Радиолокационный приемник сантиметрового диапазона

сигнал отражается от разрядника к плечу 2 циркулятора Ц2 и поглощается в

согласованной нагрузке R. Зажигание разрядника Р спустя некоторое время (

с) после изменения зондирующего импульса. Выделяемая за это время энергия

может вывести из строя последующие каскады приемника. Для предотвращения

этого в схеме АП предусматривается СВЧ ограничитель, подключенный к

основной линии в т.А через отрезок линии l = l/2. Ограничитель состоит из

последовательносоединенных диода Д и короткозамкнутого шлейфа длинной l2

с индуктивным реактивным сопротивлением, параллельно которым подключен

разомкнутый емкостной шлейф длиной l1. При сигнале высокого уровня диод Д

эквивалентен цепи из последовательносоединенных сопротивления и

индуктивности.при этом между т.В и подложкой образуется параллельный

резонансный контур,сопротивление которого при резонансе велико. Значит,

четвертьволновый отрезок линии длинной l при высоком уровне сигнала

работает практически в режиме холостого хода; входное сопротивление линии

равно 0. Значит, сигнал просачивающийся в ограничитель отражается обратно в

циркулятор Ц2. Полезный сигнал, отраженный от цели, поступает от антенны на

плече 2 циркулятора Ц1, практически без ослаблений передается на плече 3

циркулятора Ц1 и далее через плечи 1 и 2 циркулятора Ц2 на разрядник Р.

Мощность отраженного сигнала недостаточна для зажигания разрядника,

вследствие чего принятый антенной сигнал передается по основной линии в

последующие каскады приемника. Для сигнала малого уровня отрезок линии

длинной l работает практически в режиме К.З.; входное сопративление этой

линии равно бесконечности и энергия принятого сигнала проходит в

последующие каскады РЛП практически без ослабления.

5.2. Разрядники защиты приемника

Защиту триодов входного каскада РЛП отперегрузки и повреждения СВЧ

сигналами (от собственного передатчика РЛС или от внешних источников помех)

в полосе рабочих частот, как уже указывалось, обычно осуществляют

разрядником защиты приемника (РЗП) и ограничителем СВЧ-мощности на

полупроводниковых диодах.

РЗП описываются двумя группами параметров: параметрами низкого

уровня мощности, характеризующими свойства РЗП в режиме приема слабых

сигналов (СВЧ разряда нет), и параметрами высокого уровня мощности

характеризующими его защитные свойства при воздействии на него мощных

импульсов СВЧ (происходит СВЧ разряд).

К параметрам низкого уровня мощности относятся:

. полоса рабочих частот Праб= fmax - fmin, выраженная в процентах по

отношению к средней частоте рабочего диапазона Праб, % ;

. потери в режиме приема Lпр, дБ;

. коэффициент стоячей волны КСВ.

Основными параметрами высокого уровня мощности являются:

. максимально допустимая импульсная мощность Pи(кВт)на входе РЗП;

. мощность зажигания Pзаж (мВт) - максимальная импульсная мощность, на

выход ЗП;

. энергия пика Wп (Дж) и мощность плоской части Pпл (мВт) СВЧ импульса,

просачивающаяся через РЗП во время его горения;

. время восстановления РЗП tв (мкс),

. характеристика времени tG после окончания вх.импульса СВЧ, в течение

которого потери снизятся до условной величины Lпр + G (дБ).

Диодный ограничитель, в отличае от РЗП, не требует никаких питающих

напряжений и поэтому обеспечивает защиту как при включенной, так и при

выключенной аппаратуре. Он характеризуется двумя состояниями: состоянием

пропускания при малой мощности сигнала, т.е. на низком уровне мощности

(потери пропускания Lпр малы), и при состоянием запирания при большой

мощности сигнала, т.е. на высоком уровне мощности (потери запирания Lзап

велики).

5.3. Входная цепь

В используемом диапазоне частот в силу особенностей несимметричных

полосковых волноводов [9] наиболее перспективно использование согласующих

цепей на микрополосковых линиях. Основными характеристиками микрополосковой

линии, сечение которой показано на ( рис.5.1.1, б) являются: волновое

сопротивление и эффективная диэлектрическая проницаемость, которые зависят

от толщины подложки Н, ширины микрополосковой линии Е, толщины

металлизированного слоя t и относительной диэлектрической проницаемости e.

Из соображений технологичности широкое применение в качестве полосовых

фильтров (ПФ) находит связанная система из резонансных полуволновых

разомкнутых резонаторов [3]:

рис.5.1.1

Такой ПФ (рис.5.1.1,а) образован рядом одинаковых параллельно связанных

линий (длина участка связи равна L0/4), и является наиболее употребительным

из-за отсутствия особо критичных размеров.

Основными исходными данными для проектирования такого полосового фильтра

являются:

частота сигнала, полоса пропускания приёмника, затухание в полосе

пропускания Lп, обычно принимаемое за 3 дБ, полоса заграждения Пз,

определемая в нашем случае как Пз=4fпч=120 МГц, затухание на границах

полосы заграждения Lз=26 дБ, волновые сопротивления подводящих линий

W0=75 Ом.

