего ее стенда, а также проведение исследований, отработки и подготовки испытаний РЭА, находящейся в стадии производства на территориях различных заводов-изготовителей в период отсутствия возможности их реального физического присутствия на площадке проведения испытаний по причине незавершенности изготовления данной РЭА.
3. Раскрытие сущности изобретения
Поставленная цель достигается следующим образом. Стенд имитации радиоэлектронной аппаратуры имеет генератор опорного сигнала, задающий несущую частоту, а также два канала, один из которых подает на измерительную аппаратуру сигнал гетеродина, а второй, при помощи модулятора, работающего на различных режимах, подает амплитудно-манипулированный сигнал непосредственно на измерительный вход.
4. Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Схема Стенда имитации радиоэлектронной аппаратуры. Показаны основные элементы устройства и связи между ними.
5 Осуществление изобретения
Устройство содержит:
- генератор сигнала 1,
- источник шума 2,
- малошумящий усилитель 3,
- аттенюатор 4,
- тройник 5,
- источник шума 6,
- генератор задающих импульсов 7,
- модулятор 8,
- измеритель мощности 9,
- аттенюатор 10,
- фазовращатель 11.
Функциональная схема устройства представлена на фиг. 1.
Генератор сигналов 1 представляет собой устройство, предназначенное для формирования гармонического колебания с заданной частотой. Используется для формирования несущей частоты, соответствующей частоте имитируемой аппаратуры.
Источник шума 2 представляет собой устройство, формирующее сигнал с заданными спектральными характеристиками. Использование источника шума в данной схеме обусловлено необходимостью подведения спектральной плотности собственных шумов генератора сигналов 1 к уровню спектральной плотности задающего генератора имитируемой аппаратуры.
Малошумящий усилитель 3 представляет собой усилитель с уровнем собственных шумов менее 1 дБ. Используется для усиления несущей частоты до требуемого уровня.
Аттенюатор 4 представляет собой устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электромагнитных колебаний. Используется для установки необходимой мощности сигнала на гетеродинном канале.
Тройник 5 представляет собой устройство, имеющее один вход и два выхода. Предназначен для разделения сигнала генератора 1 на два: контрольный и гетеродинный.
Источник шума 6 представляет собой устройство, формирующее сигнал с заданными спектральными характеристиками. Предназначен для внесения дополнительной шумовой составляющей в контрольный канал, соответствующей шуму, вносимому усилителем из состава имитируемой РЭА.
Генератор задающих импульсов 7 представляет импульсный генератор с возможностью программирования импульсных последовательностей для имитации режимов работы имитируемой РЭА.
Модулятор 8 представляет собой устройство, изменяющее параметры несущего сигнала в соответствии с изменениями передаваемого сигнала.
Измеритель мощности 9 представляет собой двухканальный измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала. Используется для контроля мощности контрольного и гетеродинного сигналов.
Аттенюатор 10 представляет собой устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электромагнитных колебаний. Используется для установки необходимой мощности контрольного сигнала.
Фазовращатель 11 представляет собой устройство для изменения фазы электромагнитных колебаний. Используется для получения квадратуры фаз между контрольным и гетеродинным сигналами.
Достижение заявленных технических результатов при реализации стенда имитации испытаний радиоэлектронной аппаратуры обеспечивается нижеперечисленными существенными признаками.
Выход генератора 1 подключен через источник шума 2 ко входу малошумящего усилителя 3, выход которого через тройник 5 подключен параллельно к входу генератора шума 6 и через аттенюатор 4 к первому входу измерителя мощности 9. Выход генератора шума 6 подключен ко входу модулятора 8, управляющий вход которого подключен ко выходу генератора задающих импульсов 7, а выход подключен ко входу фазовращателя 11, выход которого через аттенюатор 10 подключен ко второму входу измерителя мощности 9.
Стенд имитации испытаний радиоэлектронной аппаратуры с заданными параметрами работает следующим образом.
Генератор сигнала 1 формирует сигнал в виде гармонического колебания заданной частоты, который с его выхода поступает на источник шума 2, который вносит дополнительную шумовую составляющую, изменяя спектральную плотность шума несущего сигнала. Сигнал с измененной спектральной плотностью шума поступает в малошумящий усилитель 3, который усиливает его до необходимого уровня. С выхода малошумящего усилителя 3 сигнал поступает на тройник 5, который разделяет входной сигнал на контрольный и гетеродинный. Гетеродинный сигнал поступает на аттенюатор 4, который ослабляет его до необходимого уровня, после чего мощность сигнала контролируется измерителем мощности 9. Контрольный сигнал поступает на вход источника шума 6, который вносит дополнительную шумовую составляющую, изменяя спектральную плотность шума контрольного сигнала. Контрольный сигнал поступает на модулятор 8, который задает амплитудную манипуляцию несущей в соответствии с режимом работы задающего генератора импульсов 7. Амплитудно-манипулированный контрольный сигнал поступает на фазовращатель 11, который сдвигает его фазу относительно фазы гетеродинного сигнала на 90 градусов, после чего аттенюатор 10 ослабляет его до необходимого уровня, после чего мощность сигнала контролируется измерителем мощности 9. Параметры настройки аттенюаторов 4 и 10 характеризуют мощность, необходимую для измерения параметров сигнала.
Настроенный стенд позволяет имитировать работу РЭА с заданными параметрами спектральной плотности опорного и модулированного сигналов для отработки измерительной аппаратуры.
Таким образом, цель изобретения достигнута.
Практическая проверка работоспособности заявленного устройства подтвердила его способность решать поставленную задачу. При реализации стенда в качестве его элементов использованы:
- генератор сигнала 1 - генератор Agilent E8257D,
- источник шума 2 - усилитель СВЧ диапазона,
- малошумящий усилитель 3 - малошумящий усилитель с уровнем собственных шумов менее 3 дБ,
- аттенюатор 4 - ATM PNR 986-30,
- тройник 5 - Agilent 11667 В,
- источник шума 6 - усилитель СВЧ диапазона,
- генератор задающих импульсов 7 - генератор Г5-82,
- модулятор 8 - волноводный модулятор HP 8735А,
- измеритель мощности 9 - Keysight N1914A,
- аттенюатор 10 - ATM PNR 986-30,
- фазовращатель 11 - Spectrum LS-0118-1121.
Стенд имитации испытаний радиоэлектронной аппаратуры позволил выполнить комплекс работ по настройке испытательной аппаратуры и провести тренировочные занятия с планируемым для проведения испытаний персоналом, что позволило сократить время проведения испытаний реального образца РЭА на 15%.