Реферат: Радиолокационный приемник сантиметрового диапазона
Содержание
Введение… 1
2.Выбор и обоснование функциональной схемы РЛС… 2
2.1.Амплитудная моноимпульсная система… 3
2.2. Определение параметров сигнала… 4
3.Выбор и обоснование структурной схемы приёмника… 9
Структурная схема моноимпульсной РЛС сопровождения… 11
4. Расчёт и определение параметров структурной схемы РПРУ… 11
4.1. Определение эквивалентных параметров антенны… 11
4.2. Расчет полосы пропускания линейного тракта РПрУ… 12
4.3. Определение структуры радиотракта… 13
4.4. Выбор гетеродина… 14
4.5. Обеспечение необходимого усиления трактом ВЧ… 14
4.6. Расчет селективности… 15
4.7. Распределение искажений… 16
4.8. Структурная схема РПрУ… 17
4.9. Выбор элементной базы. Задания на разработку каскадов… 19
5.Расчет элементов принципиальной схемы приемника… 23
5.1. Антенный переключатель… 23
5.2. Разрядники защиты приемника… 24
5.3. Входная цепь… 25
5.4. Преобразователь частоты (смеситель)… 27
5.5. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)… 29
Расчет УПЧ на ЭВМ… 32
5.6. Расчёт детектора… 33
5.7. Проверочный расчёт… 35
Принципиальная схема приемника… 35
Спецификация элементов… 36
6.Технико-экономическое обоснование… 37
6.1. ТЭО выбора элементной базы… 37
6.2. Расчет технико-экономических показателей блока ПЧ… 37
7.Охрана труда при работе с радиолокационной станцией… 43
7.1. Биологическое действие СВЧ — излучения на организмчеловека… 43
7.2. Защита обслуживающего персонала от СВЧ излучений… 46
Список литературы :… 49
Приложение… 50
Листинг программы WinЛАХ… 50
ВведениеРадиолокационный приёмник ( РЛП) является составной частью радиолокационных станций (РЛС), предназначенныхдля обнаружения, определения координат и параметров движения удаленных объектов(радиолокационных целей). Для извлечения информации используется зондированиепространства радиосигналами, с последующим приемом отражённой от целейэлектромагнитной энергии, причем информация о целях может содержаться визменении во времени амплитуды (или отношении амплитуд) и частоты (илиспектра) сигналов. Такой способ носит название активной радиолокации спассивным ответом. Передатчик и приёмник в таких системах, как правило,работают на общую антенну.
В рамках данного проектарассматривается приемное устройство одноцелевой РЛС сопровождения,осуществляющей непрерывное слежение за перемещением цели. Такая РЛСпредставляет собой наземную систему, у которой антенна с иглообразным лучомсмонтирована на поворотном устройстве со следящим приводом, которое, изменяяположение антенны по азимуту и углу места, позволяет следить за целью. Путемизмерения угла прихода фронта волны эхо-сигнала и корректирования положенияантенны таким образом, чтобы цель удерживалась в центре луча, определяетсяошибка ориентирования антенны.
РЛС сопровождения применяются восновном для управления оружием, а также для полигонных измерений траекторийполетов ракет. Производится измерение азимута, угла места и дальности цели (а вряде случаев и доплеровского сдвига частоты), по скорости изменения этихпараметров вычисляется вектор скорости цели и производится прогнозирование ееположения. По этой информации осуществляется, например, наведение зенитныхорудий и устанавливается момент разрыва снарядов. Аналогичные функции РЛСсопровождения выполняются для выработки данных по наведению и команд управлениязенитными ракетами.
Различают РЛС импульсного инепрерывного излучения. В РЛС с непрерывным излучением используютсянемодулированные и ЧМ колебания. Однако наибольшее применение нашли импульсныеприемопередающие радиолокационные станции, излучающие в направлении целикороткие зондирующие СВЧ-радиоимпульсы с фиксированным периодом следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой (рис.1.1, а), чтообеспечивает высокую разрешающую способность и точность при измерении дальности. Радиоприемные устройства (РПрУ) таких станций служат для приемачасти энергии излучаемых радиоимпульсов, отраженной от цели. Отраженныеимпульсы (рис.1.1, б) поступают на вход приемника свременным сдвигом DtD= 2R/c, где R – расстояние дообъекта. Измеряя DtD,ìîæíîñóäèòü îðàññòîÿíèèäî öåëè, а уçêàÿäèàãðàììàíàïðàâëåííîñòèàíòåííûïîçâîëÿåòîïðåäåëèòüíàïðàâëåíèåíà îáúåêò.
/>
Рис. 1.1 Огибающиерадиоимпульсов:
а) излучаемыхантенной; б) отраженных от цели
2.Выбор и обоснование функциональной схемы РЛС
В следящихсистемах РЛС сопровождения наиболее широко используют методы сравнениясигналов по амплитуде или фазе ВЧ колебаний, принятых на два (и более)разнесённых в пространстве луча антенны при одновременном сравнении сигналов,либо однолучевую сканирующую антенну при последовательном сравнении сигналов.Первый способ применяется в моноимпульсных следящих измерителях, второй — вамплитудном методе сравнения при коническом сканировании луча .
Чувствительность методовсканирования и переключения луча к флуктуациям амплитуды эхо-сигналов явиласьосновной причиной разработки РЛС сопровождения, обеспечивающей одновременноеналичие всех лучей, необходимых для выявления угловой ошибки. Выходные сигналывсех лучей, соответствующие одному зондирующему импульсу, могут бытьодновременно сравнены, благодаря чему исключается влияние изменения амплитудыэхо-сигнала во времени. Такой метод называется моноимпульсным (полнаяинформация об угловых ошибках извлекается из одного импульса).
Моноимпульсной аппаратуреприсуща высокая точность угловых измерений, т.к. система облучателей жестко смонтированаи не имеет движущихся деталей.
/>/>/>2.1.Амплитудная моноимпульснаясистемаЭхо сигнал фокусируется в виде“пятна”, поперечное сечение которого в случае антенны с круговой апертуройимеет вид J1(x)/x ( J1(x) функция Бесселя 1гопорядка). Пятно находится в фокальной плоскости, если цель расположена на осиантенны, и смещается относительно центра, когда цель отходит от оси. Облучательантенны расположен в фокальной точке, так что принимаемая энергия максимальна втом случае, когда цель находится на оси.
Облучатель сконструирован такимобразом, что он реагирует на любое боковое смещение пятна относительнофокальной плоскости. При использовании облучателя в виде квадрата,образованного четырьмя рупорами, полная симметрия обеспечивается когда пятнонаходится точно в центре (на каждый из четырех рупоров попадает одинаковоеколичество энергии. При отклонении цели от оси антенны и, следовательно,смещении пятна относительно центра, равенство энергий, принимаемых рупораминарушается. РЛС регистрирует отклонение цели от оси антенны, сравниваяамплитуды эхо-сигналов, появляющихся в каждом из рупоров. Это осуществляется спомощью СВЧ мостовых соединений, формирующих разности сигналов каждой парыдвойных рупоров. Для выявления ошибки по азимуту, производится вычитаниевыходного сигнала левой пары рупоров из выходного сигнала правой пары. Сигналверхней пары вычитается из выходного сигнала нижней пары.
Сигналы, полученные в результатевычитания (разности), равные нулю для цели, находящийся на оси антенны, ивозрастающими по амплитуде по мере удаления цели от оси антенны. Фазаразностных сигналов меняется на 1800при переходе цели через ось содной стороны на другую. Суммарный сигнал всех четырех рупоров используется вкачестве опорного сигнала схемы детектора угловой ошибки, который позволяетиспользовать изменения фазы разностного сигнала для определения направленияотклонения цели от оси антенны. Суммарный сигнал используется также в схемесопровождения по дальности и для установления опорного уровня в схеме АРУ.
Суммарный сигнал, а такжеугломестный и азимутальный разностные сигналы преобразуются в сигналы ПЧ спомощью одного общего гетеродина для сохранения относительного соотношения фазсигналов по ПЧ. Выходной суммарный сигнал ПЧ детектируется и используется вкачестве входного видеосигнала схемы сопровождения по дальности. В схемесопровождения по дальности определяется время прихода очередного эхо-сигнала отсопровождаемой цели и вырабатываются стробирующие импульсы, отпирающиесоответствующие цепи приемника только на те короткие интервалы времени, когдаожидается эхо-сигнал выбранной цели. Стробированый видеосигнал используетсятакже для формирования напряжения постоянного тока для схемы АРУ всех трехусилительных каналов ПЧ, в которых АРУ поддерживает постоянство угловойчувствительности (крутизны сигнала ошибки) схемы сопровождения по углам, дажеесли эхо-сигнал цели изменяется в широком динамическом диапазоне. Для полученияустойчивого автоматического сопровождения по углам необходимо поддерживать спомощью АРУ постоянство усиления следящей системы схемы сопровождения.