При использовании для аппроксимации частотной характеристики фильтра

максимально плоских функций Баттерворта можем посчитать число элементов n

по формуле:

n=lg (Lз-1)/(Lп-1) / lg(Пз/Ппр)

n=lg (20-1) / (1,4-1) / lg(120/1,03) = 0,81

Округляем в большую сторону и получаем, что проектируемый ПФ должен

состоять из (n+1)=2 элементов.

Электрическая длинна li отрезков связанных линий всех звеньев фильтра

одинакова: li =L0/4,

где L0- длина волны в линии на частоте fс: L0=f0/2e,

e - эффективная диэлектрическая проницаемость среды в линии, равная

для симметричной полосковой линии относительной диэлектрической

проницаемости диэлектрика линии.

Для найденного значения n и заданного Lп=1,4 и Пп/f0=0,2 определяем (n+1)

коэффициент qi (табл. 3.4) [9], которые представляют собой перепады

характеристических сопротивлений ступенчатого перехода:

q1=q3=833,56 q2=374123

Затем определяем величину переходных затуханий связанных звеньев (дБ):

Сi=10lg(qi+1)

q1=q3=833,56 q2=374123

C1=C3=29,2 дБ C2=55,7 дБ

Теперь по таблице 3.5 [ 9 ] определяем для каждого звена bi/d и

Si/d

b1/d=b3/d=0,993

S1/d=S3/d=3,08

5.4. Преобразователь частоты (смеситель)

Схема преобразователя частоты на полевом транзисторе

с внешним гетеродином ([4]):

[pic]

В преобразователе частоты на двухзатворном ПТШ АП 328-2 напряжения

сигнала и гетеродина подаются на разные затворы, что позволяет добиться

лучшей развязки между сигнальной и гетеродинной цепью по сравнению со

смесителем на однозатворном ПТ ([3]). Преобразование частоты обеспечивается

за счет изменения крутизны сток - затворной характеристики по сигнальному

затвору под воздействием переменного напряжения на гетеродинном затворе.

[pic]Рис.3

Основные параметры транзистора берём из справочника [ 5 ] .

Uси=2 В .

Rи=200 Ом .

Iс о=5 мА .

Uзи о=0,5 В .

Sнач=6 мА/В

Пользуясь характеристиками ПТ (рис.3), выбираем напряжение смещения:

Eсм=UЗИотс/2=0,5/2=0,25 В

Сумма амплитуд сигнала и гетеродина не должна превышать Eсм.

Полагаем,что для ПТ крутизна при UЗИ=0: Sнач=6 мА/В,

при UЗИ=UЗИотс/2: Sнач/2=1,5 мА/В

Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток UЗИ имеет вид:

IС=0,5(Sнач((1+ UЗИ / UЗИотс)2

При подаче на вход смесителя напряжений сигнала uc=Uсcoswct и гетеродина

uг=Uгcoswгt получаем амплитуду тока частоты wп=wг-wс:

Iп=0,5(Sнач(Uс(Ur/ UЗИотс

Крутизна преобразования:

Sпр=1/2(Sм1=1/2(( Sмакс - Sмин)/2=(6-1,5)/4=1,12 мА/В

Зададимся L1 = L2 = 1 мкГн;

С3 =С4=1/((2(f0)2(L)=1/((2(3,14(3(107)2(10-6)=

=28(10-12=28 пФ

Характеристическое сопротивление контуров:

rк= ЦLк/Ск = Ц10-6/28(10-12=1,9(102

По таблице 6.1 [3] находим отношение полосы пропускания двухконтурного

резонансного каскада к полосе приёмника:

Y(n)=1,56

Полоса пропускания одного каскада УПЧ по уровню -3 дБ:

Пiупч=ПЧY(n)=6Ч1,56=9,3 МГц

Эквивалентное затухание контуров:

dэ= Пiупч/Ц2Чf0 =9,3/Ц2Ч1,3Ч109=0,05

Полагаем коэффициент включения транзистора в

резонансный контур m1=1;

dэ/rк = d0 + m12Ч gвых.ПТ + m22Ч gвх.УПЧ

Исходя из условий [3] зададимся собственными затуханиями:

d0 @0,006..0,01. Принимаем: d0 = 0,006; gвыхПТ @ 0.

Коэффициент подключения m2 :

[pic]

Коэффициенты передачи смесителя:

по напряжению:

Кu= m1(m2(Sпр( rк /2(dэ =1(0,8(1,12(10-3(1,9(102/2(0,05=1,7

по мощности:

Кр= Кu2(Rа/ RвхУПЧ=1,7(75/1(102 = 2,2

Для расчета коэффициента шума смесителя на ПТШ необходимы матрицы S-

параметров транзистора АП328А2, которые, как правило, определяются

экспериментально (в справочной литературе не обнаружены). Поэтому оценим

коэффициент шума транзистора в режиме преобразования частоты :

ШПЧ=(2..3)ЧШтр=(2..3)Ч1,5 @ 3 дБ

Расчёт смесителя по постоянному току :

Напряжение смещения:

Есм=Uси0= Ic о(R2 =0,25 В

R2 =0,25/5(10-3=50 Ом

Напряжение источника питания:

Еп=Uси0+Ic о(Rи=0,25+5(10-3(0,2(103=1,25 В

Так как необходимо согласовать ВЦ и вход смесителя с волновым

сопротивлением антенно-фидерного тракта 75 Ом, то взяв R1=Rут=75 Oм

получим входное сопротивление смесителя Rвх=75 Ом (т.к. входное

сопротивление ПТШ достаточно велико).

