5. Охрана труда и экологическая безопасность. Обеспечение защиты от электромагнитных полей при эксплуатации усилителя мощности миллиметрового диапазона длин волн

5.1 Влияние на организм человека электромагнитных полей радиочастотного диапазона

5.2 Технические устройства, организационные и лечебно- профилактические мероприятия

5.3 Применение электромагнитных помещений и замкнутых экранов для защиты от электромагнитных полей

5.4 Оценка уровня электромагнитного излучения на рабочем месте

6. Технико-экономическое обоснование

6.1 Характеристика технико-экономического обоснования проекта

6.2 Определение сметной стоимости

6.3 Определение себестоимости товара и рыночной цены

6.4 Расчет затрат у производителя

6.5 Расчет экономической эффективности

Заключение

Библиографи

Приложение А. Справка об исследовании патентной литературы

Перечень принятых сокращений.

АЧХ – Амплитудно-частотная характеристика.

ВВИП - Высоковольтные вторичные источники питания.

ВГС – Высшие гармонические составляющие.

ВЧ – Высокая частота.

ЗС – Замедляющая система.

ИП – Источник питания.

ККМ – Коррекция коэффициента мощности.

КПД – Коэффициент полезного действия.

ЛБВ – Лампа бегущей волны.

МПФС –Магнитная периодическая фокусирующая система

ПОМ – Приемный оптический модуль.

РЛС – Радио локационная станция.

СВЧ – Сверх высокие частоты.

ТТЛ – Транзисторно транзиснорная логика

ТТУ – Твердо тельный усилитель.

ШИМ – Широтно импульсная модуляция.

ЭМП – Электро магнитные поля.

Введение

Лампы бегущей волны продолжают оставаться одним из важнейших комплектующих элементов, определяющих технический уровень радиолокационно-связных систем. Этот тип ЭВП обладает превосходными рабочими и эксплуатационными характеристиками: широкой полосой рабочих частот, большим коэффициентом усиления и КПД, выходной' мощностью от десятков до сотен ватт, высокой устойчивостью к внешним воздействиям, термостабильностью параметров и высокой надежностью при долговечности до 100 тыс. ч и более. Они допускают эксплуатацию в гораздо более жестких режимах, чем твердотельные приборы.

Разработанные ЛБВ, используются в выходных усилителях ретрансляторов космических аппаратов "Молния", "Радуга", "Глобус", "Луч", "Галс" и др. Имеется большая номенклатура приборов, уже освоенных в производстве, с развитой технической базой и значительным научно-техническим заделом. Благодаря систематическим исследованиям, разработкам и внедрению все более совершенных конструктивных и технологических решений с использованием вновь разработанных материалов, высокоточного автоматизированного оборудования, современных средств испытаний и контроля, обеспечено производство ЛБВ, соответствующее современному техническому уровню, и комплектацию ими ретрансляторов в любой части сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн.

Направления работ по повышению технического уровня ЛБВ, выпускаемых предприятиями, определяются потребностями развития систем спутниковой связи и радиолокационно-связных систем. С целью удовлетворения этих потребностей предприятия России продолжают вести как перспективные исследовательские работы, обеспечивая высокий технический уровень своей продукции, так и опытно-конструкторские разработки для комплектации новых космических аппаратов связи и промышленное производство разработанных ранее ЛБВ.

Условно можно выделить следующие наиболее важные этапы развития техники широкополосных ЛБВ (таблица 1).

В начале шестидесятых годов было разработано под руководством А.Д. Жукова и О.С. Полякова первое поколение пакетированных широкополосных ЛБВ в диапазоне 1... 4 ГГц с выходной мощностью 100... 200 Вт. Возникшие проблемы теплоотвода от спирали, низкий КПД, высокий уровень гармоник стимулировали комплекс специальных исследований и разработок, выполненных под руководством А.М. Каца (теория и расчет приборов), Б.С.Правдина, В.В. Пензякова (теория и расчет электронно-оптических систем), В.П. Кудряшова (методы подавления высших гармоник и самовозбуждения на обратной волне), В. Б. Рабкина и Р.Ф. Козловой (новые материалы и сплавы). Ю.Н. Балалаева и Ю.А.Мельникова (магниты и магнитные системы на редкоземельных металлах) [1].

В конце шестидесятых начались работы по созданию усилительных цепочек на ЛБВ, выходным каскадом в которых являлась «прозрачная» для СВЧ-сигнала ЛБВ без поглощающей вставки с усилением 7...17дБ. Первоначально они предназначались для обеспечения непрерывно-импульсного режима работы (входная ЛБВ работала в непрерывном режиме, выходная - в импульсном). Были изготовлены экспериментальные образцы усилителя. Впоследствии был выполнен цикл исследований и разработок широкополосных усилительных цепочек, обеспечивающих уровень выходной мощности 500 Вт в диапазоне 1... 8 ГГц. Для повышения устойчивости таких цепочек был предложен «ЛБВ-вентиль», основанный на взаимодействии СВЧ-сигнала с быстрой волной пространственного заряда[2].