Суммарный сигнал ПЧ используетсятакже, как опорный сигнал в ФД, вырабатывающих из разностных сигналовнапряжения сигналов ошибки сопровождения по углам. ФД выполняет скалярноеумножение; выходное напряжение ФД:
e = êS êêD êcos(q) , где êS ê-модуль суммарного сигнала; êD ê- модуль разностного сигнала; q — фазовый угол между ними. В правильно отрегулированной РЛС q принимает только два значения: 0 или 1800,так что единственным назначением фазочувствительной характеристики детектораошибки является обеспечение положительной или отрицательной полярности сигналапри 0 и 1800соответственно, что придает выходному сигналу детектораугловой ошибки признак направления отклонения от оси антенны.
В импульсной РЛС сопровождения выходным сигналом детектораугловой ошибки является биполярный видеосигнал, амплитуда которогопропорциональна угловой ошибке, а полярность соответствует знаку ошибки. Этотвидеоимпульс обычно подается на конденсатор, который заряжается до пиковогозначения видеоимпульса и сохраняет это напряжение до следующего видеоимпульса.В этот момент конденсатор разряжается и вновь заряжается до уровня,соответствующего новому импульсу. Этот импульс подается на ФНЧ, выходноенапряжение постоянного тока которого, являющееся напряжением сигнала ошибки,подается на усилители следящей системы для корректирования положения антенны.
/>2.2. Определениепараметров сигналаВыберем в качестве зондирующегосигнала простой сигнал с базой равной 1 (радиоимпульсы с прямоугольнойогибающей, рис.2.2.1). Выбор является предварительным. После расчета импульсноймощности передатчика Pи, если она превысит допустимое для наземныхРЛС значение 1 МВт/имп, зададимся приемлемой импульсной мощностью ивозьмем в качестве зондирующего сигнала сложный сигнал.
/>
Рис.2.2.1 Временная и спектральная диаграммы радиоимпульсов, отраженных от цели и поступающих на вход РПрУ
/>
Рис.2.2.2 Временная и спектральная диаграммы сигнала на выходе линейной части РПрУ
/>
Рис.2.2.3 Временная и спектральная диаграммы видеоимпульсов на выходе детектораРПрУ
Данные к расчёту:
Дальность: R=150км;
Разрешение по дальности: DR=150 м;
Суммарная ошибка: sS=10 м;
ЭПР цели: sц=2 м2;
Скорость цели: Vц=400м/с;
Длина волны: l=0,23 м.
Расчёт параметров сигнала:
Выбор частоты следования идлительности импульсов производится из условия однозначного измеренияпараметров целей на максимальной дальности:
Период повторения импульса: />
Частотаследования импульсов: /> Длительность импульса: />
В схеме сопровождения по дальностирассматриваемой РЛС определяется временной сдвиг очередного эхо-сигналасопровождаемой цели по отношению к следящим импульсам, временное положениекоторых соответствует оценке задержки сигнала цели. Поэтому время установленияпереднего фронта видеоимпульса (рис.2.2.3) должно лежать в пределах: />. По этому параметруопределяется полоса пропускания линейной части РПрУ, что будет сделано вдальнейшем. Примем tу=0,2мкс.
В РЛС сопровождения, измеряющихдальность и два угла, используют игольчатый луч. Ширина луча антенны одинаковаво всех плоскостях и определяется разрешением по углу: q0,5=Da=Db.
Т.к. измеритель угловых координатвыходит за рамки данного проекта, и в техническом задании отсутствуют значения Da и Db,то q0,5 принимаем равным 1,5о.
Основнойхарактеристикой качества работы радиолокационной станции, исходя из её целевогоназначения, является точность слежения. Показателями точности являются ошибкиработы системы. Различают динамическую и флюктуационную ошибку. Динамическойошибкой sд является ошибкапо задающему воздействию, а флюктуационная sфв данном случае связана с собственным шумом приемника.
Оптимизациясистемы по точности заключается в выборе оптимального коэффициента усиленияразомкнутой системы КУопт, при котором имеем минимумсреднеквадратической ошибки />. Каквидно из графика (рис.2) зависимостиsд и sф от КУ, в оптимальном режиме sф=sд,откуда />
/> /> /> /> /> /> /> <td/>Рис 4.1.2
/>Отношение сигнал/шум связано сфлюктуационной ошибкой соотношением:
/>, где полоса DFэ=(5..10)/2p»2
/>
Необходимо учитывать потери вотношении сигнал/шум, возникающие из-за следующих причин:
· потери при распространении радиоволн r1 = 1...3 дБ
· потери в антенно-фидерном тракте r2 = 1 дБ
· потери при амплитудном детектировании r3 = 1...5 дБ
· потери на квантование r4 = 2 дБ ( при двухуровневом квантовании )
Суммарный коэффициент потерь: r = Sri = 5...10 дБ.
Примем r<sub/>= 10 [дБ]= 3,16 [раз]
Отношение сигнал/шум с учетомпотерь:
(Рс/Рш)`= (Рс/Рш)×r<sub/>=0,45×3,16 » 1,42
Определение параметров антенны:
Коэффициент направленногодействия (КНД):
/>
Примемкоэффициент полезного действия (КПД) антенны равным: h=0,95.
Коэффициент усиления :
/>
Расчет требуемой мощности передатчика РЛС производим наоснове уравнения дальности радиолокации, без учета влияния Земли (высотаобъектов достаточна):
/>
где sц — эффективная площадь рассеяния цели
h- КПД антенны ( h » 0,95 )
k = 1,38x10-23 Дж/К — постоянная Больцмана
Т0= 290 К — температура воздуха по Кельвину
Ш = 3,5 - коэффициент шума приемника
b0= 0,002...0,004 дБ/км — величина затухания волн в атмосфере.
Примем b0= 0,002 дБ/км.
R = Rmax × e-0,115b0Rmax = 150 × e-0,115x0,002x150 »145 км
dR = Rmax -R = 150-145 =5 км
Полоса приемника: Fпр = 1/tи = 1 / 1×10-6= 1 МГц
Полоса шума приемника: Fш= 1,1Fп =1,1×106= 1,1 Мгц
Импульсная мощность передатчика:
/>
Ри <1 МВт, следовательно можно использоватьпростой сигнал.
3.Выбор и обоснование структурной схемы приёмникаСтруктурные схемы РПрУ различаются прежде всего ТВЧ (тракт высокой частоты ). Существует несколько различных типов схем.
1.) Детекторный тип
2.) Прямого усиления
3.) Супергетеродинного типа
Приёмник прямого детектированияхарактерен отсутствием усиления колебаний радиочастоты до детектора. Егоотличает низкая чувствительность и избирательность.
Приёмник прямого усилениясодержит УРЧ. ВЦ и УРЧ настроены на частоту принимаемого сигнала, на которой иосуществляется усиление. Т.к. используется многокаскадный УРЧ, то этообуславливает снижение его устойчивости и общей избирательности приёмника, затрудняеттехническую реализацию перестройки по частоте.
Трудности. связанные смногокаскадностью УРЧ, позволяет устранить, в принципе, использованиерегенеративных и сверхрегенеративных усилителей, обеспечивающих большееусиление на каскад. Однако такие усилители обладают повышенными искажениями,относительно низкой устойчивостью по отношению к дестабилизирующим факторам,повышенной вероятностью паразитного излучения. По этой причине они применяютсяредко, и находят применение, в частности, в портативных приёмниках СВЧ. Прилюбых типах используемых УРЧ полностью преодолеть присущие схеме прямогоусиления недостатки не удаётся, поэтому в настоящее время такие РПрУ сфиксированной настройкой применяются практически лишь в микроволновом иоптическом диапазонах, что не соответствует характеристикам проектируемогоРПрУ, т.к. он рассчитан на работу в сантиметровом диапазоне.
Существенное улучшение всех показателей РПрУдостигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала — переноса его в частотную область, где он может быть обработан с наибольшейэффективностью. Самое широкое распространение во всех радиодиапазонах получилапостроенная на этом принципе схема супергетеродинного приемника. Эта схема внастоящее время наиболее совершенна.
Приемники супергетеродинного типа позволяют успешнорешать задачи получения требуемой фильтрации принимаемого сигнала, обеспечениезаданного усиления, решение проблемы селективности, простоты перестройки,которая обеспечивается с помощью простых колебательных систем преселектора.
Относительная широкополосностьприемников импульсных сигналов позволяет, как правило, строить такие приемникис однократным преобразованием частоты.
Из выше сказанного можно сделатьвывод, что построение проектируемого РПрУ целесообразно выполнять посупергетеродинной схеме, наилучшим образом удовлетворяющей заданным техническимтребованиям.
Амплитуда сигналов, поступающихна вход радиолокационного РПрУ, изменяется в широких пределах, т.к. мощностьотраженных от цели сигналов обратно пропорциональна четвертой степенирасстояния до цели (которое может меняться) и, кроме того, зависит от типа целии её эффективной поверхности рассеивания. Работа РЛС в реальных условияхсопровождается действием разного рода активных и пассивных нестационарных помехестественного и искусственного происхождения, уровень мощности которых зачастуюзначительно (на 20..60 дБ) превышает уровень полезного сигнала, а параметрыаприорно неизвестны. Воздействие помех еще больше расширяет диапазон изменениясигналов, поступающих в антенну РЛС.