5.5. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)

Усилители с широким динамическим диапазоном могут быть построены по

схеме усилителя-ограничителя (УО) или усилителя с логарифмической

амплитудной характеристикой (ЛАХ). У последних между входным и выходным

сигналом существует вполне определенная функциональная зависимость вида :

[pic]

УО такой зависимостью не характеризуются.

Логарифмические усилители могут быть выполнены по параллельной и

последовательной и схеме. В первой используется параллельное включение

каскадов усилителя с различным коэффициентом усиления. Для защиты от

перегрузок и повышения стабильности на выходе каждого каскада ставится

двусторонний усилитель-ограничитель, и с выхода каждого канала сигналы

суммируются. Однако увеличение массогабаритных показателей, связанное с

необходимостью использования значительного числа каналов, обусловило

большее распространение усилителей с ЛАХ, построенных по методу

последовательного усиления и суммирования:

[pic]

Рис.5.5.1.

Такой усилитель (рис.5.5.1) представляет собой последовательное

соединение нескольких каскадов, каждый из которых, в общем случае, содержит

линейный усилитель и двусторонний ограничитель. Выходы всех каскадов

объединены сумматором через буферные каскады (БК), способствующие

увеличению развязки между каскадами и повышению устойчивости усилителя. Для

получения амплитудной характеристики, достаточно хорошо приближающейся к

логарифмической, все каскады должны быть идентичны. В зависимости от

особенностей реализации и назначения логарифмического усилителя, в

обобщенную схему могут вноситься изменения. Так, возможно совмещение

функций линейного усиления и двустороннего ограничения, например в ИМС;

сумматор может быть выполнен в виде резистора, усилительного каскада или

линии задержки; буферные каскады могут использоваться также и для коррекции

частотной и фазовой характеристик усилителя.

Амплитудная характеристика логарифмических усилителей описывается

системой уравнений:

[pic][pic]

где К0 – коэффициент усиления в линейном режиме; Uвх.н – пороговый уровень

входного сигнала, начиная с которого амплитудная характеристика становится

логарифмической; b – коэффициент, определяющий наклон ЛАХ.

Основные показатели логарифмического усилителя могут быть определены из

соотношений [11]:

[pic]

где КОС - коэффициент усиления одного каскада на ИМС;

Dвх = Uвх.макс / Uвх.н - логарифмический динамический диапазон

усилителя, определяемый протяженностью логарифмического участка

амплитудной характеристики и равный динамическому диапазону изменения

уровня входных сигналов;

Uвх.макс - максимальный уровень входного напряжения, соответствующий

концу логарифмического участка амплитудной характеристики;

Uвх.н - напряжение на входе ИМС, при котором начинается амплитудное

ограничение;

n - число каскадов усилителя;

K0n - к-т усиления всего усилителя в линейном режиме;

d - ошибка, связанная с отклонением АХ от логарифмической.

Данные к расчету:

. частота сигнала ПЧ: fпч = 30 МГц;

. избирательность по соседнему каналу: Seск = 10 дБ;

. коэффициент усиления УПЧ: K0n =13440;

. искажения переднего фронта импульса: D(и =0,15 мкс;

. динамический диапазон входных сигналов Dвх=60 дБ;

. динамический диапазон выходных сигналов Dвых= 0,067(10-6 Ю параметры детектора выбраны правильно.

Коэффициент передачи детектора Кд:

Кд = cosQ @ 0,8...0,9

где Q = Ц3p / (Sд(Rн) = Ц 3p / 0,1(1,2к = 0,428

отсюда Кд = 0,9

Входное сопротивление детектора Rвх

Rвх = Rн /2 = 1,2к / 2 = 0,6 кОм

Определим время установления фронта tуд

tуд = Rн(Cн((2(Riэ + Rэ) /(0,5(Rн + 2,5(Riз + Rэ)=

=1,2(103(22(10-12((2(10 + 1,9(103) /( 0,5(1,2(103 + 2,5(10 + 1,9(103)=0,2

мкс

Коэффициент подключения mд

Lк = 50 нГн и Cк = 2 пФ - параметры выходного каскада УПЧ;

rк = ЦLк /Cк = 158 Ом - характеристическое сопротивление контура

d0 = 0,006 [справочник Петрова] Ю П 0,7 упч = d0(fпр = 5 МГц

dвн д = П 0,7 упч / 2(fпр = 5 МГц / 1270 МГц = 0,004 - зквивалентное

затухание, вносимое детектором

mд = dвн д(Rн /2(rк = 0,004(1200/2(158 = 0,15

Полный коэффициент усиления детектора

Кд` = Кд(mд = 0,9(0,15 = 0,135

Расчет емкости разделительного сонденсатора Ср

D% <= 1...3 % - спад плоской вершины

Ср = (tи (100%)/((Rн + Rвх ву) (D%) =

= 0,66(10-6(100% / ((1,2(103 + 1000) (2%) = 15 нФ

Определим нужно ли ставить дроссель для фильтрации пульсаций импульса fпр

Если Кф < 0,01-0,02 ,то дросель можно не ставить

Кф =( Свх ву / (Cн + Свх ву)) ( 1/(2p ( fпр ( Сн ( Rн + 1) =

= (50 пФ/(22пФ + 50пФ)) (1/( 2(p ( 30 МГц ( 22пФ ( 1,2кОм + 1) = 0,14

Условие не выполняется, значит дроссель нужен.

