Модернизация отдельных блоков

радиоприемного устройства Р-399А.

РПУ Р-399А

Выпуск радиоприемника «Катран» начался в 1975 году, а Р-399А в 1979 году (в дальнейшем РПУ). Сегодня, срок службы этих аппаратов находящихся в эксплуатации может составлять, в зависимости от года выпуска от 20 до 30 лет. Для радиоаппаратуры это очень большой срок эксплуатации. За это время исчерпан эксплуатационный ресурс практически для всех составляющих радиоэлементов приемника. Элементная база, примененная в Катране и Р-399А, в настоящее время не выпускается, что создает трудности с проведением ремонта приемников.

Основным достоинством Катранов, как обычно называют и Р-399А и «Катран», является надежность механической конструкции приемника и его высокая ремонтопригодность.

Такая особенность конструкции приемника позволяет, путем разработки новых печатных плат, на современной элементной базе, проводить его модернизацию до самого современного уровня.

Статистический анализ неисправностей Катранов позволил определить блоки и платы наиболее подверженные отказам.

Основные типичные неисправности РПУ:

1. Блок КБ11А. Отказы: реле РЭВ18А, расстройка фильтров, выгорание элементов защиты и УВЧ.
2. Блок КБ12А. Отказы: транзисторы, микросхемы, электролитические конденсаторы. Как правило, ремонт этого блока не вызывает трудностей.
3. Блок КБ13А. Отказы: реле РЭВ-18А, микросхемы (в основном 100 серия), производственные и внесенные в процессе предшествующих ремонтов дефекты (не качественные пайки, неправильная регулировка плат).
4. Блок КБ14А. Отказы: микросхемы 133 и 136 серии, микросхем памяти.
5. КБ15А. Отказы индикаторной панели, как микросхем, так и индикаторов ИН17.
6. Блок питания КБ2А. Отказы: электролитические фильтрующие конденсаторы вследствие их старения и высыхания с потерей емкости в панелях К207.

С учетом основных неисправностей приемника разработан комплект новых печатных плат предназначенных для модернизации, продления эксплуатационного ресурса и восстановления работоспособности не подлежащих ремонту РПУ. При установке новых плат взаимозаменяемость блоков не нарушается. Так, в модернизированных блоках полностью сохраняются входные и выходные электрические параметры.

Разработанные платы выполнены по современной технологии с применением защитной маски и лакирования. При разработке плат применена современная высококачественная элементная база. Эксплуатационный ресурс плат составляет более 10 000 часов в интервале температур от - 10 до + 50 градусов.

Что дает модернизация?

Увеличение эксплуатационного ресурса:
Платы выполнены по современной технологии с применением защитной маски и лакирования. Применена современная высококачественная элементная база. Эксплуатационный ресурс плат составляет более 10 000 часов в интервале температур от - 10 до + 50 градусов.

Улучшение технических характеристик:
Динамический диапазон приемника увеличивается с 70 дБ до 80 дБ, за счет использования в качестве 1-го гетеродина синтезатора частоты прямого синтеза - плата 13М. Плата имеет уровень фазовых шумов 120 dBc/Hz. При перестройке полностью отсутствуют переходные процессы. Скорость перестройки частоты платы 13М составляет 300 мкс.
Значительно улучшается информативность табло индикации РПУ - плата 15М. Увеличиваются углы и дальность обзора за счет применения светодиодных матриц повышенной яркости.

Возможность работы с ПЭВМ:
Плата 14М имеет порт связи с внешней ПЭВМ RS-232. При доработке по 1 варианту РПУ комплектуется бесплатным ПО для внешнего управления частотой настройки. ПО имеет возможность работы в программном и панорамном режиме. Имеется возможность создания банков данных частот настройки, для программного и панорамного режима. Минимальная скорость перестройки с частоты на частоту по каналу RS-232 составляет 100 мс.

