3834

УДК 621.9

А.И. Тимофеев, А.С. Самодуров

РАЗРАБОТКА РУПОРНОЙ АНТЕННЫ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ СВЧ ДИАПАЗОНА

В статье рассматривается разработка новой конструкции рупорной антенны прямоугольного сечения СВЧ диапазона длин волн, предназначенной в основном для приема сигналов

Актуальность темы определяется освоением СВЧ диапазона длин волн, развитием цифрового вещания в нашей стране и необходимостью оснащения конечного потребителя качественным устройством для приема сигнала. За рубежом существуют радиорелейные (надземные) сети распределения сигнала в спутниковом диапазоне длин волн 10-12Ггц.

Рупорная антенна представляет собой открытый рупорный излучатель без боковых стенок (параллельных вектору напряженности электрического поля), так называемый ТЕМ рупор. Это перспективный вид излучателей, позволяющих получить значительную экономию материала при изготовлении, при незначительном ухудшении характеристик (излучатель обладает антенным эффектом) [1].

Технические характеристики рупорной антенны: поляризация линейная, излучаемая мощность не более 1 кВт, входное сопротивление 50 Ом, диапазон рабочих частот 1-20 ГГц, коэффициент усиления 20 дБ.

Габаритные размеры 130х130х200 мм, масса изделия 2 кг . По виду климатического исполнения УХЛ 1.1. Верхнее рабочее значение температуры воздуха при эксплуатации +55 °С .Нижнее рабочее значение температуры воздуха при эксплуатации -25 °С

.Относительная влажность 75% при 15°. Ударная устойчивость многократная до 3g, одиночная до 10g. Вероятность безотказной работы составляет 10000 ч. Срок службы изделия с учётом времени хранения составляет 10 лет .Годовая программа выпуска 1000 шт.

Общий вид разработанной конструкции представлен на сборочном чертеже, в конструкцию входят собственно сама антенна, собирающая линза, согласующий трансформатор, элементы корпуса и крепления антенны.

231

Рис. 1. Общий вид рупорной антенны

Рупорная антенна состоит из двух лепестков треугольного профиля, выполненных из стеклотекстолита марки СФ-2-35-1,5Т, путем нарезки гильотинными ножницами.

Собирающая линза выполнена из фторопласта марки Фторопласт-4, при использовании фрезерно-гравировального станка.

Для преобразования относительно высокого входного сопротивления антенны (порядка 200 Ом) в стандартное 50 омное волновое сопротивление коаксиального кабеля предназначен согласующий трансформатор. Трансформатор выполнен в виде отрезка полосковой линии из материала марки ФАФ-4Д (фторопласт фольгированный).

Так как лепестки выполнены не из металла, а линза имеет достаточно большой вес, то для надежного крепления и защиты конструкции от атмосферных воздействий изготовлен корпус, состоящий из основания, верхней крышки и двух боковых стенок. Все они выполнены из полистирола марки ПСМ-118, методом литья под давлением.

232

Рис. 2. Общий вид собирающей линзы

Все детали конструкции скрепляются между собой в основном клеем Дихлорэтан и припоем ПОС-61. Для подключения кабеля корпус оснащен разъемом типа СР50-73ФВ.

Технико-экономический анализ показал, что новое устройство обладает достаточно высокими функциональными и техническими характеристиками. В качестве базового варианта (товара-конкурента) была выбрана рупорная антенна фирмы RohdeSchwarz R&S®HF907. Данная антенна имеет следующие характеристики: диапазон рабочих частот от 0,8 до 18 ггц , поляризация линейная, коэффициент усиления 5 дБ, входное сопротивления 50 ом, габариты (длина, ширина, высота) соответственно 280 мм , 360 мм ,230 мм. Масса изделия составляет 2 кг. Рабочий температурный диапазон от -10 до + 40 °C. Стоимость производства нашей антенны на порядок дешевле базового варианта и к тому же превосходит базовый вариант по техническим характеристикам.

Сравнив полученные данные с показателями базового изделия можно сделать вывод о целесообразности выпуска антенны такой конструкции на рынок.

233

Рис. 3. Диаметры сечений линзы

Литература

1.Чернышев, В.П. Распространение радиоволн антеннофидерные устройства [Текст] / В.П. Чернышев, Д.И. Шейнман. - М.: «Связь», 1973.

2.Разработка технических условий. Методические указания для студентов специальности 230300 «Конструирование и технология РЭС» всех форм обучения [Текст] / сост. А. М. Донец. -

234

Воронеж, 1994. - 32 с.

3.Проектирование и технология радиоэлектронных средств: разработка конструкции изделий РЭС [Текст]: учеб. пособие / И.А. Бейнар, В.А. Муратов, Л.С. Очнева, А.А. Соболев. - Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2006. - Ч. 1. - 147 с

4.Проектирование фазированных антенных решеток [Текст]

/под ред. Д. И. Воскресенского. - Изд. 4-е, доп. и перераб. – М.: Радиотехника, 2003. — 632 с.

Воронежский государственный технический университет

235

УДК 621.9

А.С. Шульга, И.А. Новикова

РАЗРАБОТКА ЧАСТОТОМЕРА

В современных условиях актуальной является задача создания малогабаритного частотомера, имеющего небольшой вес и пригодного для измерения частоты различных устройств. Измерения частоты – наиболее точный и быстро развивающийся вид измерений. Во-первых, единица времени (частоты) является основной единицей системы СИ; во-вторых, определение секунды связано с пересчетом событий, а пересчет является самым точным методом измерений; в-третьих, повышение точности измерений частоты необходимо для прикладного использования в телекоммуникациях, навигации, космической отрасли

Частотомер состоит из: стабилизатора, источника питания, усилителя, микроконтроллера, цифрового индикатора (рис.1).