Пределы изменения амплитуднапряжения сигнала от UСмин до UСмакс характеризуются динамическим диапазономсигналов DС = UСмин/UСмакс, который может быть выражен в децибеллах: DС [дБ] = 20lg(UСмин/UСмакс). Длярадиолокационных сигналов DС @ (50...120)дБ [9], однако для РЛСконкретного назначения обычно принимают DС @ (50..90)дБ, т.к. известны типы целей и пределы изменения дальности.
/>Структурная схема моноимпульснойРЛС сопровождения/>
/>4. Расчёт и определениепараметров структурной схемы Р/>/>/>ПРУ4.1. Определение эквивалентных параметровантенны
Проектируемый радиолокационныйприемник имеет настроенную антенну, т.е. её сопротивление чисто активно и равносопротивлению фидера:
ZА = RА = Rф = 75 Ом
Относительная шумовая температура антенны:
ta=TA/T0,
где T0 — стандартная температура приёмника Т0=2900 К ;
ТА — абсолютная шумовая температура антенны.
По графику зависимости шумовойтемпературы идеальных приемных антенн от частоты (рис 1.4 [3 ]) находим: ТА =1400К.
ta=140 / 290=0,48
4.2. Расчет полосы пропускания линейного трактаРПрУДля импульсныхсигналов полоса пропускания приемника выбирается исходя из получениямаксимального отношения сигнал/шум на выходе радиотракта. Такая полосаназывается оптимальной и определяется как:
Пс=(0,8..1,4)/tуст @ 1/0,2 мкс=5 МГц
Ширина полосыпропускания линейного тракта П складывается из ширины спектра принимаемогосигнала Пс, доплеровского смещения частоты сигналаfд и запаса полосы, требуемого для учета нестабильностей инеточностей настроек приемника Пнс:
П=Пс+2Dfд+Пнс
Доплеровское смещение:
Dfд = 2fсVц/с = 2×1,3×109×400/3×108=3,5кГц,
где Vц — скорость цели относительно антенны РЛС;
с — скорость света в вакууме.
Запас полосы для учёта нестабильностей:
/>,
где бс — относительная нестабильность несущей частоты принимаемого сигнала; прииспользовании в передатчике кварцевой стабилизации частоты несущей можнополучить бс =(10-5...10-6)
бг — относительнаянестабильность частоты гетеродина, которую на данном этапе можно оценить лишьприблизительно, используя данные таблицы 2.1 [3]. Выбрав транзисторный однокаскадный гетеродин скварцевой стабилизацией, можно получить бг=10-6;
бпр — относительная погрешность и нестабильность настройки контуров трактапромежуточной частоты, принимаем бпр=(0,0003...0,003);
бн — относительнаянестабильность частоты, вызванная неточностью настройки контуров гетеродина, бн= (0,001...0,01);
Промежуточная частотавыбирается из условия:
fпр>(10...20)/tи =15/1×10-6=15 МГц.
В РЛП миллиметрового исантиметрового диапазонов промежуточная частота равна либо 30, либо 60 МГц [5]. Выберем промежуточную частоту из стандартного ряда:
fпр=30 МГц.
Частота гетеродина: fг=fc-fпр=1,3-0,03=1,27 ГГц .
/> =
=13 МГц
Пнс>(1,2...1,5)×Пс, следовательно придётсяиспользовать частотную автоматическую подстройку частоты ( ЧАПЧ ) илифазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ).
При использовании ЧАПЧс Кчапч=10 полосапропускания приемника:
ПЧАПЧ=Пс+(2Dfд+Пнс)/Кчапч=5×103+(7+13×103)/10 @ 6,3 МГц .
При использовании ФАПЧс Кфапч Þ ~ полоса пропускания приемника:
ПФАПЧ=Пс+(2Dfд+Пнс)/Кчапч=5×103+(7+13×103)/~ @ 5 МГц .
ПФАПЧне намного уже, чем ПЧАПЧ, поэтому для упрощения схемы будемиспользовать ЧАПЧ.
Расчет предельно допустимого коэффициента шума:
/>
где:
· Кр.ф. @ 0,8 — коэффициент передачи фидера по мощности.
· Пш = 1,1×П= 1,1×6,3=6,93 МГц.
· К — постоянная Больцмана К=1,38×10-23Дж/К.
Шдоп @ (1×10-12/(1,38×10-23×290×6,93×106×1,4)-0,48+1)×0,8=
= (25,75-0,48+1) ×0,8 = 21,02
4.3. Определение структуры радиотрактаОценим коэффициент шумалинейного тракта РПрУ, после чего решим вопрос о включении или невключении УРЧв состав радиотракта.
Коэффициент шума радиотракта без использования усилителярадиочастоты ( УРЧ ) :
Ш=(Швц+(Шпч-1)/Квц+(Шупч-1)/(Квц×Кпч))/Кр.ф.
Все коэффициенты шума ориентировочно берём из таблицы 6.1 [3]:
Швц=1,3 Квц=0,8
Шурч=1,5 Курч=10
Шпч=5 Кпч=8 (при использовании транзисторного ПЧ)
Шупч=10
Ш=(1,3+(5-1)/0,8+(10-1)/(8×0,8))/0,8=9,5< Шдоп=21,02Þ
Þ можнообойтись без УРЧ.
4.4. Выбор гетеродинаИсходные данные для выбора гетеродина:
· Рабочая частота fг=fc-fпр=1,3-0,03=1,27 ГГц;
· Требуемая выходная мощность РГвых;
· Диапазон перестройки по частоте;
· Шумовые характеристики.
Целесообразно использовать полупроводниковый гетеродин надиоде Ганна (ГДГ). Выходная мощность гетеродина должна быть достаточна длянормальной работы смесителей и схем ЧАПЧ всех трех каналов приема РЛС:
РГвых = (Рс+ Рапч )×3 = (6+9)×3 =45 мВт;
Из таблицы 8.4 [3]выбираем ГДГ типа VSC-9019, имеющий следующиепараметры:
· диапазон рабочих частот fГ, ГГц.......................................1..2;
· шаг перестройки: электронной Dfэл, МГц...........................50;
механической Dfмех, МГц....................200;
· выходная мощность РГвых,мВт........................................100;
· напряжение питания Uпит, В.................................................11;
· ток потребления I, А............................................................0,5;
/>4.5. Обеспечениенеобходимого усиления трактом ВЧОбеспечение достаточного усилениярадиосигнала трактом ВЧ необходимо для нормальной работы детектора, а так жеполучения низкого уровня шума. Основное усиление обеспечивается в тракте ПЧ.Основными требованиями к усилительным каскадам линейного тракта являются ихдостаточная устойчивость (возможно меньшее число каскадов) и построение наоснове наиболее экономичной и современной электронной базы.
Коэффициент усиления линейного тракта:
/>,
где RА — активное сопротивление антенны;
Uпр — амплитуда сигнала на выходе УПЧ;
Требуемая амплитуда сигнала на выходе УПЧ определяетсяамплитудой напряжения, необходимой для нормальной работы детектора: Uвых=1В.
Рассчет коэффициента усиления линейного тракта:
/>
Коэффициент передачи помощности согласно таблицы 6.1 [3] для транзисторногопреобразователя частоты примем равным:
КРпч= 8
Амплитуда напряжения на входе УПЧ :
/> /> /> /> /> /> /> /> />/>/>/>/>/>/>/>/>/>Uвх= 4Рвх×Rвх= 2×Ра×Квц×Кпч×Rвх = 2×10-12×0,8×8×103 = 0,13 мВ.
Коэффициент усиления УПЧ по напряжению:
Купч=Uвых/Uвх=1/(1,3×10-4)=7,6×103
4.6. Расчет селективностиСелективность по зеркальномуканалу обеспечивается с помощью частотно — избирательной входной цепи, а пососеднему каналу — используя два одиночных контура: на выходе преобразователячастоты и на выходе УПЧ.
Селективность по зеркальному каналу:
/>
Принимаем dэс=0,006
/> = 23,8 дБ,
Эквивалентное затуханиеодиночных контуров:
/>/>dэп=П/(Ö2×fпр)=6,3/(Ö2×30)=0,15
Селективность пососеднему каналу:
/>
Полагаем: Dfск=П=6,3 МГц;
n=2,
тогда:
/>= 18,9 дБ
/>4.7. РаспределениеискаженийПри рассмотрении такойхарактеристики РПрУ, как допустимый уровень частотных и временных искаженийсигнала, остановимся на наиболее существенном для приемников импульсныхсигналов показателе — искажениях переднего фронта импульса. Распределениеискажений этого вида по каскадам РПрУ можно выразить в величине времениустановления переднего фронта импульса и записать следующим образом:
/>= 0,2 мкс
Искажения, вносимые входной цепью незначительны исоставляют:
/>0,0064 мкс
УРЧ является инерционным звеном, поэтому искажения, вносимыеим, довольно велики: />0,024мкс
Искажения, вносимые преобразователем частоты, составляют:
/>0,008мкс
Наибольшие искажения переднего фронта радиоимпульсоввносятся детектором из-за шунтирования выходного контура УПЧ входнымсопротивлением детектора:
/>0,04мкс
Оставшееся искажение переднего фронта импульса вноситсясравнительно узкополосным УПЧ. Определим допустимые искажения, приходящиеся наодин каскад УПЧ:
/>
4.8. Структурная схема РПрУ /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> <td/> <td/>Рис 2.8.1
/>Структурнаясхема радиоприемного устройства моноимпульсной РЛС сопровождения
Входнаяцепь (ВЦ)
Входная цепь приёмникаобеспечивает защиту приемника от перегрузок и повреждения СВЧ мощностьюсигнала, поступающего на рабочей частоте при работе на одну антенну спередатчиком. ВЦ связывает выход антенно-фидерного устройства со входом 1-ого каскада приёмника, в данном случае со смесителем. При этом вход и выход входной цепи должны быть согласованны с волновыми сопротивлениями присоединяемых к ним линий передач, чтобы в местах соединения не возникало отражений СВЧ энергии.
