Радиолокационный приемник сантиметрового диапазона

Для оценки надежности аппаратуры многократного использования используется параметр К_г - коэффициент готовности, представляющий собой вероятность того, что в произвольный момент времени аппаратура будет находиться в состоянии готовности (окажется работоспособной). Коэффициент готовности определяется отношением суммарного времени безотказной работы (наработки) Т_н к сумме наработки и времени восстановления, взятых за период эксплуатации:

Среднее время безотказной работы устройства:

Т_н = 1/ = 1/5,7Ч10^-5 = 1754 час.

Примем общее время восстановления Т_в = 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 напряжению	Кu	-	103	6103
2	Динамический диапазон: на входе на выходе	Dвх Dвых	дБ	60 10	70 10
3	Коэффициент шума	Ш	-	15	10
4	Вероятность безотказной работы в течение 8 ч. в течение 1 г.	р	-	0,9972	0,99954 0,607
5	Коэффициент готовности	Кг	-	0,9965	0,99886
6	Себестоимость	Сполн	руб	98	93
7	Масса	m	г	139	70
8	Габариты	Г	мм	80Х140	60Х100

Выводы

В соответствии с техническим заданием произведено ТЭО выбора элементной базы и проведен расчет технико-экономических показателей блока ПЧ проектируемого РПрУ. Расчет показал, что разработанный блок ПЧ практически по всем параметрам превосходит аналог, кроме коэффициента усиления (см. табл. 6.7). Проектирование УПЧ на интегральных микросхемах привело к увеличению надежности и снижению себестоимости блока, а так же улучшению массогабаритных показателей. Однако, следует отметить, что разработка отечественной промышленностью аналоговой микросхемы, целиком включающей в себя весь УПЧ, привела бы к еще большему увеличению экономической эффективности применения ИМС в приемнике РЛС.

7.Охрана труда при работе с радиолокационной станцией

Радиолокационная станция - объект повышенной опасности. Наличие опасных и вредных производственных факторов при работе на РЛС обусловлено спецификой труда. Задача охраны труда заключается в обеспечении работающему таких условий труда, чтобы при максимальной производительности утомляемость его была минимальной. В частности, охрана труда рассматривает наличие опасных и вредных факторов при работе на РЛС, предусматривает меры и мероприятия по предупреждению несчастных случаев и профессиональных заболеваний. Согласно ГОСТ 12.003-74 ( ст. СЭВ 780-77 ) ССБТ опасные и вредные производственные факторы делятся по природе действия на следующие группы:

• физические

• химические

• психофизиологические

Одним из источником опасного воздействия на человека является радиолокационная станция. Согласно ГОСТ 120.003-74 ССБТ при работе с РЛС на судоводителя действуют группы физических и психофизиологических факторов. К физическим в случае работы с РЛС относятся:

• повышенный уровень электромагнитных излучений

• повышенное значение напряженности в электромагнитной цепи, замыкание которой может произойти через человека

Психофизическая группа факторов подразделяется на:

а) физические перегрузки

б) нервно-психические перегрузки

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

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

1. повышенный уровень электромагнитных излучений

2. повышенное значение напряженности в электрической цепи, замыкание которое может произойти через тело человека

3. умственное перенапряжение

7.1. Биологическое действие СВЧ - излучения на организм человека

Воздействие мощных электромагнитных полей на человека приводит к определенным сдвигам в нервно-психической и физиологической деятельности, однако как предполагают, «многоступенчатая» система защиты организма от вредных сигналов, осуществляемая на всех уровнях от молекулярного до системного, в значительной степени снижает вредность действия «случайных» для организма потоков информации. Поэтому, видимо, если и наблюдается определенная реакция на эти поля, то здесь нужно говорить скорее о, физиологическом в общем смысле, чем о патологическом аспекте воздействия электромагнитной энергии. Несмотря на то, что нетепловые, или специфические эффекты воздействия радиоволн открыты относительно давно, определяющим для нормирования опасности работы в условиях воздействия ЭМП во многих странах пока принята степень их теплового воздействия.

Для выяснения биофизики теплового действия СВЧ на живые организмы рассмотрим кратко факторы, определяющие нагрев тканей при облучении их ЭМП.

1. Существование потерь на токи проводимости и смещения в тканях организма приводит к образованию тепла при облучении. Количество тепла выделяемое в единицу времени веществом со среднем удельным сопротивлением (Ом/см) при воздействии на него раздельно электрической (Е) и магнитной (Н) составляющих на частоте f (Гц) определяются следующими зависимостями:

Q_e = 8,4Ч10ЧfЧE ( Дж/мин )

Q_п = 8,4Ч10ЧfЧH ( Дж/мин )

Доля потерь в общей величине поглощенной теплом энергии возрастает с частотой.