Рис. 1. Принцип работы частотомера

Импульсный сигнал поступает на преобразователь сигнала, с которого идет на вход микроконтроллера. Для отображения информации применен цифровой индикатор со встроенным контроллером. Питание поступает на все составные части с источника питания через стабилизатор. Основной элементмикроконтроллер PIC16F84, работающий по заданной программе[1]. Измерение частоты осуществляется посредством подсчета числа импульсов за фиксированный временной интервал.

Преобразователь входного сигнала собран на делителе

236

напряжения SAB6456А, с выхода которого импульсный сигнал поступает на вход RA4 (вывод 3), микроконтроллера DD2. Для отображения информации применен цифровой индикатор CA5612GWA (HG1), частота выводиться в МГц.

Внешний вид частотомера представлен на рис. 2. Конструктивно он состоит из корпуса и крышки, выполненных из полистирол УПМ-03Л,белый, ОСТ6-05-406-75 методом горячего литья под давлением [2]. В нижней части корпуса изнутри выполнены четыре бобышки, предназначенные для крепления платы печатной с электрорадиоэлементами. На двух стенках располагаются отверстия для крепления защелок.

Рис. 2. Внешний вид частотомера

Крышка также изготавливается методом горячего литья под давлением из того же материала, что и корпус. В крышке по двум сторонам располагаются защелки.

Расчет компоновочных показателей частотомера показал, что его конструкция полностью удовлетворяет требованиям микроминиатюризации современной бытовой техники [2].

Среднее время безотказной работы частотомера при максимальной интенсивности отказов составляет 30000 ч., вероятность безотказной работы Р=0,85, что полностью соответствует требованиям технического задания [4].

Исходя из технологических возможностей производства и учитывая требования, предъявляемые к изделию, выбран комбинированный позитивный метод изготовления двухсторонней

237

ПП. Плотность печатного монтажа соответствует первому классу. Дальнейшая модернизация устройства может идти по пути улучшения схемотехники и расширения функциональных возможностей.

Литература

1.Кашкаров, А.П. Популярный справочник радиолюбителя [Текст] / А.П. Кашкаров. – М.: РадиоСофт, 2013.

2.Проектирование и технология радиоэлектронных средств: разработка конструкции изделий РЭС [Текст]: учеб. пособие / И.А. Бейнар, В.А. Муратов, Л.С. Очнева, А.А. Соболев. - Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2006.

3.Вейцман, Э.В., Технологическая подготовка радиоэлектронной аппаратуры [Текст] / Э.В. Вейцман, В.Д. Венбрин. -М.: Радио и связь, 2003.

4.Варламова, Р.Г. Справочник конструктора РЭА. Компоненты, механизмы, надёжность [Текст] / Р.Г. Варламова. - М.: Радио и связь, 2003.

Воронежский Государственный Технический Университет

238

УДК 621.9

Н.В. Ципина, Р.Д. Подольский, И.А. Газин

ТЕХНОЛОГИЯ 3D ПЕЧАТИ В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Приведены методы использования 3D - печати, их вариации и рентабельность её использования при проектировании РЭС

При проектировании РЭС для нормальной работы устройства необходимо учитывать условия его эксплуатации, в частности температуры окружающей среды, в которых оно будет использовано и внутренней рабочей температуры самого устройства, появляющейся вследствие выделения тепла внутренними элементами РЭС (транзисторы, резисторы, конденсаторы, диоды и т.д.). Для того, чтобы устройство не перегрелось и не вышло из строя используют различные системы внутреннего охлаждения: воздушные системы охлаждения (вентиляторы, нагнетатели, компрессоры и т.д.); жидкостные системы охлаждения, которые делятся на термосифонные и с принудительной циркуляцией теплоносителя, также они могут быть прямого и косвенного действия, работающие по замкнутому и разомкнутому циклам; испарительные системы охлаждения, в которых для отвода тепла используется процесс кипения жидкости; кондуктивные системы охлаждения, осуществляемые по средствам теплостоков и т.п. Помимо трудности выбора систем охлаждения РЭС встаёт задача их расположения внутри самого прибора таким образом, чтобы их было минимальное количество, система не препятствовала работе и расположению других элементов внутри устройства и максимально выполняла свои функции, тем самым не влияя на требуемые габаритные и весовые параметры устройства, и сохранения его коммерческую рентабельность.

При проектирование РЭС используют анализы вариантов конструкции, которые осуществляются тремя методами: логикорасчётным, эвристическим и методом моделирования.

Логико-расчётный метод основан на использовании формализованных процессов, повторное применение которых даёт сравнимые результаты (расчёты отдельных элементов, блоков и т.д. с использованием ЭВМ).

Эвристический метод – метод экспертных оценок –

239

заключается в том, что для группы специалистов – экспертов формулируют проблему и используют их профессиональный опыт для её решения. Иногда это метод называется методом мозгового штурма.

При использовании метода моделирования анализ проводят не на самих реальных объектах проектирования, а на их моделях – математических и физических.

Такие способы не совсем удобны, проблема лишь в том, что до недавнего времени для них не было альтернативных методов решения задачи. Но с появлением технологии 3D – печати, проектирование РЭС стало возможным вывести на новый уровень. Но для начала рассмотрим саму технологию 3D – печати. Осуществляется она по средствам 3D – принтера -это периферийное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D – модели. В зарубежной литературе данный тип устройств также именуют фабберами, а процесс трехмерной печати – быстрым прототипированием (RapidPrototyping). Она может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.

Существует несколько технологий, применяемых для

засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.

Лазерное сплавление (англ. melting) - при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.

Ламинирование - деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.

240