В нашем случае входная цепь должна выполнять следующие функции :
· частотная селекция принимаемых сигналов для уменьшения помех на нерабочей частоте.
· подавление зеркального канала.
· защита 1-ого каскада приёмника от перегрузки и повреждения мощностью СВЧ сигналов, поступающих в приёмник на рабочих частотах .
Для защиты приёмника от перегрузок будем использовать антенный переключатель (АП) и устройство защиты приёмника (УЗП) .
Для выполнения ВЦ функций селекции и подавления шумов зеркального канала используем полосовой фильтр.
Преобразователь частоты (ПЧ)
Преобразователь частот(смеситель) РПрУ РЛС часто выполняется на диодах по балансной схеме. Длябалансных смесителей на диодах с барьером Шотки (ДБШ) потери сигнала всантиметровом и миллиметровом диапазоне составляют соответственно 5..8 и 6..10дБ, а коэффициент шума — 6..9 и 7..12 дБ, что неприемлемо в нашем случае из-заотсутствия УРЧ в составе радиотракта.
В сантиметровом диапазонеиспользуют ПЧ на биполярных транзисторах (БТ), которые обладают коэффициентомусиления 3-12 дБ и коэффициентом шума 1,7 — 4,6 дб. Однако лучшиехарактеристики во всем СВЧ диапазоне имеют ПЧ на полевых транзисторах (ПТ), таккак в более широком диапазоне 1-15 ГГц они обеспечивают усиление 8-12 дб прикоэффициенте шума 1,1 — 3,5 дб. К преимуществам смесителей на ПТ можно отнестиболее простые цепи смещения по постоянному току и более высокую температурнуюстабильность. Поэтому используем транзисторный преобразователь частоты наполевом транзисторе с барьером Шотки (ПТШ), усилительные и шумовые свойствакоторого, в основном, и определят чувствительность РПрУ.
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)
Основное усиление в РПрУобеспечивается усилителем промежуточной частоты. Схемотехника каскадов этогоустройства разнообразна, однако заметно упростить приёмник позволяетприменение в качестве усилительных элементов аналоговых интегральныхмикросхем(ИМС).
Основные требования, предъявляемые к УПЧ — это малый коэффициент шума и достаточно высокий коэффициент усиления, а кроме того ондолжен обладать широким динамическим диапазоном, линейной ФЧХ и равномернойАЧХ в рабочем диапазоне частот, хорошо согласован, обладать высокой надёжностью.
В настоящее время в наибольшей мере этим требованиям удовлетворяют УПЧ на интегральных микросхемах. УПЧ с логарифмическойамплитудной характеристикой (ЛАХ), который наилучшим образом выполняетусилительные функции при широком динамическом диапазоне входных сигналов,реализуем на ИМС.
Детектор(Д) импульсных сигналов
При детектировании импульсныхсигналов разлиают два вида: пиковое и импульсное детектирование. В первом случае определяется только амплитуда импульсов, качество же воспроизведенияформы их огибающей играет второстепенную роль.
В нашем случае импульсногодетектирования необходимо воспроизвести огибающую каждого поступающего надетектор радиоимпульса. Для этого обычно применяется диодный детектор,постоянная величина времени (RC) нагрузки которого выбирается достаточно большой, так, чтобы в течение времени между радиоимпульсами напряжение навыходе не успевало заметно снизиться, а изменялось по закону огибающейпоследовательности радиоимпульсов. Наличие в схеме детектора реактивныхэлементов приводит к искажению формы импульсов, т.к. вызывает переходныепроцессы, за счет которых увеличивается время установления tу и время спада tсп импульсов на его выходе. Обеспечение минимальных искажений формы импульсов (tу и tсп),в заданных пределах, является главной задачей импульсного детектора. Желательнопри этом получить высокий коэффициент передачи, но не за счет увеличенияискажений сверх заданной величины.
Режим работы и параметры схемыимпульсного детектора выбирается из условия обеспечения допустимых искаженийформы импульсов.
Схемы пикового и импульсного детекторов аналогичны, отличиетолько в том, что постоянная времени нагрузки у пикового детектора на два, три порядка больше, чем у импульсного. В таких детекторах используют германиевые диоды.
/>4.9. Выбор элементнойбазы. Задания на разработку каскадов.На частотах до 7 ГГц втранзисторных преобразователях широко используются биполярные транзисторы(БП), на более высоких частотах, включая миллиметровый диапазон — полевыетранзисторы с барьером Шотки (ПТШ). Имея выбор между БП и ПТШ предпочтениеотдают ПТШ, так как они обладают лучшими шумовыми и усилительнымипоказателями, поэтому используем транзисторный преобразователь частоты надвухзатворном ПТШ. Для применения в смесителе был выбран арсенид-галиевый ПТШ АП 328-2, альтернативы которому отечественная промышленность не выпускает.
Исходные данные для расчёта:
Частота входного сигнала fc = 1,3 ГГц; l=23см;
Коэффициент шума транзистора Штр=1,5(ориентировочно)
Частота гетеродина fг =1,27 ГГц
Для применения в УПЧ остановимсяна отечественных ИМС серии К175. Серия ИМС 175 представляет собой комплектинтегральных микросхем, предназначенных для применения в трактах промежуточнойчастоты радиолокационной и связной техники, а так же в других узлах РЭА.
ИМС К175УВ2 — универсальнаяусилительная схема, обладает следующими характеристиками:
Напряжение источника питания - 6,6В
Ток потребления - 3,5мА
Коэффициент усиления - 10
Входное сопротивление - 1кОм
Выходное сопротивление - 1,9кОм
Верхняя граничная частота - 40МГц
Коэффициент шума - 10дБ
ИМС К175УВ4 — универсальнаяусилительная схема, обладает следующими характеристиками:
Электрические параметры ИМСК175УВ4 при 25+10оС и Uпит=6,3 В:
· ток потребления Iпот, мА при Uвх=0 В, не более.................1,8...3;
· напряжения на выводах, В: 9.........................................3,5...4,5;
11...........................................2...2,9;
12........................................1,3...1,5;
13...........................................0,9...1,5;
междувыводами 2 и 10............................................-2...+2;
· крутизна вольт-амперной характеристики Sэ,мА/В,
при Uвх=10мВ и fвх=1МГц.........................................................10;
· коэффициент шума Kш, дБ при fвх=20 МГц, не более..................8;
· верхняя граничная частота fв,МГц, при Uвх=10 мВ..................150.
Предельные эксплуатационныепараметры ИМС К175УВ4:
· напряжение питания Uпит, В:минимальное....................................3;
максимальное.................................9,5;
номинальное...................................6,3;
· максимальное напряжение, В, на выводах: 2,10......................12,5;
13...........................1,2;
· входное напряжение, В: синфазное........................................2...4,4;
дифференциальное.........................-2...+2;
Исходя из необходимостиобеспечения таких параметров УПЧ, как
· низкий коэффициент шума;
· малые искажения переднего фронта радиоимпульсов;
· заданный коэффициента усиления при минимальном числе каскадов
· минимальную себестоимость (исходя из данных табл. 6.1),
для использования в УПЧ выбираем [7] ИМС К175 УВ 4(рис.4.9.2).
/>
Рис.4.9.2: принципиальная схема ИМС К175УВ4
Назначение выводов: 1 — общий;
2 — выход 1;
3 — внутренний нагрузочныйрезистор 1;
4 — вход1;
5 — общая точка внутреннихнагрузочных резисторов;
6 — вход 2:
7 — внутренний нагрузочныйрезистор 2;
8 — +Uпит;
9 — вывод делителя напряжения 1;
10 — выход 2;
11 — вывод делителя напряжения2;
12 — вывод делителя напряжения3;
13 — вход регулировки усиления;
14 — вывод установки и контролярежима.
Данные для расчёта:
Частотасигнала fпч = 30 МГц
Коэффициентусиления К= 6×103
Искажения переднегофронта импульса tу =0,09 мкс;
Для использованияв детекторе из литературы [3] выбираем детектирующий полупроводниковый диодД9Б, т.к. его характеристики удовлетворяют следующим требованиям:
fпч = 30 МГц < fд= 40 МГц;
Cд = 1...2 пФ;
Uпр = 0,9 В;
Iпр = 90 мА;
Ri = 10 Ом;
Uобрmax = 10 В;
Iобр = 250 мкА;
Rобр = 0,4 МОм.
