GMI è parte di INSAT: un innovativo dispositivo di test per apparati avionici, conforme ai canoni dell’industria 4.0
Nell’ambito del progetto INSAT (Commissione Europea – Programma Clean Sky), DUNE sta sviluppando un innovativo apparato di testing automatico che semplifica tutte quelle operazioni ripetitive e soggette ad errori umani. Il sistema INSAT è facilmente riconfigurabile, produce la reportistica in modo automatico ed implementa una funzione di troubleshooting avanzato.
La possibilità offerta dalle moderne tecnologie di concentrare una serie di funzioni RF all’interno di una piccola scheda rappresenta una interessante opportunità per economizzare spazio e costi nell’attività di verifica dei sistemi avionici radio. La scheda RF sviluppata da Dune soddisfa i requisiti derivanti dalla verifica dei cavi e della misura di potenza emessa dagli apparati di bordo.
Requisiti di misura
La scheda in questione è in grado di generare un segnale RF all’interno della banda avionica e di misurare la potenza del segnale, indipendentemente dal fatto che questo sia emesso localmente oppure esternamente. Questa scheda è anche in grado di calcolare il rapporto delle onde stazionarie (VSWR) fra il punto di misura ed il carico, dove normalmente per carico si intende il cavo RF ed il carico effettivo, spesso costituito da un’antenna posta sulla superficie esterna del velivolo. La scheda fa parte dell’architettura GMI (General Modular Interface) prendendo da questa tutte le caratteristiche per cui è stata sviluppata. In pratica, questa scheda (dimensioni di 156 x 50 mm) sostituisce un generatore di segnali, un wattmetro RF ed un network analyser, tutti strumenti alquanto costosi ed ingombranti.
La scheda RF
La funzione più complessa è costituita dalla sezione di generazione del segnale RF realizzata tramite un PLL (Phase-Locked Loop) ed un VCO (Voltage Control Oscillator). Il VCO produce un segnale proporzionale alla tensione di controllo che si invia al suo ingresso. Il PLL riceve al suo ingresso il segnale RF prodotto dal VCO. Questo viene moltiplicato e diviso per fattori precisi e programmabili, che hanno la caratteristica di raggiungere precisioni dell’ordine della frazione di Hz; in pratica, viene scalato fino a raggiungere la stessa frequenza di un riferimento interno alla scheda (modulo a quarzo di buona precisione e stabilità). Il segnale di errore derivante dalla componente di bassa frequenza del prodotto fra il segnale del VCO scalato ed il segnale del riferimento frequenziale è quello che controlla il VCO in modo che, fissando i fattori di prescaler, è possibile far operare il VCO alla frequenza voluta. Poiché non è possibile utilizzare un VCO con una banda così ampia come quella di interesse, si utilizzano due PLL e due VCO e la selezione fra le uscite dei due oscillatori è realizzata con un semplice selettore RF; l’uscita del selettore viene quindi utilizzata come frequenza di misura in alternativa ad una frequenza generata esternamente alla scheda. Il nucleo centrale della scheda è costituito da un accoppiatore bidirezionale a quattro porte (due dirette: ingresso ed uscita e due porte accoppiate rispettivamente all’ingresso e all’uscita).
Ora, in condizioni ideali, il segnale RF fluisce dalla porta di ingresso a quella di uscita senza nessun ritorno dal carico di energia entrante sulla porta di uscita. In questo caso con la porta accoppiata sull’ingresso si riceve una quota parte dell’energia di ingresso che può facilmente essere misurata. Infatti, se si invia il segnale prelevato dalla porta accoppiata ad un detector e quindi ad un convertitore analogico digitale, l’energia del segnale viene misurata numericamente. In queste condizioni ideali, l’energia raccolta dalla porta accoppiata alla porta di uscita è nulla. In condizioni reali, il carico non sarà mai perfettamente adattato, generando riflessioni dal carico verso il generatore, quindi energia che rientra nell’accoppiatore bidirezionale dal lato della porta di uscita. Questa energia può essere prelevata e misurata così da poter valutare numericamente il fattore VSWR. L’entità dell’energia riflessa, che a tutti gli effetti viene perduta, è tanto più importante quanto più il carico sia disadattato o (peggio) quando siano presenti guasti sui cavi o sulle connessioni. La misura di VSWR è fondamentale, in quanto consente di verificare la quantità di potenza elettrica emessa dalla radio che raggiunge l’antenna e che viene irradiata, oppure quanta energia emessa da un radiofaro raggiunge gli strumenti di radionavigazione. Si tratta, come si può facilmente intuire, di funzionalità vitali per l’operatività dell’aeromobile. Da qui l’importanza di poter eseguire queste misure in modo speditivo ed affidabile. Tutte le funzioni logiche della scheda RF, quali l’invio dei comandi di programmazione dei PLL, l’operatività dei convertitori ed il funzionamento degli switch è affidata ad una CPLD (Complex Programmable Logic Device) e ad un processore di piccola potenza computazionale. A questo componente è affidato anche il compito di trasmettere le misure ai componenti programmabili dell’architettura GMI.
Il progetto INSAT è finanziato dal Clean Sky 2 Joint Undertaking (JU) con il Grant Agreement N° 886513. Il JU è supportato dal programma di ricerca ed innovazione H2020 della Unione Europea e dai membri del JU Clean Sky diversi dall’Unione.
