Существующая радиотелеметрическая система канала связи (КС), используемая в Госкорпорации «Росатом», была разработана в 70-90 годах прошлого века.

Для передачи, контролируемой, информации КС работает с использованием в приемопередающей аппаратуре сигналов с кодовой времяимпульсной модуляцией (КВИМ).

Выбор КВИМ был обусловлен наиболее простой технической возможностью и помехозащищенностью канала связи, на тот период развития техники, передовать информацию о работоспособности контролируемого бортового оборудования в требуемом объеме.

В соответствии с требованием обеспечения заданного потенциала радиолинии, при приемлемых массогабаритных характеристиках передающей аппаратуры (РПДУ) и энергетических возможностях первичных источников питания, РПДУ для надежной передачи необходимой информации должно обладать мощностью в сотни ватт.

Кроме того, отсутствие на момент разработки быстродействующих регистрирующих устройств, позволяющих фиксировать и записывать информацию о быстро протекающих процессах, требовалось передавать информацию в реальном масштабе времени с КВИМ без дополнительного кодирования.

Поэтому, ввиду отсутствия мощных СВЧ транзисторов, первые РПДУ для КС предыдущего поколения были полностью реализованы на отечественной элементной базе.

Мощный однокаскадный СВЧ генератор РПДУ был реализован на металлокерамической радиолампе ГИ-48 с параметрической стабилизацией частоты непосредственно на рабочих частотах на основе колебательной системы из термостабильных сплавов.

В формирователе модулирующих импульсов использовались первые отечественные интегральные микросхемы.

В выходных каскадах модулятора и в блоке питания использовались мощные низкочастотные транзисторы в ключевом режиме.

С появлением высокочастотных отечественных биполярных СВЧ транзисторов, разработанных НИИ «Пульсар» г. Москва, в 80 годы в НИИИС были начаты работы и успешно разработаны РПДУ с КВИМ полностью на отечественных электронных компонентах (ЭК).

В блоке формирования сигнала использовалась кварцевая стабилизация частоты и цепочка транзисторных умножителей частоты.

РПДУ с КВИМ до сих пор успешно используются при различных испытаниях в Госкорпорации Росатом.

В настоящее время использование в новых перспективных разработках КС с КВИМ уже не может обеспечить требуемую пропускную способность канала связи, что и потребовало переход на сигналы с фазовой манипуляцией (ФМ), так как появилась необходимость получения всё больших объёмов телеметрической информации.

При разработке КС нового поколения с повышенной пропускной способностью в НИИИСе была проведена разработка РПДУ с ФМ в основном на импортных ЭК.

В связи с известными событиями последнего времени и директивным указанием о переходе на отечественные ЭК в настоящее время в НИИИСе ведется разработка РПДУ с использованием полностью отечественных ЭК, как серийно выпускаемых, так и находящихся на стадии разработки.

Разработанное РПДУ с фазовой манипуляцией на импортных ЭК состоит из следующих основных функциональных узлов:

·       формирователь логической структуры информативного кадра и модулирующего сигнала;

·       модуль интерфейсов;

·       квадратурный модулятор и синтезатор;

·       трехкаскадный СВЧ усилитель мощности;

·       блок питания.

Внешний вид РПДУ приведен на рисунке 1.

Рис.1. Радиопередающее устройство на импортных электронных компонентах

РПДУ с фазовой манипуляцией обладает следующими основными характеристиками:

 

·       передача телеметрической информации со скоростью 0,5 — 1 Мбит/с при двухпозиционной и до 2 Мбит/с при четырехпозиционной  фазовой манипуляции;

 

·       выходная мощность не менее 10 Вт при работе на фиксированных рабочих частот в С диапазоне;

·       потребляемая мощности от первичного источника питания напряжением от 20 до 33 В не более 55 Вт;

·       объем не более 1 дм³;

·       масса не более 1,2 кГ.

Функциональная схема РПДУ приведена на рисунке 2.

 

Рис. 2. Функциональная схема РПДУ с ФМ

В качестве основных ключевых импортных ЭК была использована и используется при производстве РПДУ следующая элементная база:

·       в формирователе логической структуры кадра и модулирующего сигнала программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) фирмы Xilinx, флэш-память объёмом 4 Мбит фирмы Numonyx, полностью совместимая с ПЛИС, и двухканальный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) фирмы Analog Device с разрядностью 12 бит для формирования аналогового модулирующего сигнала;

·       формирования цифровых отсчётов сигнала с ПЛИС на ЦАП малым джиттером и стабильным фронтом осуществляется микросхемой умножителя частоты фирмы ON Semiconductor;

·       в синтезаторе частот применены микросхемы PLLсинтезаторов со встроенным генератором фирмы Analog Device;

·       в квадратурном модуляторе для формирования СВЧ фазоманипулированного сигнала применена микросхема квадратурного модулятора фирмы Analog Device;

·       для обеспечения подстройки частоты опорного генератора применена микросхема цифрового потенциометра фирмы Analog Device;

·       в усилителе мощности УМ, состоящем из трёх усилительных каскадов, использованы транзисторы SBA-5089Z фирмы  Stanford Microdevices, MAAM-009286 фирмы M/A- COM и GaN транзистор NPTB00025 фирмы Nitronex Corporation.