Резонансная частота fдр паразитного контура Сдр Lдр:

Сдр @ 3...5пФ, принимаем Сдр = 2пФ

fдр @ 0,7fпр = 0,7( 30 МГц = 21 МГц

Lдр = 1/((2p)2(fдр2 (Сдр) = 1/((2p)2(21 МГц2(2пФ) = 28,7 мкГн

Кф`при наличии дроселя

Кф` = Сдр/(Сдр + Свх ву) = 2пФ / (2пФ + 50пФ) = 0,04

5.7. Проверочный расчёт

Проверим, соответствует ли спроектированный приёмник требованиям

технического задания.

Данные к рассчету:

Кр.ф.=(0,8

Швц=1,5 Квц=0,8

Шпч=3 Кпч=1,25

Шупч=10 Купч=6(103

Ш=(Швц+(Шпч-1)/Квц+(Шупч-1)/(Квц(Кпч))/Кр.ф.=

= (1,5 + (3-1)/0,8 + (10-1)/(0,8(1,25))/0,8 = 12,5/0,8 = 15,6 < Шдоп = 21

При таком коэффициенте шума чувствительность приёмника:

РА= [Ш/Кр.ф + (tА - 1)] ((Pc/Pш) к(Т0(ПШ = [15,6/0,8 + (0,48 - 1)]

(1,4(1,38(10-23(290К(6,93Ч106 =0,73(10-12 < Ра(ТЗ) = 1(10-12

Следовательно, спроектированный приёмник отвечает всем требованиям ТЗ.

Принципиальная схема приемника

[pic]

Спецификация элементов

[pic]

6.Технико-экономическое обоснование

6.1. ТЭО выбора элементной базы

В УПЧ целесообразно применение отечественных ИМС серии К175. Серия ИМС 175

представляет собой комплект интегральных микросхем, предназначенных для

применения в трактах промежуточной частоты радиолокационной и связной

техники, а так же в других узлах РЭА.

Табл.6.1 Цена различных ИМС 175 серии [14]

| Наименование ИМС |Цена, руб. |

|175ув1 а | 9.60|

|175ув 1б | 9.80|

|175ув2 а | 14.40|

|175ув 2б | 10.80|

|175ув 3а | 13.80|

|175ув 3б | 13.20|

|175ув 4а | 13.40|

|175ув 4б | 8.20|

Исходя из необходимости обеспечения таких параметров УПЧ, как

. низкий коэффициент шума;

. малые искажения переднего фронта радиоимпульсов;

. заданный коэффициента усиления при минимальном числе каскадов

. минимальную себестоимость

По данным табл. 6.1, для использования в УПЧ выбираем [7] ИМС К175 УВ

4.

6.2. Расчет технико-экономических показателей блока ПЧ

Расчет себестоимости изготовления изделия

Себестоимость изделия представляет собой совокупность всех затрат на

производство и реализацию продукции.

Табл.6.2Стоимость комплектующих деталей для разработанной схемы блока ПЧ

|наименование |кол-во |стоимость, руб. |

|комплектующих | | |

| | |единицы |общая |

|ИМС К175УВ4 |5 |10 |50 |

|Резисторы МЛТ-0,125 |17 |0,05 |0,85 |

|Конденсаторы К-50-11 |18 |0,2 |3,6 |

|Катушка индуктивности |1 |1 |1 |

|Транзистор КП302А |1 |1 |1 |

|Стоимость схемы Ссхемы |56,35 |

|Транспортные расходы Ртрансп= Ссхемы (5% |2,82 |

|Итого стоимость комплектующих Скомпл |59,17 |

Расчет себестоимости изготовления печатной платы блока ПЧ:

Необходимо учесть стоимость полуфабрикатов, идущих на изготовление

печатной платы блока ПЧ. В качестве материала выбираем двусторонний

фольгированный гетинакс, стоимостью 50 руб. за 1 м2. Для разрабатываемого

изделия необходима одна печатная плата площадью 60 см2. Стоимость материала

для изготовления печатной платы составляет:

Цмат.печ.пл.=(60/10000) (50=0,3 (руб.)

Заработная плата основным рабочим за изготовление печатной платы:

З печ.пл = 56,95 (0,1 = 5,6 руб.

Накладные расходы: Н=200%

Себестоимость изготовления печатной платы:

Спеч.пл.= Цмат.печ.пл + З печ.пл ((1+Н)=

= 0,6 +5,6((1+2) = 17,4 руб.

Расчет зарплаты основным рабочим

Табл.6.3 Заработная плата основным рабочим за изготовление блока ПЧ

|№ |вид работ |разряд |время |часовая |зарплата, |

| | | |выполне-н|ставка, |руб |

| | | |ия, час |руб/час | |

|1 |подготовка | | | | |

| |выводов элементов |II |0,4 |2,60 |1,04 |

| |к установке | | | | |

|2 |установка |III |0,48 |2,88 |1,38 |

| |элементов | | | | |

|3 |пайка выводов |III |0,002 |2,88 |0,01 |

| |«волной» | | | | |

|4 |проверка и |IV |1 |3,58 |3,58 |

| |настройка | | | | |

|5 |лакировка |II |0,4 |2,60 |1,04 |

|Итого заработная плата З: |4,62 |

Стоимость вспомогательных материалов (припой, флюс): М = 0,6 руб.