1. Модернизация блоков КБ11А

Для модернизации блока разработана плата 11М. Плата предназначена для замены штатного дешифратора диапазонов, выполненного на логических микросхемах 136 серии. Плата 11М выполнена на базе CPLD ПЛИС фирмы Альтера, по сравнению с "родной"платой имеет в 2 раза меньший размер и полностью совместима с ней по установочным и присоединительным размерам

2. Модернизация блока КБ2А.

В результате длительных сроков эксплуатации электролитические конденсаторы, установленные на панелях К207 теряют свою емкость, что приводит к появлению пульсаций в цепях питающих напряжений. При проведении модернизации три панели фильтров питания К207 заменяются на плату 2М.

Блок КБ2А

Плата 2М

3. Модернизация блока КБ15А.

В блоке КБ15 модернизируется плата индикации 1504А, выполненная на индикаторах типа ИН17. При проведении модернизации плата 1504А заменяется на плату 15М, в которой, в качестве элементов индикации применены светодиодные индикаторы. По сравнению со старой панелью индикации, в новой плате в несколько раз увеличивается яркость индикации частоты настройки приемника, увеличиваются углы обзора во всех плоскостях.

Плата 15М установленная в блоке КБ15

Р-399А с платой 15М

4. Модернизация блока КБ12А.

Блок КБ12А /представляет собой блок основной селекции приемника. Блок состоит из 15 плат, выполненных на дискретных элементах. При проведении модернизации В блоке полностью демонтируется приемный тракт после 1-й ПЧ и устанавливается плата цифровой обработки сигнала 12М2 и плата усилителя 12М1. Доработанный блок КБ12А представляет собой супергетеродин с "нулевым" значением второй промежуточной частоты (ПЧ2) и с последующей цифровой обработкой. Сигнал первой промежуточной частоты (ПЧ1) F = 34,785 МГц фильтруется кварцевым фильтром с полосой пропускания 40 кГц. После усиления в тракте ПЧ1, сигнал преобразуется к "нулевой" ПЧ2 с разложением на квадратурные составляющие I и Q (квадратурные составляющие входного сигнала транслируются через порт USB на внешнюю ЭВМ). Далее сигнал подвергается цифровой фильтрации, обработке на встроенном сигнальном процессоре и после ЦАП преобразования выводится на выход НЧ.

При модернизации по 2 варианту РПУ комплектуется ПО для работы с внешней ПЭВМ. ПО выполняет следующие функции:

- Широкополосный анализ спектра 1-31,9 МГц;
- Узкополосный анализ спектра в реальном времени с полосой до 10 кГц;
- Векторный анализ спектра;
- Архивация результатов наблюдения;
- Управление режимами работы РПУ;

Плата 12М2

4. Модернизация блока КБ14А.

Блок КБ14А служит для управления частотой настройки РПУ, обеспечения режимов автоматической перестройки частоты, работы РПУ в режиме ДУ, а так же для хранения в энергозависимой памяти до 100 режимов настройки РПУ.

Блок КБ14А состоит из 4 печатных плат, на которых расположены 147 микросхем и дискретные элементы. Ремонт блока затруднен в связи с отсутствием элементной базы. При проведении модернизации все установленные в блоке платы демонтируются, а в блок устанавливается плата 14М, выполненная на основе микропроцессора серии AVR фирмы Атмел.

Плата 14М

5. Модернизация блока КБ13А.

Блок КБ13А является перестраиваемым гетеродином РПУ.

Блок КБ13А состоит из 13 печатных плат, на которых расположены: 136 микросхем, 62 транзистора, катушки, конденсаторы, резисторы и прочие элементы. Ремонт блока затруднен в связи со сложной конструкцией и отсутствием элементной базы. При проведении модернизации все установленные в блоке платы демонтируются, а в блок устанавливается плата 13М. выполненная на основе цифрового синтезатора AD9951 фирмы Analog Devices.