Следует отметить, что единственным и важным отечественным узлом, определяющим стабильность колебаний несущих частот РПДУ, является термокомпенсированный генератор ГК143-ТС [1] производства ОАО «Морион» г. Санкт-Петербург.

ОАО «Морион», благодаря высококвалифицированному персоналу, современному оборудованию, сертифицированной системе качества и технологическому совершенству, является крупным поставщиком кварцевых генераторов во многие известные компании мира, в т.ч. США, Канады, Франции, Германии и других стран [2].

Замена ЭК в блоке формирователя логической структуры кадра и модулирующего сигнала, в модуле интерфейсов на отечественные, разработки АО «НИИЭТ» г. Воронеж и ЗАО «ПКК Миландр»  в настоящее время не вызывает особых трудностей в оптимальном выборе и может привести лишь к незначительному увеличению объема.

Блок питания может быть также реализован на отечественных ЭК и с использованием микросхем разработки НИИИСа.

Реализация СВЧ блоков, формирующих рабочие сигналы с нужными параметрами — синтезатора частоты с фазовой автоматической подстройкой частоты и квадратурного модулятора полностью возможна на отечественных микросхемах.

При разработке синтезатора частоты на фиксированные частоты С диапазона возможны различные варианты построения с использованием микросхем ЗАО «ПКК Миландр» и АО НПЦ «Элвис» г. Зеленоград, ОАО «НПП «Пульсар» и г Москва.

Квадратурный модулятор 1327МА015 функциональный аналог ADL5375 (Analog Devices Inc), разработанный АО «НИИМА «Прогресс», замещает используемую микросхему квадратурного модулятора фирмы Analog Device.

Разработка СВЧ усилителя мощности с высоким КПД для бортового РПДУ до недавнего времени сдерживалась отсутствием отечественных СВЧ мощных GaN транзисторов.

Эти транзисторы, используемые в выходном каскаде усилителя, совместно с блоком питания определяют в основном потребляемую мощность РПДУ.

Разработку GaN транзисторов осуществляет ряд отечественных производителей. Наибольших успехов в этом направлении добилось АО «НИИЭТ» г. Воронеж.

Предприятие по техническим условиям АДКБ.432140.540 выпускает нитрид галлиевые эпитаксиально-планарные полевые n-канальные с затвором Шотки мощные транзисторы в металлокерамических корпусах, предназначенные для работы в усилителях мощности в диапазоне частот до 6 000 МГц.

Основные и некоторые классификационные характеристики GaN транзисторов приведены в таблице 1.

Таблица 1

В настоящее время АО «НИИЭТ» заканчивает  разработку GaN транзисторов с категорией качества ВП.

Эти транзисторы выполнены по современной технологии и заменят импортные комплектующие.

Обеспечивая высокую выходную мощность, стойкость аппаратуры к космической радиации, стабильную работу при температурах от –60 до +125 °С позволит их широкое использование в авиационном, космическом и военном оборудовании,

 Разработчики прогнозируют, что потребность в мощных СВЧ GaN транзисторах только на отечественном рынке составляет более 100 тыс. штук в год [3].

После получения опытных образцов мощных GaN транзисторов ПП9136А, ПП9138Б и ПП9139А в НИИИСе были проведены предварительные исследования макетов усилителей. 

Результаты исследования работы GaN транзисторов в макете усилителя показали полное соответствие заявленных параметров по основным параметрам на частотах в С диапазоне.

Наибольший интерес представляют результаты предварительных исследований работы 25 ваттного транзистора ПП9138Б в выходном каскаде усилителя, определяющим основное потребление от бортового источника питания.

Основные результаты проведенных исследований с 25 ваттным транзистором приведены в таблице 2.

Таблица 2.

а) Зависимость выходной мощности макета усилителя от напряжения стока.

б) Зависимость выходной мощности макета усилителя от мощности на входе.

в) Зависимость Рвых макета усилителя от частоты.

г) Зависимость Кпд макета усилителя от входной мощности.

 В таблице 3 приведены основные ключевые импортные ЭК используемые в выпускаемом РПДУ и отечественные ЭК запланированные к использованию в разрабатываемом корпорацией «Росатом» в НИИИСе РПДУ с фазовой манипуляцией. 

Таблица 3