2. Наличие отражения на границе «воздух-ткань» приводит к уменьшению теплового эффекта на всех частотах приблизительно одинаково.

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

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

П_погл = ПЧ( 1- Ко ),

где П - плотность потока мощности.

3. Глубина проникновения энергии СВЧ вглубь тканей зависит от резисторных и диэлектрических свойств ткани и от частоты.

Табл.7.2 Глубина проникновения энергии СВЧ в различные ткани при изменении поля в е раз в долях длины волн.

4. Соизмеримость размеров тела с длинной волны приводит к появлению существенной частотной зависимости взаимодействия поля с телом. Эффект облучения тела человека сильно зависит от поляризации и ракурса освещения его радиоволн CВЧ.

5. Существование между различными слоями тела слоев с малой диэлектрической проницаемостью приводит к возникновению резонансов - стоячих волн большой амплитуды, которые приводят к так называемым микронагревам.

6. Перераспределение тепловой энергии между соседними тканями через кровь наряду с конвенционной отдачей энергии теплоиспусканием в окружающее пространство во многом определяет температуру нагреваемых участков тела. Именно из-за ухудшенной системы отвода тепла от некоторых сред ( глаза и ткани семенников - в них очень мало кровеносных сосудов). Эти органы тела наиболее уязвимы для облучения. Критическим для глаз считается повышение температуры на 10 град. С. Высокая чувствительность семенников к облучению связана с известным фактом, что при нагревании их всего на 1 град. С. Возникает частичная или полная временная стерилизация.

Кроме теплового действия радиоволн СВЧ на живой организм, оказывает влияние и специфическое их действие.

Наиболее общим эффектом действия радиоволн на организм человека (электромагнитных излучений малых уровней) является дезадонтация - нарушение функций механизма, регулирующих приспособительные реакции организма к изменениям условий внешней среды ( к теплу, холоду, шуму, психологических травм т. п. ) т. е. СВЧ поле является типичным стрессом.

К специфическим эффектом воздействия поля также относятся:

• Кумуляция - приводит к тому, что при воздействии прерывистого облучения суммарных эффект накапливается и зависит от величены эффекта с самого начала воздействия.

• Сенсибилизация - заключается в повышении чувствительности организма после слабого радиооблучения к последующим воздействиям.

• Стимуляция - улучшение под влиянием поля общего состояния организма или чувствительности его органов.

В России проводятся широкие исследования, направленные на выяснения профессиональной вредности СВЧ радиоволн. Исследования позволили выявить у лиц, подвергающихся хроническому СВЧ воздействию, определенные изменения со стороны нервной и сердечно-сосудистой систем, эндокринных желез, крови и лимфы, хотя в подавляющем большинстве случаев эти изменения носят обратимый характер. При хроническом действии СВЧ поля были обнаружены также случаи помутнения хрусталика и снижения обонятельной чувствительности человека.

При плотности мощности СВЧ поглощаемой телом ( П ) больше 5-10 мВт/cм, и хроническом действии полей меньшей интенсивности, наблюдается, как правило, отрицательное влияние облучения, появляется повышенная утомляемость, слабость, вялость, разбитость, раздражительность, головокружение. Иногда наблюдается приливы к голове, чувство жара, половая слабость, приступы тошноты, потемнения в глазах. Изучаются генетические последствия воздействия радиоволн.

7.2. Защита обслуживающего персонала от СВЧ излучений

Радиолокационная станция включает в себя мощные СВЧ устройства, в которых генераторы высокочастотной энергии имеют мощность около сотен киловатт в импульсном режиме. Даже если небольшая часть этой мощности просачивается в окружающее установку пространство, это может представлять опасность для окружающих: воздействие достаточно мощного СВЧ излучения на зрение, нервную систему и другие органы человека может вызвать серьезные болезненные явления. Поэтому при работе с мощными источниками СВЧ энергии необходимо неукоснительно соблюдать требования техники безопасности.

В нашей стране установлена безопасная норма СВЧ излучения, т.е. так называемая санитарная норма — 10 мкВт/см. Она означает, что в месте нахождения обслуживающего персонала мощность потока СВЧ энергии не должна превышать 10 мкВт на каждый квадратный сантиметр поверхности. Эта норма взята с многократным запасом. Так, например, в США в 60-е годы была норма в 1000 раз большая — 10 мВт/см.