Полная себестоимость рассчитывается по формуле:

Сполн = [Скомпл +Спеч.пл + М + З((1+aцр +aзр)]((1+b),

где aцр -цеховые накладные расходы (90%),

aцр -общезаводские накладные расходы (120%),

с учетом отчислений на социальные нужды;

b - коэффициент, учитывающий внепроизводственные расходы (1,5 %).

Сполн =[59,2+17,4 + 0,6 +4,62((1+0,9+1,2)]((1+0,015) @ 93 руб.

Расчет массогабаритных показателей

Габариты и масса блока определяются количеством корпусов ИМС, количеством

дискретных элементов, а так же конструкцией печатной платы.

Табл.6.4 Масса блока ПЧ

|наименование |кол-во |масса, гр. |

|комплектующих | | |

| | |единицы |общая |

|ИМС К175УВ4 |5 |5 |25 |

|Резисторы МЛТ-0,125 |17 |0,5 |8,5 |

|Конденсаторы К-50-11 |18 |0,5 |9 |

|Катушка индуктивности |1 |1 |1 |

|Транзистор КП302А |1 |1 |1 |

|Печатная плата |1 |25 |25 |

|Всего: |69,5 |

Габариты Г печатной платы: 60 Х 100 мм.

Расчет показателей надежности

Надежностью называется свойство объекта, системы, изделия, устройства

или их частей выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения

установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах,

соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации, технического

обслуживания, хранения и транспортировки.

Расчет надежности основывается на следующих допущениях:

1. Все элементы данного типа равнонадежны, т. е. интенсивность отказов

li для этих элементов одинакова;

2. Все элементы работают в нормальных технических условиях;

3. Интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени (срока

службы);

4. Отказы элементов являются событиями случайными и независимыми;

5. Все элементы работают одновременно;

6. Отказ любого элемента приводит к отказу всей системы;

При расчете надежности блока ПЧ радиолокационного приемника необходимо

определить вероятность безотказной работы устройства в произвольном

интервале времени t, которая определяется выражением:

[pic], т. е. p(t) изменяется по экспоненциальному закону.

Здесь l – интенсивность отказов устройства;

t – время, за которое определяется вероятность безотказной работы.

Если устройство состоит из N элементов с соответствующими интенсивностями

отказов l1,l2,l3...ln-1,ln и повреждение одного из них приводит к нарушению

работы всего устройства, то интенсивность отказов устройства, состоящего из

элементов различных типов:

[pic]

где li – интенсивность отказов элементов i-го типа;

n – количество элементов i-го типа;

lп – интенсивность отказов паяных соединений;

m – количество паяных соединений;

Интенсивность отказов li зависит от свойств радиодеталей, режима их

работы и условий эксплуатации. Значение li для любого

класса аппаратуры определяется статистическими методами в ходе

эксплуатации.

Интенсивность отказов паяных соединений зависит от культуры производства

и составляет lпаек @(10-7...10-9). Возьмем lпаек =10-8.

Табл.6.5 Интенсивность отказов блока ПЧ

|Наименование |Кол-во, |Интенсивность отказов |

|элементов |штук | |

| | |одного эл-та |всех эл-тов|

|ИМС К175УВ4 |5 |0,6(10-6 |3(10-6 |

|Резисторы МЛТ-0,125 |17 |0,03(10-6 |0,51(10-6 |

|Конденсаторы К-50-11 |18 |0,04(10-6 |0,72(10-6 |

|Катушка индуктивности |1 |0,03(10-6 |0,03(10-6 |

|Транзистор КП302А |1 |0,4(10-6 |0,15(10-6 |

|Паяное соединение |144 |1Ч10-8 |1,44(10-6 |

|Расчетная интенсивность отказов lрасч: |3,35(10-6 |

Интенсивность отказов l = КlЧ lрасч,

где Кl @ 17 - коэффициент, учитывающий работу в реальных условиях.

Отсюда l =17Ч3,35(10-6 =5,7(10-5

Зададимся временем работы tр=8ч. Тогда вероятность безотказной работы

блока ПЧ в течение 8ч составит:

[pic]

Зададимся временем работы tр = 1год = 24(365 = 8760ч. Тогда вероятность

безотказной работы блока ПЧ в течение 1г составит:

[pic]

Для оценки надежности аппаратуры многократного использования используется

параметр Кг - коэффициент готовности, представляющий собой вероятность

того, что в произвольный момент времени аппаратура будет находиться в

состоянии готовности (окажется работоспособной). Коэффициент готовности

определяется отношением суммарного времени безотказной работы (наработки)

Тн к сумме наработки и времени восстановления, взятых за период

эксплуатации:

Среднее время безотказной работы устройства:

Тн = 1/l = 1/5,7(10-5 = 1754 час.

