Радиоэлектронная аппаратура

Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) — это совокупность технических устройств и систем, предназначенных для передачи, приёма, обработки, хранения и отображения информации с использованием электромагнитных колебаний радиочастотного и оптического диапазонов. РЭА является основой современной радиосвязи, радиолокации, радионавигации, телевидения, вычислительной техники, систем автоматики и управления. Классифицируется по назначению, принципу действия, условиям эксплуатации и конструктивному исполнению.

История развития

Ранний период (конец XIX — начало XX века)

Первые образцы РЭА были созданы после открытия Генрихом Герцем электромагнитных волн (1888) и изобретения Александром Поповым и Гульельмо Маркони радиоприёмных устройств (1895—1897). Ранняя аппаратура использовала искровые разрядники для генерации колебаний и когереры для их детектирования. В 1904 году Джон Флеминг изобрёл вакуумный диод, а в 1906 году Ли де Форест — триод, что позволило создавать усилители и генераторы непрерывных колебаний. К 1910-м годам РЭА применялась в военной и морской связи.

Ламповый период (1920—1950-е годы)

С 1920-х годов основой РЭА стали электронные лампы. Были разработаны радиоприёмники супергетеродинного типа (Эдвин Армстронг, 1918), радиовещательные передатчики, первые радиолокационные станции (РЛС). В СССР в 1930-е годы активно развивалась промышленность по производству ламповой аппаратуры: заводы «Светлана» (Ленинград), «Радиолампа» (Москва). В годы Великой Отечественной войны РЭА использовалась для связи, радиолокации и радиопротиводействия. После войны началось массовое производство бытовой радиоаппаратуры (радиоприёмники, телевизоры).

Полупроводниковый период (1950—1970-е годы)

Изобретение транзистора (1947, Джон Бардин, Уолтер Браттейн, Уильям Шокли) привело к миниатюризации РЭА. В 1960-е годы начался выпуск транзисторных радиоприёмников, телевизоров, первых ЭВМ. В СССР в 1961 году была создана первая транзисторная ЭВМ «М-20», а в 1965 году начат серийный выпуск транзисторных телевизоров «Рекорд-64». Полупроводниковые приборы обеспечили снижение энергопотребления, повышение надёжности и уменьшение габаритов аппаратуры.

Интегральный период (1970-е годы — настоящее время)

Создание интегральных микросхем (1958, Джек Килби; 1959, Роберт Нойс) и микропроцессоров (1971, Intel 4004) произвело революцию в РЭА. Появились персональные компьютеры, мобильные телефоны, спутниковые системы связи и навигации. Современная РЭА базируется на сверхбольших интегральных схемах (СБИС), цифровых сигнальных процессорах (DSP), программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). В России ведущими разработчиками РЭА являются предприятия концерна «Росэлектроника» (входит в госкорпорацию «Ростех»), НПО «ЛЭМЗ», АО «Концерн «Созвездие».

Классификация

По функциональному назначению

Приёмно-усилительная аппаратура — радиоприёмники, усилители, тюнеры.
Передающая аппаратура — радиопередатчики, телевизионные передатчики, ретрансляторы.
Приёмо-передающая аппаратура — радиостанции, трансиверы, модемы.
Измерительная аппаратура — осциллографы, спектроанализаторы, генераторы сигналов.
Вычислительная аппаратура — компьютеры, серверы, микроконтроллеры.
Аппаратура автоматики и управления — контроллеры, программируемые логические контроллеры (ПЛК), системы телемеханики.

По условиям эксплуатации

Бытовая РЭА — телевизоры, радиоприёмники, аудиосистемы, персональные компьютеры.
Промышленная РЭА — оборудование для автоматизации производств, системы связи, контрольно-измерительные приборы.
Военная РЭА — радиолокационные станции, системы радиоэлектронной борьбы (РЭБ), средства связи, навигационное оборудование.
Специальная РЭА — аппаратура для космоса, авиации, морского флота, атомной энергетики (повышенные требования к надёжности и стойкости к внешним воздействиям).

По конструктивному исполнению

Моноблочные устройства — всё заключено в одном корпусе (радиоприёмник, телевизор).
Модульные системы — состоят из отдельных блоков (стек-системы, промышленные стойки).
Встраиваемая аппаратура — устанавливается в другие устройства (материнские платы, модули памяти).
Портативная аппаратура — переносные устройства (ноутбуки, смартфоны, рации).

Устройство и основные компоненты

Элементная база

Современная РЭА строится на:

Пассивных компонентах — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы.
Активных компонентах — диоды, транзисторы, тиристоры, операционные усилители.
Интегральных микросхемах — аналоговые, цифровые, смешанные (аналого-цифровые).
Микропроцессорах и микроконтроллерах — центральные процессоры, DSP, ПЛИС.
Устройствах отображения и ввода — дисплеи (LCD, OLED, LED), сенсорные панели, клавиатуры.
Источниках питания — блоки питания, аккумуляторы, преобразователи напряжения.

Печатные платы

Основой монтажа РЭА служат печатные платы (PCB) — изоляционные основания с нанесёнными проводящими дорожками. В России применяются стандарты ГОСТ Р 53386-2009 и ГОСТ Р 53429-2009. Платы могут быть однослойными, двухслойными и многослойными (до 30 и более слоёв). Для военной и космической аппаратуры используются платы на керамической основе (толстоплёночная технология).