Динамический диапазон приемника увеличивается с 70 дБ до 80 дБ, за счет использования в качестве 1 – го гетеродина синтезатора частоты прямого синтеза - плата 13М. Плата имеет уровень фазовых шумов 120 dBc/Hz. При перестройке частоты полностью отсутствуют переходные процессы. Скорость перестройки с частоты на частоту платы 13М составляет 300 мкс, при внешнем управлении.

Плата 13М

Программное обеспечение .

Внешний вид графической оболочки

Модернизированный блок КБ14А оснащен портом RS-232 для связи с внешней ПЭВМ.

ПО из комплекта поставки обеспечивает следующие функции:
- Управление частотой настройки РПУ в ручном режиме;
- Управление частотой настройки РПУ в программном режиме. Доступно 10 банков частот, по 100 произвольно задаваемых значений частот, в каждом банке;
- Управление частотой настройки в панорамном режиме. Доступно 10 банков произвольно задаваемых полос обзора.
Управление и режимы работы программы:
- В программном режиме обеспечивается последовательное сканирование частот в любом из 10 банков. Запись частот в банки осуществляет оператор. Скорость перестройки может быть установлена от 100 мс до 10 секунд.
- В панорамном режиме обеспечивается сканирование приемника в заданных полосах обзора. Оператором устанавливается значение начала и конца полосы обзора, а также шаг обзора. Доступно для установки 10 независимых полос обзора в пределах диапазона приемника.
- В ручном режиме заложена возможность установки шага и скорости перестройки. Допускается возможность непосредственного набора частоты на виртуальном табло приемника. Допускается возможность оперативной перестройки путем перемещения указателя шкалы настройки.

Программное обеспечение при модернизации блока КБ12А.

В комплекте поставки при проведении модернизации по варианту 2 предлагается программное обеспечение для внешней ЭВМ, реализующее следующие функции:
- Анализ спектра в полосе принимаемой ПЧ, векторный анализ;
- Анализ спектра в широкой полосе - режим панорамной перестройки;
- Управление режимами работы и частотой перестройки приемника - внешнее управление;
- Архивация результатов работы (сохранение: спектров, образцов сигналов, текстовых отчетов, встроенная функция магнитофона ПЧ);
- Демодуляцию цифровых видов передач (функция в разработке).
РПУ имеет следующие порты обмена с ПЭВМ:
Порт RS-232. Порт предназначен для управления частотой настройки РПУ. Максимальная скорость передачи команды перестройки частоты - 17 мс.
Порт USB 1.0. Порт предназначен для передачи команд управления приемным трактом РПУ и трансляции в ПЭВМ цифрового потока I/Q в полосе частот до 10 кГц, с разрешающей способностью 1024 отсчета. В режиме программной перестройки (контроль каналов), данные передаются в виде готовых отсчетов БПФ с разрешающей способностью не более 64 - х отсчетов на каждый канал.

Режимы работы ПО:

Окно векторного
анализа

ПО для внешней ПЭВМ разработано с поддержкой оконного режима работы:
- Окно мощностного и фазового спектра;
- Окно панорамного обзора;
- Окно программного режима;
- Окно векторного анализа;
- Окно измерения параметров ИРИ.
Для каждого окна имеется возможность установки произвольного размера и цветовой палитры отображения.

Ручной режим работы.

В ручном режиме работы поддерживаются следующие функции:
- Ручное управление частотой настройки РПУ, с помощью курсора или наборного поля;
- Анализ спектра с разрешающей способностью 1024 отсчета в каждой из стандартных полос ПЧ РПУ;
- Векторный анализ спектра;
- Фазовый анализ спектра;
- Измерение параметров ИРИ;
- Запись и воспроизведение принимаемых сигналов в виде прямой записи квадратур I/Q в виде файла на жесткий диск ПЭВМ.
В ручном режиме работы параллельно с основным окном могут вызываться окна векторного анализа и измерителя параметров ИРИ. Кроме этого имеется возможность вызова функции записи и воспроизведения принимаемого сигнала.