Примем общее время восстановления Тв = 2 час. Тогда коэффициент

готовности:[pic]

Табл.6.6 Технико - экономические показатели блока ПЧ

проектируемого РПрУ

|№ |технико-экономические |обозна-че|ед-ца |аналог |разработка |

| |показатели |ние |изм-я | | |

| |Коэффициент усиления по| | | | |

|1 |напряжению |Кu |- |7 Ч103 |6 Ч103 |

| |Динамический диапазон: | | | | |

| |на входе | |дБ | | |

|2 |на выходе |Dвх | |60 |70 |

| | |Dвых | |10 |10 |

| | | | | | |

| | | | | | |

|3 |Коэффициент шума |Ш |- |15 |10 |

| |Вероятность безотказной| | | | |

| |работы | | | | |

|4 |в течение 8 ч. |р |- |0,9972 |0,99954 |

| |в течение 1 г. | | | |0,607 |

| | | | | | |

|5 |Коэффициент готовности |Кг |- |0,9965 |0,99886 |

| | | | | | |

|6 |Себестоимость |Сполн |руб |98 |93 |

| | | | | | |

|7 |Масса |m |г |139 |70 |

| | | | | | |

|8 |Габариты |Г |мм |80Х140 |60Х100 |

Выводы

В соответствии с техническим заданием произведено ТЭО выбора элементной

базы и проведен расчет технико-экономических показателей блока ПЧ

проектируемого РПрУ. Расчет показал, что разработанный блок ПЧ практически

по всем параметрам превосходит аналог, кроме коэффициента усиления (см.

табл. 6.7). Проектирование УПЧ на интегральных микросхемах привело к

увеличению надежности и снижению себестоимости блока, а так же улучшению

массогабаритных показателей. Однако, следует отметить, что разработка

отечественной промышленностью аналоговой микросхемы, целиком включающей в

себя весь УПЧ, привела бы к еще большему увеличению экономической

эффективности применения ИМС в приемнике РЛС.

7.Охрана труда при работе с радиолокационной станцией

Радиолокационная станция - объект повышенной опасности. Наличие опасных и

вредных производственных факторов при работе на РЛС обусловлено спецификой

труда. Задача охраны труда заключается в обеспечении работающему таких

условий труда, чтобы при максимальной производительности утомляемость его

была минимальной. В частности, охрана труда рассматривает наличие опасных и

вредных факторов при работе на РЛС, предусматривает меры и мероприятия по

предупреждению несчастных случаев и профессиональных заболеваний. Согласно

ГОСТ 12.003-74 ( ст. СЭВ 780-77 ) ССБТ опасные и вредные производственные

факторы делятся по природе действия на следующие группы:

физические

химические

психофизиологические

Одним из источником опасного воздействия на человека является

радиолокационная станция. Согласно ГОСТ 120.003-74 ССБТ при работе с РЛС на

судоводителя действуют группы физических и психофизиологических факторов. К

физическим в случае работы с РЛС относятся:

повышенный уровень электромагнитных излучений

n повышенное значение напряженности в электромагнитной цепи, замыкание

которой может произойти через человека

Психофизическая группа факторов подразделяется на:

а) физические перегрузки

б) нервно-психические перегрузки

При работе с РЛС выделяются нервно-психические перегрузки, выражаемые в

умственном перенапряжении.

Итак, в случае работы с РЛС учитываются следующие опасные и вредные

производственные факторы:

повышенный уровень электромагнитных излучений

повышенное значение напряженности в электрической цепи, замыкание которое

может произойти через тело человека

умственное перенапряжение

7.1. Биологическое действие СВЧ - излучения на организм человека

Воздействие мощных электромагнитных полей на человека приводит к

определенным сдвигам в нервно-психической и физиологической деятельности,

однако как предполагают, «многоступенчатая» система защиты организма от

вредных сигналов, осуществляемая на всех уровнях от молекулярного до

системного, в значительной степени снижает вредность действия «случайных»

для организма потоков информации. Поэтому, видимо, если и наблюдается

определенная реакция на эти поля, то здесь нужно говорить скорее о,

физиологическом в общем смысле, чем о патологическом аспекте воздействия

электромагнитной энергии. Несмотря на то, что нетепловые, или специфические

эффекты воздействия радиоволн открыты относительно давно, определяющим для

нормирования опасности работы в условиях воздействия ЭМП во многих странах

пока принята степень их теплового воздействия.

Для выяснения биофизики теплового действия СВЧ на живые организмы

рассмотрим кратко факторы, определяющие нагрев тканей при облучении их ЭМП.

Существование потерь на токи проводимости и смещения в тканях организма

приводит к образованию тепла при облучении. Количество тепла выделяемое в

единицу времени веществом со среднем удельным сопротивлением (Ом/см) при

воздействии на него раздельно электрической (Е) и магнитной (Н)

составляющих на частоте f (Гц) определяются следующими зависимостями:

Qe = 8,4(10(f(E ( Дж/мин )

Qп = 8,4(10(f(H ( Дж/мин )

Доля потерь в общей величине поглощенной теплом энергии возрастает с

частотой.

Наличие отражения на границе «воздух-ткань» приводит к уменьшению теплового

эффекта на всех частотах приблизительно одинаково.

Табл.7.1 Коэффициент отражения Ко от границ между тканями при различных

частотах.

| Частота, МГц |

| Границы | 100 | 200 | 400 | 1000 | 3000 |10000 | 24500|

|раздела | | | | | | | |

|воздух | | | | | | | |

|-кожа |0.758 |0.684 |0.623 |0.57 |0.55 |0.53 |0.47 |

|кожа - | | | | | | | |

|жир |0.340 |0.227 |- |0.231 |0.190 |0.230 |0.22 |

|жир - | | | | | | | |

|мышцы |0.355 |0.351 |0.33 |0.26 |- |- |- |

С учетом Ко плотность мощности, поглощаемая телом, будет равна:

Ппогл = П(( 1- Ко ),

где П - плотность потока мощности.