Таблица 1- Этапы развития техники ЛБВ

Время

60-е годы

70-80-е годы

90-е годы ,

Достижения в технологии и конструировании

Магнитная периодическая фокусирующая система (МПФС). Специальные сплавы на основе меди. Импрегнированныкатоды.Токоперехватывающая и теневая сетки. Разработкаметодов триангуляции.

МПФС на основе SmCo-Плющенка из молибдена, фольфрама, сплава МАГТ-0.2.Сетки из гафния .Разработка комплексированных устройств с источниками питания.

ВЧ пакеты с анизотропным экраном.Разработка методов термообжатия и термо вставления.

Достигнутые параметры: верхняя частота

Выходная мощность

Полоса уиливаемых частот идентичность амплитуды и фазы КПД

10 ГГц

200 Вт непр.

1 кВт имп

2:1

± 3 дБ; ± 40дБ

10... 15%

40 ГГц

500 Вт непр.

10 кВт имп

3: 1

± 2 дБ; ± 30дБ

20... 25%

40 ГГц

1000 Вт непр

10 кВт имп

3: 1

± 1 дБ: ± 25дБ

20... 30%

Эти работы способствовали тому, что второе поколение широкополосных приборов и усилителей, , было на уровне лучших мировых аналогов, нашло широкое применение в радиоаппаратуре и позволило резко увеличить промышленный выпуск приборов и комплексированных устройств на их основе.

В девяностые годы усилия разработчиков были направлены на усовершенствование конструкции и технологии изготовления, достижение максимальных значений выходной мощности и ширины полосы усиливаемых частот, КПД, амплитудной и фазовой идентичности, уменьшение шумов, снижение массы и габаритных размеров. Практически была создана методология оптимального построения сверхширокополосных ЛБВ с учетом требований по перечисленным параметрам и разработанных конструктивно-технологических приемов и методов

1. Современное состояние разработок усилителей мощности миллиметрового диапазона длин волн

1.1 Применение ЛБВ в радиолокационно-связной аппаратуре

Лампы бегущей волны продолжают оставаться одним из важнейших комплектующих элементов, определяющих технический уровень спутников связи. Этот тип ЭВП обладает превосходными рабочими и эксплуатационными характеристиками:

широкой полосой рабочих частот,

большим коэффициентом усиления и КПД,

выходной мощностью от десятков до сотен ватт,

высокой устойчивостью к внешним воздействиям,

термостабильностью параметров

высокой надежностью при долговечности до 100 тыс. ч и более.

Они допускают эксплуатацию в гораздо более жестких режимах, чем твердотельные приборы.

Направления работ по повышению технического уровня ЛБВ, определяются потребностями развития систем связи . С целью удовлетворения этих потребностей ведутся как перспективные исследовательские работы, обеспечивая высокий технический уровень своей продукции, так и опытно-конструкторские разработки для комплектации новых систем связи и промышленное производство разработанных ранее ЛБВ [3].

Результаты разработки и особенности технологии производства ЛБВ

В последние годы наибольший объем работ, был направлен на повышение надежности, ресурса и КПД ЛБВ, улучшение спектра и фазовых характеристик ее выходного сигнала, улучшение массогабаритных параметров. Для этого были исследованы пути увеличения эффективности энергообмена в пространстве взаимодействия ЛБВ с широкополосными электродинамическими структурами и возможности рекуперирования остаточной энергии электронных потоков с широким спектром энергий электронов.

В таблице 1.1 приведены основные параметры широкополосных ЛБВ непрерывного действия, разработанных за последние 10 лет. Описание конструкции и характеристик некоторых из них позволяют составить представление о том, как практически решается задача оптимизации основных характеристик широкополосных спиральных ЛБВ.

Таблица 1.1- Современные ЛБВ

Прибор	F,ГГц	P,вых,Вт	Кус,Дб	Uсп,кВ	Iк,мА	Uк,кВ	Размеры, мм Масса, кг	Охлаждение
УВ-А3001	1...2	400	40	5	440	3,2	1040х82х86 10	Жидк.
УВ-АЗ002	1...2	1000	30	8.3	840	6	977х88х128 14	Жидк.
УВ-АЗООЗ	2...4	400	40	5.4	440	3.4	642х82х86 7	Жидк.
УВ-А3004	2...4	1000	30	9.2	840	6,5	862х100х128 12	Жидк,
УВ-АЗООб	4...8	180	40	7.5	250	4.5	500х100х75 3	ВОЗД.
УВ-А3008	8...12	200	35	7.5	250	4.5	450х100х75 3	Конд.
УВ-А3018	7,5.. 18	250	33	10.4	330	6.5/3	450х55х75 3	Конд
УВ-А3020	18..26	10	30	10	40	5	350х54х80 2.0	ВОЗД
УВ-А3021	26...40	10	35	11	100	6	350х54х57 2,0	Конд.