Окно мощностного и фазового анализа спектра

Панорамный режим.
Панорамный режим работы обеспечивает последовательно - параллельный обзор в заданной полосе частот. В меню режима задаются следующие параметры:
- Номер полосы обзора;
- Имя файла с сохраненными или заданными параметрами панорамного режима;
- Полоса ПЧ, в которой производится последовательное сканирование;
- Количество кадров, в течение которых будет отображаться каждая полоса обзора;
- Начальная и конечная частота обзора.
В панорамном режиме происходит последовательная перестройка РПУ с дискретностью перестройки, равной установленной полосе ПЧ. Скорость перестройки с частоты на частоту не более 10 мс. Максимальная скорость обзора в случае установки полосы ПЧ 100 кГц составляет 4 МГц/с.
Для обнаружения низкоскоростных видов ИРИ количество кадров обзора в каждой полосе частот может быть установлено, больше чем 1. Если установленное количество кадров больше единицы имеется возможность использования режима накопления. При использовании режима накопления происходит усреднение полученных кадров, что позволяет получать устойчивую картину для ИРИ, имеющих малую длительность или большое затухание. Имеется возможность сохранения окна панорамного режима в виде файла формата BMP

Окно панорамного режима работы.

Программный режим.

Программный режим работы предназначен для последовательного обзора установленных на наблюдение каналов приема.
В программном режиме имеются следующие возможности:
- Установка на наблюдение до 100 каналов;
- Возможность установки времени наблюдения каждого канала;
- Возможность установки количества каналов в окне от 20 до 100;
- Отображение временной панорамы наблюдения каналов;
- Измерение уровня ИРИ в каждом канале;
- Использование курсора для выбора канала и индикации его частоты, номера и уровня;
- Возможность сохранения результатов наблюдения в виде файла формата ВМР;
- Возможность сохранения в файл задания на наблюдение в виде файла profile;
- Возможность задания полосы ПЧ для каждого канала;
- Возможность задания 4 - х уровней приоритета наблюдаемых каналов;
- Возможность установки обзора каналов по выбранным приоритетам.
В процессе обзора поставленных на наблюдение каналов происходит последовательная перестройка РПУ по частоте в соответствие с установленными значениями:
- Частоты канала;
- Полосы ПЧ;
- Времени наблюдения.
Диаграмма каждого канала формируется из уменьшенного количества отсчетов БПФ. Максимальное количество отображаемых отсчетов в каждом канале - 32. Разрешающая способность в зависимости от установленной полосы ПЧ составляет:
0,3 кГц - 0,009 кГц
1,0 кГц - 0,03 кГц
3,0 кГц - 0,09 кГц
4,0 кГц - 0,125 кГц
6,0 кГц - 0,18 кГц
10,0 кГц - 0,312 кГц

Окно программного режима работы.

Измерение параметров ИРИ
ПО позволяет автоматически измерять следующие параметры ИРИ:
- Измерение частоты в ручном и автоматическом режиме;
- Измерение амплитуды в ручном и автоматическом режиме;
- Измерение ширины спектра;
- Измерение разноса частот;
- Измерение скорости манипуляции;
- Измерение индекса АМ;
- Измерение индекса ЧМ;
- Измерение девиации частоты.

Измерение параметров в ручном режиме производится с использованием маркеров, управляемых курсором. Измерение параметров в автоматическом режиме производится в окне анализатора спектра с индикацией параметров, относительно констант устанавливаемых оператором при настройке ПО.
Архивация результатов работы.

Окно измерения параметров ИРИ.

В ручном и панорамном режиме работы имеется возможность записи наблюдаемого ИРИ или полосы частот с помощью меню - "Магнитофон". Запись принимаемого сигнала производится в файл с произвольным именем. Длительность записи устанавливается оператором. Имеется возможность просмотра записанных файлов в окне анализа спектра. Меню "Магнитофон" имеет стандартные органы управления: пуск, стоп, пауза, повтор, регулятор скорости, файловое меню.