Данные для расчёта:
Частота сигнала ПЧ fпч =30 МГц;
Параметры входного контура Lк=50нГн; Ск = 2 пФ;
Допустимые искажения импульса :
Время нарастания импульса tу =0,2 мкс;
Время спада импульса tсп = (0,3...0,5)×tи = (0,3...0,5)×1 = 0,3 мкс;
UвхДет = 0,5 В;
Kд ~ 0,8 ...0,9.
5.Расчет элементов принципиальной схемы приемника5.1. Антенный переключательОдним из основных узлов РЛП является антенный переключатель(АП).Антенные переключатели предназначены для коммутации передатчика кантенне на время прихода отраженных или ответных сигналов. Они должны: обеспечить уменьшение до минимума мощности излучаемого зондирующегоимпульса просачивающегося на на вход приемника; быть быстродействующими т.к.с увеличением времени срабатывания возрастает вероятность пробоя входныхцепей приемника, а с увеличением времени востановления увеличиваетсяминимальная дальность РЛС (мертвая зона обзора на малых расстояниях от РЛС);иметь минимальные потери мощности при излучении зондирующего импульса иособенно при приеме отраженного от цели сигнала; обладать большим сроком службыи высокой надежностью. Коммутационные АП состоят настроенных отрезков линий игазоразрядных приборов (разрядников), изменяющих сопротивление под действиеммощных СВЧ сигналов. Разрядники включают в фидерный тракт РЛС параллельно илипоследовательно.
АП на необратимых элементах применяют в РЛС сантимитрового диапазона. В качестве необратимых элементов используют фидерныевентили и циркуляторы.
При расположении феррита волноводе , передаваемая поволноводу электромагнитная энергия. В зависимости от направления ее движениялибо поглащается либо проходит практически без потерь. Феррит помещается в сильное поле постоянного магнита. При этом ферромагнитный резонанс наступаеттолько при движении электромагнитной волны в одном направлении. При резонанасепрактически вся СВЧ энергия в волноводе поглащается вентилем.
Выбор типа АП зависит отмощности излучаемого зондирующего импульса. При мощности импульса 100-150 КВт АП реализуют путем последующего соединения ферритового циркулятора, газового разрядника идиодного резонансного СВЧ ограничителя (рис. )
При мощности 1-2 КВт газовый разрядник не вводят всостав АП.
В АП (рис. ) используют два последовательно соединенных циркулятора Ц1 и Ц2. Сигнал от передатчика поступает наплече 1 циркулятора Ц1 и через плече 2 подается в антенну; при этом на выходплеча 3 сигнал от передатчика проходит с существенным ослаблением (13- 25 дб).Далее сигнал с плеча 3 циркулятора Ц1 подается через циркулятор Ц2 наразрядник Р, уменьшая его сопротивление до ноля. При этом СВЧ сигналотражается от разрядника к плечу 2 циркулятора Ц2 и поглощается всогласованной нагрузке R. Зажигание разрядника Р спустя некоторое время ( с)после изменения зондирующего импульса. Выделяемая за это время энергия можетвывести из строя последующие каскады приемника. Для предотвращения этого всхеме АП предусматривается СВЧ ограничитель, подключенный к основной линии вт.А через отрезок линии l= l/2. Ограничитель состоит из последовательносоединенных диода Д и короткозамкнутого шлейфа длинной l2 с индуктивнымреактивным сопротивлением, параллельно которым подключен разомкнутый емкостнойшлейф длиной l1. При сигнале высокого уровня диод Д эквивалентен цепи изпоследовательносоединенных сопротивления и индуктивности.при этом между т.В иподложкой образуется параллельный резонансный контур, сопротивление которогопри резонансе велико. Значит, четвертьволновый отрезок линии длинной l привысоком уровне сигнала работает практически в режиме холостого хода; входноесопротивление линии равно 0. Значит, сигнал просачивающийся в ограничительотражается обратно в циркулятор Ц2. Полезный сигнал, отраженный от цели,поступает от антенны на плече 2 циркулятора Ц1, практически без ослабленийпередается на плече 3 циркулятора Ц1 и далее через плечи 1 и 2 циркулятора Ц2на разрядник Р. Мощность отраженного сигнала недостаточна для зажиганияразрядника, вследствие чего принятый антенной сигнал передается по основнойлинии в последующие каскады приемника. Для сигнала малого уровня отрезок линиидлинной l работает практически в режиме К.З.; входное сопративление этой линииравно бесконечности и энергия принятого сигнала проходит в последующие каскадыРЛП практически без ослабления.
5.2. Разрядники защиты приемникаЗащиту триодов входного каскадаРЛП отперегрузки и повреждения СВЧ сигналами (от собственного передатчика РЛСили от внешних источников помех) в полосе рабочих частот, как уже указывалось,обычно осуществляют разрядником защиты приемника (РЗП) и ограничителемСВЧ-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 уровнямощности 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 впроцентах 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) — максимальнаяимпульсная 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 tGпосле окончания вх.импульса СВЧ, в течение которого потери снизятся до условнойвеличины Lпр + G (дБ).
Диодный ограничитель, в отличае от РЗП, не требуетникаких 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 уровнемощности (потери пропускания Lпр малы), и при состоянием запиранияпри большой мощности сигнала, т.е. на высоком уровне мощности (потери запиранияLзап велики).
5.3. Входная цепьВ используемом диапазоне частотв силу особенностей несимметричных полосковых волноводов [9] наиболееперспективно использование согласующих цепей на микрополосковых линиях.Основными характеристиками микрополосковой линии, сечение которой показано на (рис.5.1.1, б) являются: волновое сопротивление и эффективная диэлектрическаяпроницаемость, которые зависят от толщины подложки Н, ширины микрополосковойлинии Е, толщины металлизированного слоя t иотносительной диэлектрической проницаемости e. Из соображений технологичности широкое применение в качествеполосовых фильтров (ПФ) находит связанная система из резонансных полуволновыхразомкнутых резонаторов [3]:
/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />а)
б)
/>рис.5.1.1Такой ПФ (рис.5.1.1, а) образованрядом одинаковых параллельно связанных линий (длина участка связи равна L0/4),и является наиболее употребительным из-за отсутствия особо критичныхразмеров.
Основными исходными данными дляпроектирования такого полосового фильтра являются:
частота сигнала, полосапропускания приёмника, затухание в полосе пропускания Lп,обычно принимаемое за 3 дБ, полоса заграждения Пз, определемая внашем случае как Пз=4fпч=120 МГц, затухание на границах полосы заграждения Lз=26 дБ, волновые сопротивления подводящих линийW0=75 Ом.
При использовании дляаппроксимации частотной характеристики фильтра максимально плоских функцийБаттерворта можем посчитать число элементов n поформуле:
/>/>/>
/>/> 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 иполучаем, что проектируемый ПФ должен состоять из (n+1)=2элементов.
Электрическая длинна li отрезков связанных линий всех звеньев фильтраодинакова: li<sub/>=L0/4,
где L0 — длина волны в линии на частотеfс: L0=f0/2e,
e — эффективная диэлектрическая проницаемость среды в линии,равная для симметричной полосковой линии относительной диэлектрическойпроницаемости 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 величинупереходных затуханий связанных звеньев (дБ):
Сi=10lg(qi+1)
q1=q3=833,56 q2=374123
C1=C3=29,2дБ 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)Схемапреобразователя частоты на полевом транзисторе
с внешнимгетеродином ([4]):
/>
В преобразователе частоты надвухзатворном ПТШ АП 328-2 напряжения сигнала и гетеродина подаются на разныезатворы, что позволяет добиться лучшей развязки между сигнальной и гетеродиннойцепью по сравнению со смесителем на однозатворном ПТ ([3]). Преобразование частоты обеспечивается за счет изменениякрутизны сток — затворной характеристики по сигнальному затвору под воздействиемпеременного напряжения на гетеродинном затворе.
/>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=6мА/В
Пользуясь характеристиками ПТ (рис.3), выбираем напряжениесмещения:
Eсм=UЗИотс/2=0,5/2=0,25 В
Суммаамплитуд 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 отнапряжения затвор-исток UЗИ имеет вид:
IС=0,5×Sнач×(1+ UЗИ / UЗИотс)2
При подаче на входсмесителя напряжений сигнала uc=Uсcoswctи гетеродина uг=Uгcoswгt получаем амплитуду тока частоты wп=wг-wс:
Iп=0,5×Sнач×Uñ×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;
Ñ3=С4=1/((2×f0)2×L)=1/((2×3,14×3×107)2×10-6)=
=28×10-12=28 пФ
Характеристическоесопротивление контуров:
/>/> rк= ÖLк/Ñк = Ö10-6/28×10-12=1,9×102
По таблице 6.1 [3] находим отношение полосы пропускания двухконтурногорезонансного каскада к полосе приёмника:
Y(n)=1,56
Полоса пропускания одногокаскада УПЧ по уровню -3 дБ:
Пiупч=П×Y(n)=6×1,56=9,3 МГц
Эквивалентное затуханиеконтуров:
/>/>dэ=Пiупч/Ö2×f0=9,3/Ö2×1,3×109=0,05
Полагаем коэффициентвключения транзистора в
резонансный контур m1=1;
dэ/rк = d0+ m12× gвых.ПТ + m22× gвх.УПЧ
Исходя из условий [3] зададимся собственными затуханиями:
d0 @0,006..0,01. Принимаем: d0= 0,006; gвыхПТ @ 0.