Лучшие результаты получены в лампах со спиральными замедляющим

и системами (ЗС) малого диаметра, в которых для снижения СВЧ-потерь используется спиральный проводник прямоугольного сечения из материала МАГТ-0,2 с проводимостью по постоянному току, близкой к проводимости меди (не менее 85%). В таких ЗС реализованы схемы согласования фазовых скоростей в СВЧ волновом пакете с энергетическими характеристиками электронного потока вдоль пространства взаимодействия лампы, обеспечивающие передачу СВЧ-полю на частоте первой гармоники 60... 75% энергии электронов компактного сгустка, содержащего до 80% электронов на периоде СВЧ-волны [A1] .

Высокая эффективность энергообмена в пространстве взаимодействия, низкие потери СВЧ-мощности в ЗС и удобный для многоступенчатого рекуперирования спектр энергий электронов в электронном потоке на входе в коллектор при применении новых конструкций спиральных ЗС позволили увеличить электронный КПД в средней части сантиметрового диапазона до 30... 36% , а технический КПД ЛБВ с трехступенчатым коллектором электронов - до 56%. При этом были улучшены и другие параметры, влияющие на качество выходного сигнала усилителя [4]:

относительный уровень выходной мощности на частоте второй гармоники снизился до минус 25 дБ, максимальное значение коэффициента амплитудно-фазовых преобразований при изменении входных мощностей от нулевой до входной мощности, соответствующей режиму насыщения, уменьшилось до 6 град/дБ.

Полученные данные позволили сделать вывод, что в ЛБВ с электронным КПД более 30% при сопровождении электронного потока в периодических магнитных полях может быть достигнуто токопрохождение на коллектор в динамическом режиме более 97%. Увеличение электронного КПД привело к уменьшению удельного токоотбора с поверхности катода и увеличению долговечности ЛБВ [A2]. Последующее увеличение долговечности до 100 тыс ч и более стало возможным после разработки специальных технологических процессов, методов контроля качества, обеспечивающих производство основных узлов ЛБВ повышенной надежности металлокерамических, катодных, ЗС, узлов связи и МПФС.

Основные электрические параметры ряда приборов:

Рвых - выходная мощность на частоте первой гармоники,

Ky - коэффициент усиления,

I 0 -ток катода (суммарный ток электродов),

N - количество ступеней коллектора.

М - масса,

Д - долговечность,

Они приведены в таблице 1.2. В ней представлены данные из технических условий, которые, как правило, обеспечиваются конструкциями и технологией с большими производственными запасами. Результаты разработки образцов ЛБВ с КПД 60% и долговечностью 150...200 тыс. ч

Выполненные. исследования показали возможность создания и освоения производства ЛБВ средней мощности сантиметрового диапазона с долговечностью 150... 200 тыс. ч и КПД более 60% . Важнейшее условие обеспечения работы ЛБВ в течение 200 тыс. ч. - повышение эмиссионной долговечности катода. Необходимая эмиссионная долговечность достигается в двухкамерных металлопористых катодах при плотности токоотбора с эмитирующей поверхности до 1 А/см2.

В результате первой серии испытаний экспериментальных образцов ЛБВ нового поколения было обнаружено, что после наработки более 100 тыс. ч могут возникать отказы приборов из-за снижения поверхностного сопротивления керамических деталей металлокерамических узлов электронной пушки, а после наработки 100... 150 тыс. ч среди приборов с большой токовой нагрузкой на ЗС могут возникать отказы по снижению выходной мощности.

Таблица 1.2- Параметры ЛБВ

Тип	Диапазон частот, ГГц	Рвых. Вт	Ку.дБ	Uзс. кВ	Iо, мА	N, шт	Кпд,%	М,кг	Д, ч
УВ-481	3,4...3,9	40	42	3,5	70	3	45	2,6	57500
УВ-А2002	3,4...3,9	80	42	3.7	130	3	45	2,6	55000
УВ-509	7,0...8,0	40	40	4,0	40	3	50	0,8	77000
УВ-А2006	11,4...11,7	22	40	5.0	40	3	40	1,9	55000
УВ-А2008А	11.7...12,5	100	48	6.5	140	5	56	1.8	100000
УВ-А2008	11.7...12,5	150	50	6,5	160	5	55	1,8	100000
УВ-А2010	13,4...14,0	50	50	5,6	55	3	40	2,0	77000
УВ-485	14,5...15,5	40	50	5,6	55	3	40	2.0	55000

Снижение поверхностного сопротивления керамических деталей в электронной пушке связано с накоплением на их поверхности проводящих материалов, испаряющихся с нагретых поверхностей катода. Для устранения этого эффекта разработаны электронные пушки, в которых керамические детали защищены экранами от попадания на них испарившихся с катода материалов. Надежность этих пушек подтверждена испытаниями, проведенными по методике ускоренных испытаний в специальных режимах в течение времени, эквивалентного наработке более 300 тыс. ч.

Страницы: 1, 2, 3, 4