Глубина проникновения энергии СВЧ вглубь тканей зависит от резисторных и

диэлектрических свойств ткани и от частоты.

Табл.7.2 Глубина проникновения энергии СВЧ в различные ткани при

изменении поля в е раз в долях длины волн.

| l, см. |

|Ткань | 300 | 150 | 75 | 30 | 10 | 3 | 1.25| 0.86|

|Головной | 0.012| 0.028| 0.028|0.064 |0.048 |0.053 | 0.059| 0.043|

|мозг | | | | | | | | |

|Хрусталик | 0.029|0.030 |0.056 |0.098 | 0.050|0.057 | 0.055|0.043 |

|глаза | | | | | | | | |

|Стекловидн| 0.007|0.011 |0.019 |0.042 |0.054 |0.063 | 0.036|0.036 |

|ое тело | | | | | | | | |

| Жир |0.068 | 0.083|0.120 | 0.210| 0.240|0.370 | 0.270| - |

|Мышцы | 0.011|0.015 |0.025 | 0.050| - |0.100 | - | - |

| Кожа | 0.012| 0.018|0.029 | 0.056|0.066 |0.063 | 0.058| - |

Соизмеримость размеров тела с длинной волны приводит к появлению

существенной частотной зависимости взаимодействия поля с телом. Эффект

облучения тела человека сильно зависит от поляризации и ракурса освещения

его радиоволн CВЧ.

Существование между различными слоями тела слоев с малой диэлектрической

проницаемостью приводит к возникновению резонансов - стоячих волн большой

амплитуды, которые приводят к так называемым микронагревам.

Перераспределение тепловой энергии между соседними тканями через кровь

наряду с конвенционной отдачей энергии теплоиспусканием в окружающее

пространство во многом определяет температуру нагреваемых участков тела.

Именно из-за ухудшенной системы отвода тепла от некоторых сред ( глаза и

ткани семенников - в них очень мало кровеносных сосудов). Эти органы тела

наиболее уязвимы для облучения. Критическим для глаз считается повышение

температуры на 10 град. С. Высокая чувствительность семенников к облучению

связана с известным фактом, что при нагревании их всего на 1 град. С.

Возникает частичная или полная временная стерилизация.

Кроме теплового действия радиоволн СВЧ на живой организм, оказывает

влияние и специфическое их действие.

Наиболее общим эффектом действия радиоволн на организм человека

(электромагнитных излучений малых уровней) является дезадонтация -

нарушение функций механизма, регулирующих приспособительные реакции

организма к изменениям условий внешней среды ( к теплу, холоду, шуму,

психологических травм т. п. ) т. е. СВЧ поле является типичным стрессом.

К специфическим эффектом воздействия поля также относятся:

Кумуляция - приводит к тому, что при воздействии прерывистого облучения

суммарных эффект накапливается и зависит от величены эффекта с самого

начала воздействия.

Сенсибилизация - заключается в повышении чувствительности организма после

слабого радиооблучения к последующим воздействиям.

Стимуляция - улучшение под влиянием поля общего состояния организма или

чувствительности его органов.

В России проводятся широкие исследования, направленные на выяснения

профессиональной вредности СВЧ радиоволн. Исследования позволили выявить у

лиц, подвергающихся хроническому СВЧ воздействию, определенные изменения со

стороны нервной и сердечно-сосудистой систем, эндокринных желез, крови и

лимфы, хотя в подавляющем большинстве случаев эти изменения носят обратимый

характер. При хроническом действии СВЧ поля были обнаружены также случаи

помутнения хрусталика и снижения обонятельной чувствительности человека.

При плотности мощности СВЧ поглощаемой телом ( П ) больше 5-10 мВт/cм, и

хроническом действии полей меньшей интенсивности, наблюдается, как правило,

отрицательное влияние облучения, появляется повышенная утомляемость,

слабость, вялость, разбитость, раздражительность, головокружение. Иногда

наблюдается приливы к голове, чувство жара, половая слабость, приступы

тошноты, потемнения в глазах. Изучаются генетические последствия

воздействия радиоволн.

7.2. Защита обслуживающего персонала от СВЧ излучений

Радиолокационная станция включает в себя мощные СВЧ устройства, в

которых генераторы высокочастотной энергии имеют мощность около сотен

киловатт в импульсном режиме. Даже если небольшая часть этой мощности

просачивается в окружающее установку пространство, это может представлять

опасность для окружающих: воздействие достаточно мощного СВЧ излучения на

зрение, нервную систему и другие органы человека может вызвать серьезные

болезненные явления. Поэтому при работе с мощными источниками СВЧ энергии

необходимо неукоснительно соблюдать требования техники безопасности.

В нашей стране установлена безопасная норма СВЧ излучения, т.е. так

называемая санитарная норма — 10 мкВт/см[pic]. Она означает, что в месте

нахождения обслуживающего персонала мощность потока СВЧ энергии не должна

превышать 10 мкВт на каждый квадратный сантиметр поверхности. Эта норма

взята с многократным запасом. Так, например, в США в 60-е годы была норма в

1000 раз большая — 10 мВт/см[pic].

