Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники
Кафедра: Систем телекоммуникаций
Факультет: Телекоммуникаций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к дипломному проекту
НА ТЕМУ:
УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН
Дипломник:
Руководитель
Консультанты:
по электрической части
по экономике
по производственной иэкологической безопасности
Рецензент:
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень принятых сокращений
Введение
1. Современное состояние разработок усилителей мощности миллиметрового диапазона длин волн
1.1 Применение ЛБВ в радиолокационно-связной аппаратуре
2. Технические требования по реализации усилителя мощности на ЛБВ диапазона
2.1 Требования технического задания к усилителю мощности
2.2 Анализ требований к источникам питания
2.3 Анализ требований к импульсному модулятору для ЛБВ
3. Разработка и обоснование структурной схемы проектируемого устройства
3.1 Структурная схема усилителя
3.2 Структурные схемы источника питания и выбор элементной базы
3.3 Основные схемы построения импульсных модуляторов питания
4.1 Расчет низковольтного трансформатора для импульсного источника питания
4.2 Расчет высоковольтного полупроводникового модулятора
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.
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.
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].