Следует отметить, что по мере удаления от мест излучения СВЧ мощности — от резонаторных камер или волноводных систем, где производится обработка с помощью СВЧ энергии, — поток излученной энергии быстро ослабевает (обратно пропорционально квадрату расстояния). Поэтому можно установить безопасную границу, где уровень излучения ниже нормы, и выполнить её в виде ограждения, за которое нельзя заходить во время выполнения технологического процесса. При этом защитные устройства получаются достаточно простыми и недорогими.

В настоящее время существует несколько видов как твердых, тик и мягких (типа резины) поглощающих материалов, которые уже при толщине в несколько миллиметров обеспечивают практически полное поглощение просачивающейся СВЧ энергии.

Поглощающий материал закладывается в щели между теми металлическими деталями резонаторных камер или волноводных структур, которые не могут быть соединены сваркой или пайкой.

Предотвращение излучения через отверстие для наблюдения или подачи воздуха осуществляется применением металлических трубок достаточно малого внутреннего диаметра и необходимой длины. Такие трубки являются запредельными волноводами и практически не пропускают СВЧ энергию. Необходимо, чтобы внутренний радиус R был в 10...15 раз меньше рабочей длины волны. В этом случае погонное затухание (в децибелах на сантиметр) на низшем типе волны H11 может быть приблизительно определено по формуле L=16/R, а общее затухание при длине трубки l становится равным 16l/R дБ.

Рассмотрим численный пример. Пусть рабочая длина волны =23 см. Возьмем трубку с внутренним радиусом R=1,5 см. Пользуясь формулой для L, определим, что на каждом сантиметре длины трубки погонное затухание L=16/1,5=10,8 дБ/см. Если мощность СВЧ колебаний резонатора составляет 1 кВт, а вне трубки будем считать допустимой мощность 1 мкВт, то на длине трубки l должно быть ослабление 1кВт/1мкВт=1/10=10 раз, или 60 дБ. Длина трубки будет l=60/L=60/10,8=5,17 см.

Окончательно длину трубки с внутренним диаметром 15 мм можно принять равной 5 см. Как видим, безопасный уровень излучения может быть получен при не очень длинных трубках и при достаточно больших диаметрах.

Для промышленных установок СВЧ характерна необходимость многоразового открывания и закрывания люков загрузки, и т.д. От этих операций защитные устройства, в особенности контактные, постепенно изнашиваются. Кроме того, с течением времени контактные поверхности окисляются. В результате излучение может возрасти в несколько раз и даже на один-два порядка. Поэтому необходимы систематическое наблюдение за состоянием защитных устройств, проведение периодических замеров уровня излучения. Отсюда и жесткие требования к надежности защитных устройств. Чтобы в эксплуатации нормы облучения не были превышены, заводские сдаточные нормы на излучение делают более жесткими. Так, в Японии допускается увеличение излучения от заводских норм до эксплуатационных при количестве открываний более 100 тыс. раз. Собственно, при таких условиях и проводятся периодические заводские испытания защитных устройств.

Список литературы :

1. Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приёмников - М.: Советское радио, 1973.

2. Разработка структурной схемы радиоприёмного устройства : Учебное пособие по курсовому проектированию. Сидоров В. М. -М.: типография ВЗЭИС, 1988.

3. Проектирование радиоприёмных устройств: Учебное пособие для вузов под редакцией А.П. Сиверса - М.: Советское радио, 1976 .

4. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов под редакцией

   Н.Н.Фомина - М.: Радио и связь, 1996.

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

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

7. Диоды : Справочник, О.П. Григорьев и др. - М.: Радио и связь, 1990 . ( МРБ, Вып. 1158).

8. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой аппаратуры : Справочник, В.И. Атаев , В.А. Болотников.- М.: Издательство МЭИ , 1992 .

9. Конструирование и расчёт полосковых устройств: Учебное пособие для вузов под редакцией И.С. Ковалёва - М.: Советское радио , 1974 .

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

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

    - М.: Радио и связь, 1991.

11. Усилители с широким динамическим диапазоном на микросхемах: А.П.Лукошкин и др. - М.: Радио и связь, 1981

12. Руководство по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов – М.: ВЗЭИС, 1974.

13. Расчет технико–экономических показателей радиотехнических устройств – методические указания к курсовому и дипломному проектированию – М.: ВЗЭИС, 1982.

14. Прайс-лист на отечественные и импортные электронные компоненты НПО "Симметрон" (от 8 мая 1998г, цены указаны с учетом НДС) - получен из Интернет с сервера www.symmetron

s