Следует отметить, что по мере удаления от мест излучения СВЧ мощности —

от резонаторных камер или волноводных систем, где производится обработка с

помощью СВЧ энергии, — поток излученной энергии быстро ослабевает (обратно

пропорционально квадрату расстояния). Поэтому можно установить безопасную

границу, где уровень излучения ниже нормы, и выполнить её в виде

ограждения, за которое нельзя заходить во время выполнения технологического

процесса. При этом защитные устройства получаются достаточно простыми и

недорогими.

В настоящее время существует несколько видов как твердых, тик и мягких

(типа резины) поглощающих материалов, которые уже при толщине в несколько

миллиметров обеспечивают практически полное поглощение просачивающейся СВЧ

энергии.

Поглощающий материал закладывается в щели между теми металлическими

деталями резонаторных камер или волноводных структур, которые не могут быть

соединены сваркой или пайкой.

Предотвращение излучения через отверстие для наблюдения или подачи

воздуха осуществляется применением металлических трубок достаточно малого

внутреннего диаметра и необходимой длины. Такие трубки являются

запредельными волноводами и практически не пропускают СВЧ энергию.

Необходимо, чтобы внутренний радиус R был в 10...15 раз меньше рабочей

длины волны. В этом случае погонное затухание (в децибелах на сантиметр) на

низшем типе волны H11 может быть приблизительно определено по формуле

L=16/R, а общее затухание при длине трубки l становится равным 16l/R дБ.

Рассмотрим численный пример. Пусть рабочая длина волны l=23 см.

Возьмем трубку с внутренним радиусом R=1,5 см. Пользуясь формулой для L,

определим, что на каждом сантиметре длины трубки погонное затухание

L=16/1,5=10,8 дБ/см. Если мощность СВЧ колебаний резонатора составляет 1

кВт, а вне трубки будем считать допустимой мощность 1 мкВт, то на длине

трубки l должно быть ослабление 1кВт/1мкВт=1/10[pic]=10[pic] раз, или 60

дБ. Длина трубки будет l=60/L=60/10,8=5,17 см.

Окончательно длину трубки с внутренним диаметром 15 мм можно принять

равной 5 см. Как видим, безопасный уровень излучения может быть получен при

не очень длинных трубках и при достаточно больших диаметрах.

Для промышленных установок СВЧ характерна необходимость многоразового

открывания и закрывания люков загрузки, и т.д. От этих операций защитные

устройства, в особенности контактные, постепенно изнашиваются. Кроме того,

с течением времени контактные поверхности окисляются. В результате

излучение может возрасти в несколько раз и даже на один-два порядка.

Поэтому необходимы систематическое наблюдение за состоянием защитных

устройств, проведение периодических замеров уровня излучения. Отсюда и

жесткие требования к надежности защитных устройств. Чтобы в эксплуатации

нормы облучения не были превышены, заводские сдаточные нормы на излучение

делают более жесткими. Так, в Японии допускается увеличение излучения от

заводских норм до эксплуатационных при количестве открываний более 100 тыс.

раз. Собственно, при таких условиях и проводятся периодические заводские

испытания защитных устройств.

Список литературы :

1. Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приёмников - М.:

Советское радио, 1973.

2. Разработка структурной схемы радиоприёмного устройства : Учебное

пособие по курсовому проектированию. Сидоров В. М. -М.: типография

ВЗЭИС, 1988.

3. Проектирование радиоприёмных устройств: Учебное пособие для вузов под

редакцией А.П. Сиверса - М.: Советское радио, 1976 .

4. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов под редакцией

Н.Н.Фомина - М.: Радио и связь, 1996.

5. Радиоприемные устройства: О.В.Головин - М.: Высшая Школа, 1997

6. Новые транзисторы: Справочник, часть 1. -М.: Солон, Микротех,1996.

7. Диоды : Справочник, О.П. Григорьев и др. - М.: Радио и связь, 1990 . (

МРБ, Вып. 1158).

8. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой аппаратуры :

Справочник, В.И. Атаев , В.А. Болотников.- М.: Издательство МЭИ , 1992 .

9. Конструирование и расчёт полосковых устройств: Учебное пособие для вузов

под редакцией И.С. Ковалёва - М.: Советское радио , 1974 .

10. Резисторы : Справочник , В.В. Дубровский и др.; Под ред .

Четверткова и В.М. Терехова . – 2-е изд., перераб. и дополн.

- М.: Радио и связь, 1991.

11. Усилители с широким динамическим диапазоном на микросхемах:

А.П.Лукошкин и др. - М.: Радио и связь, 1981

12. Руководство по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов –

М.: ВЗЭИС, 1974.

13. Расчет технико–экономических показателей радиотехнических устройств –

методические указания к курсовому и дипломному проектированию – М.:

ВЗЭИС, 1982.

14. Прайс-лист на отечественные и импортные электронные компоненты НПО

"Симметрон" (от 8 мая 1998г, цены указаны с учетом НДС) - получен из

Интернет с сервера www.symmetron.ru

-----------------------

(ф

(д

Рис 4.1.2

КУ

КУопт

ВУ

Д

УПЧ

fпч

fc

ВЦ

fг

Г

ЧАПЧ

Рис 2.8.1

L0/4

L0/4

b1

b0

E

b1

d

b0

H

e

а)

б)

Lд

Сн

Ск

Rн

[pic]

Страницы: 1, 2