Коэффициент подключения m2:
/>
Коэффициенты передачисмесителя:
понапряжению:
Кu= m1×m2×Sпр×rк<sub/>/2×dэ =1×0,8×1,12×10-3×1,9×102/2×0,05=1,7
помощности:
Кр= Кu2×Rа/ RвхУПЧ=1,7×75/1×102 = 2,2
Для расчета коэффициента шума смесителя на ПТШ необходимыматрицы S-параметров транзистора АП328А2, которые, какправило, определяются экспериментально (в справочной литературе не обнаружены).Поэтому оценим коэффициент шума транзистора в режиме преобразования частоты :
ШПЧ=(2..3)×Штр=(2..3)×1,5 @ 3 дБ
Расчёт смесителя по постоянному току :
Напряжениесмещения:
Есм=Uси0= Icо×R2=0,25 В
R2=0,25/5×10-3=50 Ом
Напряжениеисточника питания:
Еп=Uси0+Icо×Rи=0,25+5×10-3×0,2×103=1,25В
Так как необходимо согласовать ВЦи вход смесителя с волновым сопротивлением антенно-фидерного тракта 75 Ом, то взяв R1=Róò=75 Oм получим входное сопротивление смесителя Rвх=75 Ом (т.к. входное сопротивление ПТШдостаточно велико).
5.5. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)Усилители с широким динамическимдиапазоном могут быть построены по схеме усилителя-ограничителя (УО) илиусилителя с логарифмической амплитудной характеристикой (ЛАХ). У последнихмежду входным и выходным сигналом существует вполне определенная функциональнаязависимость вида :
/>
УО такой зависимостью нехарактеризуются.
Логарифмическиеусилители могут быть выполнены по параллельной и последовательной и схеме. Впервой используется параллельное включение каскадов усилителя с различнымкоэффициентом усиления. Для защиты от перегрузок и повышения стабильности навыходе каждого каскада ставится двусторонний усилитель-ограничитель, и с выходакаждого канала сигналы суммируются. Однако увеличение массогабаритныхпоказателей, связанное с необходимостью использования значительного числа каналов,обусловило большее распространение усилителей с ЛАХ, построенных по методупоследовательного усиления и суммирования:
/>
Рис.5.5.1.
Такой усилитель (рис.5.5.1) представляет собойпоследовательное соединение нескольких каскадов, каждый из которых, в общемслучае, содержит линейный усилитель и двусторонний ограничитель. Выходы всех каскадов объединены сумматором через буферные каскады (БК), способствующиеувеличению развязки между каскадами и повышению устойчивости усилителя. Дляполучения амплитудной характеристики, достаточно хорошо приближающейся клогарифмической, все каскады должны быть идентичны. В зависимости отособенностей реализации и назначения логарифмического усилителя, в обобщеннуюсхему могут вноситься изменения. Так, возможно совмещение функций линейногоусиления и двустороннего ограничения, например в ИМС; сумматор может бытьвыполнен в виде резистора, усилительного каскада или линии задержки; буферныекаскады могут использоваться также и для коррекции частотной и фазовойхарактеристик усилителя.
Амплитудная характеристика логарифмических усилителейописывается системой уравнений:
/>/>
где К0 – коэффициентусиления в линейном режиме; Uâõ.í– ïîðîãîâûéóðîâåíüâõîäíîãîñèãíàëà,íà÷èíàÿ ñêîòîðîãîàìïëèòóäíàÿõàðàêòåðèñòèêàñòàíîâèòñÿëîãàðèôìè÷åñêîé;b – коэффициент, определяющий наклон ЛАХ.
Основные показатели логарифмического усилителя могут бытьопределены из соотношений [11]:
/>
где КОС — коэффициент усиления одного каскада на ИМС;
Dвх = Uâõ.макс/ Uâõ.í — логарифмический динамический диапазон усилителя, определяемый протяженностьюлогарифмического участка амплитудной характеристики и равный динамическомудиапазону изменения уровня входных сигналов;
Uâõ.макс — максимальный уровень входного напряжения, соответствующий концулогарифмического участка амплитудной характеристики;
Uâõ.í — напряжение на входе ИМС, при котором начинается амплитудное ограничение;
n — числокаскадов усилителя;
K0n<sub/>- к-т усиления всего усилителя в линейном режиме;
d — ошибка, связанная с отклонением АХ от логарифмической.
Данные к расчету:
· частота сигнала ПЧ: fпч = 30МГц;
· избирательность по соседнему каналу: Seск= 10 дБ;
· коэффициент усиления УПЧ: K0n=13440;
· искажения переднего фронта импульса: Dtи=0,15 мкс;
· динамический диапазон входных сигналов Dвх=60 дБ;
· динамический диапазон выходных сигналов Dвых=<10 дБ;
· порог логарифмирования АХ: Uâõ.í=1×10-4 В.
Принципиальнаясхема УПЧ [11] приведена нарис.5.5.2
/>
Рис.5.5.2Принципиальная схема УПЧ
/>Расчет УПЧ на ЭВМВвидуограниченности выбора ИМС, обладающих соответствующими паспортными данными, атак же трудности аналитического решения системы, расчет УПЧ будем производитьметодом последовательных приближений с использованием ЭВМ и программы Micro Cup V.Расчет логарифмической амплитудной характеристики УПЧ выполним по программесобственной разработки WinЛАХ. Ниже приведенырезультаты расчета, а листинг программы WinЛАХ дан вприложении.
/>
/>
/>5.6. Расчёт детектораДля детектирования радиоимпульсов , т.е. для преобразованияих в видеоимпульсы, используем последовательные диодные детекторы, выполненныепо схеме (рис.5.5.1).
Lд
Сн
Ск
Rн
/>рис.5.5.1Последовательныйдиодный детектор
Видеоимпульсы с выхода детектора поступают навидеоусилитель.
Данные для расчёта:
Частота сигнала ПЧ fпч = 30 МГц;
Параметры входногоконтура Lк=50 нГн; Ск = 2 пФ;
Допустимые искаженияимпульса :
Время нарастания импульса tу =0,2 мкс;
Время спадаимпульса tсп = (0,3...0,5)×tу= (0,3...0,5)×0,2 = 0,1 мкс;
UвхДет= 0,5 В;
Kд~ 0,8 _ 0,9.
Крутизна ВАХ диода:
Sд = Diд / Duд = 1/Riд = 1/ 10 = 0,1
Ёмкость в нагрузке:
Cн = 15×Cд — Cм = 15×2 пФ — 8 пФ= 22 пФ
Rн~=tсп/(2,3×CН)=0,1мкс/(2,3×22пФ)=5.1кОм-параллельное сопротивление Rн и Rвх=1кОм ( в случаеиспользования ВУ на ИМС К175УВ2)
Сопротивление нагрузки детектора
Rн = (Rн~×Rвх ву)/( Rн~ + Rвх ву) = (5,1к×1к)/( 5,1к + 1к) = 1,2 кОм
Проверка правильности выбранных параметров детектора:
Rн~×(Cн + CвхвУ + Cм)È (1..2)/fпр
5,1 кОм×(22 пФ+ 50 пФ + 8 пФ) È (1..2)/30 МГц
4×10-6> 0,067×10-6Þ параметры детекторавыбраны правильно.
Коэффициент передачи детектора Кд:
Кд = cosQ @ 0,8...0,9
/>/>где Q = Ö3p/ (Sд×Rн) = Ö 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<sub/>+ 2,5×10 + 1,9×103)=0,2 мкс
Коэффициент подключения mд
Lк = 50 нГн и Cк = 2 пФ — параметрывыходного каскада УПЧ;
/>rк = ÖLк/Cк = 158 Ом — характеристическое сопротивление контура
d0= 0,006 [справочникПетрова] Þ П0,7 упч = d0×fпр = 5 МГц
dвн д = П0,7 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 + Rвхву) ×D%) =
= 0,66×10-6×100% / ((1,2×103 + 1000) ×2%)= 15 нФ
Определим нужно ли ставить дроссель для фильтрации пульсацийимпульса fпр Если Кф <0,01-0,02, то дросель можно не ставить
Кф =( Свх ву / (Cн + Свхву)) × 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 СдрLдр:
Сдр @3...5пФ, принимаем Сдр = 2пФ
fдр @0,7fпр = 0,7×30 МГц = 21 МГц
Lдр = 1/((2p)2×fдр2 ×Сдр) = 1/((2p)2×21МГц2×2пФ) = 28,7 мкГн
Кф`при наличии дроселя
Кф` = Сдр/(Сдр+ Свх ву) = 2пФ / (2пФ + 50пФ) = 0,04
/>5.7. Проверочный расчётПроверим, соответствует ли спроектированный приёмниктребованиям 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×6,93×106=0,73×10-12 < Ра(ТЗ) = 1×10-12
Следовательно, спроектированныйприёмник отвечает всем требованиям ТЗ.
Принципиальная схема приемника/>
Спецификацияэлементов/>
6.Технико-экономическое обоснование6.1. ТЭО выбора элементной базыВ УПЧ целесообразно применениеотечественных ИМС серии К175. Серия ИМС 175 представляет собой комплектинтегральных микросхем, предназначенных для применения в трактах промежуточнойчастоты радиолокационной и связной техники, а так же в других узлах РЭА.
Табл.6.1Цена 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 8.20Исходя из необходимостиобеспечения 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 К175УВ 4.
6.2. Расчет технико-экономических показателей блокаПЧРасчет себестоимостиизготовления изделия
Себестоимость изделияпредставляет собой совокупность всех затрат на производство и реализациюпродукции.
Табл.6.2Стоимость комплектующих деталей дляразработанной схемы блока ПЧ
наименование комплектующих кол-во стоимость, руб. 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 1Стоимость схемы Ссхемы
56,35Транспортные расходы Ртрансп= Ссхемы ×5%
2,82Итого стоимость комплектующих Скомпл
59,17
Расчет себестоимости изготовления печатной платы блокаПЧ:
Необходимо учесть стоимостьполуфабрикатов, идущих на изготовление печатной платы блока ПЧ. В качествематериала выбираем двусторонний фольгированный гетинакс, стоимостью 50 руб. за1 м2. Для разрабатываемого изделия необходима одна печатная платаплощадью 60 см2. Стоимость материала для изготовления печатной платысоставляет:
Цмат.печ.пл.=(60/10000)×50=0,3 (руб.)
Заработная плата основным рабочим за изготовление печатнойплаты:
З печ.пл =56,95 ×0,1 = 5,6 руб.
Накладные расходы: Н=200%
Себестоимость изготовленияпечатной 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.6.3Заработная плата основным рабочим за изготовление блока ПЧ
№ вид работ разряд время выполне-ния, час часовая ставка, руб/час зарплата, руб 1подготовка выводов элементов
к установке
II 0,4 2,60 1,04 2 установка элементов III 0,48 2,88 1,38 3пайка выводов
«волной»
III 0,002 2,88 0,01 4 проверка и настройка IV 1 3,58 3,58 5 лакировка II 0,4 2,60 1,04 Итого заработная плата З: 4,62Стоимость 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 социальныенужды;
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 корпусовИМС, количеством дискретных элементов, а так же конструкцией печатной платы.
Табл.6.4 Массаблока ПЧ
наименование
комплектующих
кол-во масса, гр. 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 25Всего:
69,5Габариты Г печатной платы: 60 Х100 мм.
Расчет показателей надежности
Надежностью называется свойство объекта, системы,изделия, устройства или их частей выполнять заданные функции, сохраняя вовремени значения установленных эксплуатационных показателей в заданныхпределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации,технического обслуживания, хранения и транспортировки.
Расчетнадежности основывается на следующих допущениях:
1. Всеэлементы данного типа равнонадежны, т. е. интенсивность отказов li для этих элементов одинакова;
2. Все элементы работают внормальных технических условиях;
3.Интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени (срока службы);
4. Отказыэлементов являются событиями случайными и независимыми;
5. Все элементы работаютодновременно;
6. Отказлюбого элемента приводит к отказу всей системы;
При расчетенадежности блока ПЧ радиолокационного приемника необходимо определитьвероятность безотказной работы устройства в произвольном интервале времени t,которая определяется выражением:
/>, 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 соответствующимиинтенсивностями отказов l1,l2,l3...ln-1,ln и повреждение одного из них приводит к нарушениюработы всего устройства, то интенсивность отказов устройства, состоящего изэлементов различных типов:
/>
где li – интенсивность отказовэлементов i-го типа;
n –количество элементов i-го типа;
lп – интенсивность отказов паяныхсоединений;
m – количество паяных соединений;
Интенсивностьотказов li зависит отсвойств радиодеталей, режима их работы и условий эксплуатации. Значение li для любого
класса аппаратуры определяетсястатистическими методами в ходе
эксплуатации.
Интенсивностьотказов 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
элементов
Кол-во, штук Интенсивность отказов одного эл-та всех эл-тов ИМС К175УВ4 50,6×10-6
3×10-6
Резисторы МЛТ-0,125 170,03×10-6
0,51×10-6
Конденсаторы К-50-11 180,04×10-6
0,72×10-6
Катушка индуктивности 10,03×10-6
0,03×10-6
Транзистор КП302А 10,4×10-6
0,15×10-6
Паяное соединение 1441×10-8
1,44×10-6
Расчетная интенсивность отказов lрасч:
3,35×10-6
Интенсивностьотказов l = Кl× lрасч,
где Кl<sub/>@ 17 — коэффициент,учитывающий работу в реальных условиях. Отсюда l =17×3,35×10-6 =5,7×10-5
Зададимся временем работы tð=8ч. Тогда вероятность безотказной работыблока ПЧ в течение 8ч составит:
/>
Зададимся временем работы tð<sub/>= 1год =24×365 = 8760ч. Тогда вероятностьбезотказной работы блока ПЧ в течение 1г составит:
/>
Для оценки надежностиаппаратуры многократного использования используется параметр Кг- коэффициент готовности, представляющий собой вероятность того, что впроизвольный момент времени аппаратура будет находиться в состоянии готовности(окажется работоспособной). Коэффициент готовности определяется отношениемсуммарного времени безотказной работы (наработки) Тн к сумменаработки и времени восстановления, взятых за период эксплуатации:
/> <td/>/>
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:/>
Табл.6.6 Технико — экономические показатели блока ПЧ
проектируемого РПрУ
№ технико-экономические показатели обозна-чение ед-ца изм-я аналог разработка 1 Коэффициент усиления по напряжениюКu
-7 ×103
6 ×103
2Динамический диапазон:
· на входе
· на выходе
Dвх
Dвых
дБ60
10
70
10
3 Коэффициент шума Ш - 15 10 4Вероятность безотказной работы
· в течение 8 ч.
· в течение 1 г.
р - 0,99720,99954
0,607
5 Коэффициент готовностиКг
- 0,9965 0,99886 6 СебестоимостьСполн
руб 98 93 7 Масса m г 139 70 8 Габариты Г мм 80Х140 60Х100
Выводы
В соответствии с техническим заданием произведено ТЭО выбораэлементной базы и проведен расчет технико-экономических показателей блока ПЧпроектируемого РПрУ. Расчет показал, что разработанный блок ПЧ практически повсем параметрам превосходит аналог, кроме коэффициента усиления (см. табл.6.7). Проектирование УПЧ на интегральных микросхемах привело к увеличениюнадежности и снижению себестоимости блока, а так же улучшению массогабаритныхпоказателей. Однако, следует отметить, что разработка отечественнойпромышленностью аналоговой микросхемы, целиком включающей в себя весь УПЧ,привела бы к еще большему увеличению экономической эффективности применения ИМСв приемнике РЛС.
/>7.Охрана труда при работе с радиолокационной станциейРадиолокационнаястанция — объект повышенной опасности. Наличие опасных и вредныхпроизводственных 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. Вчастности, охрана труда рассматривает наличие опасных и вредных факторов приработе на РЛС, предусматривает меры и мероприятия по предупреждению несчастныхслучаев и профессиональных заболеваний. Согласно ГОСТ 12.003-74 ( ст. СЭВ780-77 ) ССБТ опасные и вредные производственные факторы делятся по природедействия на следующие группы:
nфизические
nхимические
nпсихофизиологические
Одним изисточником опасного воздействия на человека является радиолокационная станция.Согласно ГОСТ 120.003-74 ССБТ при работе с РЛС на судоводителя действуют группыфизических и психофизиологических факторов. К физическим в случае работы с РЛСотносятся:
nповышенный уровень электромагнитных излучений
nповышенное значение напряженности в электромагнитной цепи,замыкание которой может произойти через человека
Психофизическаягруппа факторов подразделяется на:
а)физические перегрузки
б)нервно-психические перегрузки
При работе сРЛС выделяются нервно-психические перегрузки, выражаемые в умственномперенапряжении.
Итак, вслучае работы с РЛС учитываются следующие опасные и вредные производственныефакторы:
1. повышенныйуровень электромагнитных излучений
2. повышенноезначение напряженности в электрической цепи, замыкание которое может произойтичерез тело человека
3. умственноеперенапряжение
/>7.1. Биологическоедействие СВЧ — излучения на организм человекаВоздействие мощныхэлектромагнитных полей на человека приводит к определенным сдвигам в нервно-психическойи физиологической деятельности, однако как предполагают, «многоступенчатая»система защиты организма от вредных сигналов, осуществляемая на всех уровнях отмолекулярного до системного, в значительной степени снижает вредность действия«случайных» для организма потоков информации. Поэтому, видимо, если инаблюдается определенная реакция на эти поля, то здесь нужно говорить скорее о,физиологическом в общем смысле, чем о патологическом аспекте воздействияэлектромагнитной энергии. Несмотря на то, что нетепловые, или специфическиеэффекты воздействия радиоволн открыты относительно давно, определяющим длянормирования опасности работы в условиях воздействия ЭМП во многих странах покапринята степень их теплового воздействия.
Для выяснениябиофизики теплового действия СВЧ на живые организмы рассмотрим кратко факторы,определяющие нагрев тканей при облучении их ЭМП.
1. Существованиепотерь на токи проводимости и смещения в тканях организма приводит кобразованию тепла при облучении. Количество тепла выделяемое в единицу временивеществом со среднем удельным сопротивлением (Ом/см) при воздействии на негораздельно 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 )
Доляпотерь в общей величине поглощенной теплом энергии возрастает с частотой.
2. Наличиеотражения на границе «воздух-ткань» приводит к уменьшению теплового эффекта навсех частотах приблизительно одинаково.
Табл.7.1 Коэффициент отражения Ко от границ междутканями при различных частотах.
Частота, МГц
Границы раздела
100 200 400 1000 3000 10000 24500 воздух -кожа 0.758 0.684
0.623
0.57
0.55
0.53
0.47кожа -
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, будетравна:
Ппогл = П×( 1- Ко ),
где П — плотность потока мощности.
3. Глубинапроникновения энергии СВЧ вглубь тканей зависит от резисторных идиэлектрических свойств ткани и от частоты.
Табл.7.2 Глубина проникновения энергии СВЧ в различныеткани при изменении поля в е раз в долях длины волн.
l, см.
Ткань
300 150 75 30 10 3 1.25 0.86Головной мозг 0.012 0.028 0.028 0.064 0.048 0.053 0.059 0.043
Хрусталик глаза 0.029 0.030 0.056 0.098 0.050 0.057 0.055 0.043
Стекловидное тело 0.007 0.011 0.019 0.042 0.054 0.063 0.036 0.036
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 -
4. Соизмеримостьразмеров тела с длинной волны приводит к появлению существенной частотнойзависимости взаимодействия поля с телом. Эффект облучения тела человека сильнозависит от поляризации и ракурса освещения его радиоволн CВЧ.
5. Существованиемежду различными слоями тела слоев с малой диэлектрической проницаемостьюприводит к возникновению резонансов — стоячих волн большой амплитуды, которыеприводят к так называемым микронагревам.
6. Перераспределениетепловой энергии между соседними тканями через кровь наряду с конвенционнойотдачей энергии теплоиспусканием в окружающее пространство во многом определяеттемпературу нагреваемых участков тела. Именно из-за ухудшенной системы отводатепла от некоторых сред ( глаза и ткани семенников — в них очень малокровеносных сосудов). Эти органы тела наиболее уязвимы для облучения.Критическим для глаз считается повышение температуры на 10 град. С. Высокаячувствительность семенников к облучению связана с известным фактом, что принагревании их всего на 1 град. С. Возникает частичная или полная временнаястерилизация.
Крометеплового действия радиоволн СВЧ на живой организм, оказывает влияние испецифическое их действие.
Наиболееобщим эффектом действия радиоволн на организм человека (электромагнитныхизлучений малых уровней) является дезадонтация — нарушение функций механизма,регулирующих приспособительные реакции организма к изменениям условий внешнейсреды ( к теплу, холоду, шуму, психологических травм т. п. ) т. е. СВЧ полеявляется типичным стрессом.
Кспецифическим эффектом воздействия поля также относятся:
·Кумуляция — приводит к тому, что привоздействии прерывистого облучения суммарных эффект накапливается и зависит отвеличены эффекта с самого начала воздействия.
·Сенсибилизация — заключается в повышениичувствительности организма после слабого радиооблучения к последующимвоздействиям.
·Стимуляция — улучшение под влиянием поляобщего состояния организма или чувствительности его органов.
В Россиипроводятся широкие исследования, направленные на выяснения профессиональнойвредности СВЧ радиоволн. Исследования позволили выявить у лиц, подвергающихсяхроническому СВЧ воздействию, определенные изменения со стороны нервной исердечно-сосудистой систем, эндокринных желез, крови и лимфы, хотя вподавляющем большинстве случаев эти изменения носят обратимый характер. Прихроническом действии СВЧ поля были обнаружены также случаи помутненияхрусталика и снижения обонятельной чувствительности человека.
При плотностимощности 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 наблюдаетсяприливы к голове, чувство жара, половая слабость, приступы тошноты, потемненияв глазах. Изучаются генетические последствия воздействия радиоволн.
/>7.2. Защитаобслуживающего персонала от СВЧ излученийРадиолокационнаястанция включает в себя мощные СВЧ устройства, в которых генераторывысокочастотной энергии имеют мощность около сотен киловатт в импульсномрежиме. Даже если небольшая часть этой мощности просачивается в окружающееустановку пространство, это может представлять опасность для окружающих:воздействие достаточно мощного СВЧ излучения на зрение, нервную систему идругие органы человека может вызвать серьезные болезненные явления. Поэтому приработе с мощными источниками СВЧ энергии необходимо неукоснительно соблюдатьтребования техники безопасности.
В нашейстране установлена безопасная норма СВЧ излучения, т.е. так называемаясанитарная норма — 10 мкВт/см/>.Она означает, что в месте нахождения обслуживающего персонала мощность потокаСВЧ энергии не должна превышать 10 мкВт на каждый квадратныйсантиметр поверхности. Эта норма взята с многократным запасом. Так, например, вСША в 60-е годы была норма в 1000 раз большая — 10мВт/см/>.
Следуетотметить, что по мере удаления от мест излучения СВЧ мощности — от резонаторныхкамер или волноводных систем, где производится обработка с помощью СВЧ энергии,— поток излученной энергии быстро ослабевает (обратно пропорционально квадратурасстояния). Поэтому можно установить безопасную границу, где уровень излученияниже нормы, и выполнить её в виде ограждения, за которое нельзя заходить вовремя выполнения технологического процесса. При этом защитные устройстваполучаются достаточно простыми и недорогими.
В настоящеевремя существует несколько видов как твердых, тик и мягких (типа резины)поглощающих материалов, которые уже при толщине в несколько миллиметровобеспечивают практически полное поглощение просачивающейся СВЧ энергии.
Поглощающийматериал закладывается в щели между теми металлическими деталями резонаторныхкамер или волноводных структур, которые не могут быть соединены сваркой илипайкой.
Предотвращениеизлучения через отверстие для наблюдения или подачи воздуха осуществляетсяприменением металлических трубок достаточно малого внутреннего диаметра инеобходимой длины. Такие трубки являются запредельными волноводами ипрактически не пропускают СВЧ энергию. Необходимо, чтобы внутренний радиус Rбыл в 10...15 раз меньше рабочей длины волны. В этом случае погонное затухание(в децибелах на сантиметр) на низшем типе волны H11 может бытьприблизительно определено по формуле L=16/R, а общее затуханиепри длине трубки l становится равным 16l/R дБ.
Рассмотримчисленный пример. Пусть рабочая длина волны l=23 см. Возьмем трубку с внутренним радиусом R=1,5см. Пользуясь формулой для L, определим, что на каждомсантиметре длины трубки погонное затухание L=16/1,5=10,8 дБ/см.Если мощность СВЧ колебаний резонатора составляет 1 кВт, а внетрубки будем считать допустимой мощность 1 мкВт, то на длинетрубки l должно быть ослабление 1кВт/1мкВт=1/10/>=10/> раз, или 60дБ. Длина трубки будет l=60/L=60/10,8=5,17 см.
Окончательнодлину трубки с внутренним диаметром 15 мм можно принять равной 5см. Как видим, безопасный уровень излучения может быть получен при неочень длинных трубках и при достаточно больших диаметрах.
Дляпромышленных установок СВЧ характерна необходимость многоразового открывания изакрывания люков загрузки, и т.д. От этих операций защитные устройства, вособенности контактные, постепенно изнашиваются. Кроме того, с течением времениконтактные поверхности окисляются. В результате излучение может возрасти внесколько раз и даже на один-два порядка. Поэтому необходимы систематическоенаблюдение за состоянием защитных устройств, проведение периодических замеровуровня излучения. Отсюда и жесткие требования к надежности защитных устройств.Чтобы в эксплуатации нормы облучения не были превышены, заводские сдаточныенормы на излучение делают более жесткими. Так, в Японии допускается увеличениеизлучения от заводских норм до эксплуатационных при количестве открываний более100 тыс. раз. Собственно, при таких условиях и проводятсяпериодические заводские испытания защитных устройств.
Список литературы:1. Проектирование СВЧ устройстврадиолокационных приёмников — М.: Советское радио, 1973.
2. Разработка структурной схемы радиоприёмного устройства: Учебное пособие по курсовомупроектированию. Сидоров В. М. -М.: типография ВЗЭИС, 1988.
3. Проектирование радиоприёмныхустройств: 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 расчётполосковых 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 иВ.М. Терехова. – 2-е изд., перераб. и дополн.
— М.: Радио исвязь, 1991.
11.Усилителис 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.Расчеттехнико–экономических показателей радиотехнических устройств – методические указанияк 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 изИнтернет с сервера www.symmetron.ru