Корпуса и охлаждение

Корпуса РЭА изготавливаются из металла (алюминий, сталь) или пластика. Для отвода тепла применяются радиаторы, вентиляторы (активное охлаждение), тепловые трубки, жидкостное охлаждение (в мощных серверах и станциях РЛС). В военной аппаратуре используются герметичные корпуса с защитой от пыли и влаги (степень IP65 и выше).

Применение

Связь и телекоммуникации

РЭА составляет основу всех видов связи: проводной (телефония, интернет), радиосвязи (УКВ, КВ, СВЧ), спутниковой связи (системы «Гонец», «Глобалстар», «Иридиум»), сотовой связи (стандарты GSM, LTE, 5G). В России крупнейшие операторы связи (ПАО «Ростелеком», ПАО «МТС», ПАО «Мегафон», ПАО «Вымпелком») используют оборудование как отечественного, так и зарубежного производства.

Радиолокация и радионавигация

РЭА применяется в РЛС для обнаружения и сопровождения целей (воздушных, морских, наземных). В России разработаны системы ПВО С-400 «Триумф», С-500 «Прометей», радиолокационные станции «Небо-М», «Гамма-С1». В радионавигации используются системы ГЛОНАСС (российская спутниковая система), GPS, Galileo, а также наземные радиомаяки (VOR, DME).

Авиация и космос

Бортовая РЭА самолётов и вертолётов включает системы связи, навигации, управления полётом, предупреждения столкновений (TCAS), метеорадары. Космическая РЭА (спутники, орбитальные станции) работает в условиях вакуума, радиации и перепадов температур. Российская космическая программа использует аппаратуру производства АО «Российские космические системы», АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва.

Оборона и безопасность

Военная РЭА включает средства связи (радиостанции Р-168 «Акведук»), системы РЭБ (комплексы «Красуха», «Москва-1», «Дивноморье»), радиолокационные станции, системы управления войсками (АСУ «Андромеда-Д»). В России действует программа импортозамещения в оборонной электронике, направленная на замену зарубежных компонентов отечественными.

Медицина

В медицинской РЭА используются аппараты УЗИ, МРТ, рентгеновские установки, электрокардиографы, дефибрилляторы, системы мониторинга пациентов. Российские производители: ЗАО «Медицинские технологии», ООО «НПФ «Биосвязь».

Промышленность и энергетика

РЭА применяется в системах автоматизации технологических процессов (SCADA), контроллерах ПЛК, частотных преобразователях, устройствах релейной защиты и автоматики (РЗА). В энергетике — в системах учёта электроэнергии, диспетчерского управления, защиты линий электропередачи.

Надёжность и испытания

Показатели надёжности

Надёжность РЭА характеризуется:

Наработка на отказ — среднее время работы между отказами (для бытовой аппаратуры — 10 000–50 000 часов, для военной — 100 000 часов и более).
Срок службы — до 10–15 лет для бытовой, до 25–30 лет для промышленной и военной.
Коэффициент готовности — отношение времени работоспособности к общему времени.

Виды испытаний

РЭА проходит:

Климатические испытания — воздействие температуры (от –60 до +85 °C), влажности, соляного тумана.
Механические испытания — вибрация, удары, линейные ускорения.
Электромагнитная совместимость (ЭМС) — проверка устойчивости к помехам и уровня собственных излучений.
Радиационные испытания — для космической и военной аппаратуры.

В России испытания проводятся по ГОСТ РВ 20.57.306-98 (военная приёмка) и ГОСТ Р 51318 (ЭМС).

Развитие и перспективы

Миниатюризация

Переход к наноэлектронике (техпроцессы 5–7 нм), использование 3D-монтажа и систем-на-кристалле (SoC) позволяет уменьшать габариты РЭА при росте производительности.

Интеллектуализация

Внедрение искусственного интеллекта (нейросетей) в РЭА для обработки сигналов, распознавания образов, автономного управления (беспилотники, роботы).

Энергоэффективность

Разработка низковольтных схем (0,5–1,2 В), использование энергосберегающих режимов, возобновляемых источников питания (солнечные батареи для удалённых станций).

Импортозамещение в России

С 2014 года в РФ реализуются программы по замещению зарубежной элементной базы (микросхемы, процессоры, ПЛИС) отечественными аналогами. Созданы процессоры «Эльбрус» (АО «МЦСТ»), «Байкал» (АО «Байкал Электроникс»), микроконтроллеры «К1947ВК014» (АО «ПКК Миландр»). Доля отечественной РЭА в оборонном секторе превышает 90%, в гражданском — около 30% (данные на 2023 год).

Источники

ГОСТ 26632-85. Аппаратура радиоэлектронная. Термины и определения.
ГОСТ РВ 20.57.306-98. Аппаратура радиоэлектронная, квантовая электронная и электротехническая. Методы испытаний.
«Радиоэлектронная аппаратура: конструкция и технология» / под ред. В. И. Борисова. — М.: Радио и связь, 2005.
«История развития радиоэлектроники в России» / А. В. Кобзев. — М.: Наука, 2010.
Материалы концерна «Росэлектроника» (официальный сайт, 2023–2024).
«Современная радиоэлектронная аппаратура: учебное пособие» / А. Н. Игнатов. — СПб.: Лань, 2019.
Федеральный закон «О техническом регулировании» № 184-ФЗ (в части требований к РЭА).
Отчёт Минпромторга РФ «О состоянии и перспективах развития радиоэлектронной промышленности» (2023).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →