Содержание:

Источники электропитания радиопередатчика мобильной РЛС

Автор: Г.М. Патрин, В.Г. Костиков

Рассмотрен принцип построения источников электропитания радиопередатчика мобильной РЛС. Показано, что применение в них инверторов с резонансным LC- контуром значительно снижают массу и габариты радиопередатчика, обеспечивают его напряжением требуемого качества с низким уровнем гармонических составляющих

Процесс разработки высоковольтных источников электропитания (ИЭ), обеспечивающих функционирование основного устройства радиолокационной станции (РЛС) - радиопередатчика, включает две основных проблемы, первая из которых основана на требованиях к выходным характеристикам высоковольтных модулей электропитания (ВМЭ), а вторая – направлена на выбор их схемного построения, обеспечивающий минимальные массогабаритные характеристики ВМЭ.

Для обеспечения надежной работы радиопередатчика в наземных мобильных радиолокационных станциях (РЛС) ИЭ, кроме выдачи значения выходной мощности и выходного напряжения, должен обеспечивать заданные значения относительных гармонических составляющих в составе выходных напряжений, поступающих на электроды СВЧ-приборов [1]:

Эти требования характерны для ИЭ при входном напряжении Uвх = 220 В трёхфазного тока с частотой 400 Гц и выходном напряжении Uвых = 28 кВ постоянного тока со значением 2 А.

В условиях радиоэлектронной борьбы и для работы в условиях непреднамеренных пассивных помех к зондирующему сигналу мобильных РЛС предъявляются требования по чистоте к уровню спектральных составляющих минус (120…130) дБ / Гц в полосе доплеровских частот от двух до нескольких сотен килогерц. Эти требования также характерны для ИЭ при входном напряжении Uвх = 220 В трёхфазного тока с частотой 400 Гц.

Многочисленные разработки высоковольтных ИЭ показали, что при частоте входного тока 400 Гц наиболее высокий уровень имеют гармоники нижней части диапазона. Снижение модуляционных составляющих более высоких частот спектра выходного напряжения ИЭ происходит достаточно интенсивно и удовлетворяет предъявляемым требованиям (его можно представить зависимостью 1/n2, где n – номер гармоники). Использование схемы нестабилизирующего выпрямителя с фильтром или стабилизирующего ИЭ непрерывного принципа действия позволяет получить необходимый низкий уровень гармоник, но габаритные размеры и масса системы электропитания в этом случае велики.

Применение ИЭ с импульсным принципом действия позволяет значительно уменьшить их объём и массу, но классические схемы преобразования напряжения с передачей через трансформатор напряжения прямоугольной формы позволяют получить относительный уровень гармоник 10-3…10-4, что является неприемлемым. Задача получения более низкого уровня гармоник решается, если напряжение прямоугольной формы, подаваемое с выхода инвертора на трансформатор, преобразовать в синусоидальное.

Одним из путей решения задачи является использование резонансного контура, включаемого между инвертором и трансформатором. При этом частоту преобразования инвертора выбирают выше частоты резонанса LC-контура [2]. Например, в РЛС малой дальности резонансную частоту выбирают близкой к 100 кГц [3], а в РЛС большой дальности – порядка 400 кГц и выше.

ВФ - выпрямитель с фильтром сетевым; И - инвертор; РК - резонансный контур; ТВМ - трансформаторно-выпрямительный модуль; ФВ - фильтр выходной; УУ - устройство управления; ВИП1, ВИП2 - вспомогательные ИЭ для системы управления и инвертора соответственно Рис. 1 Структурная схема стабилизирующего высоковольтного ИЭ

Высоковольтный инвертор И (см. рисунок 1) выходного прибора радиопередатчика РЛС выполнен по мостовой схеме с резонансным контуром РК, формирующим синусоидальное напряжение на первичной обмотке трансформаторно-выпрямительного модуля (ТВМ). В инверторе применен частотный способ регулирования выходного напряжения.

На входы трансформаторов модуля ТВМ подаётся напряжение переменного тока синусоидальной формы с рабочей частотой от 80 до 90 кГц.

Напряжения на выходе каждой секции вторичных обмоток ТВМ преобразуются выпрямителями в напряжения постоянного тока и затем суммируются до необходимого уровня.

Электрическая схема ТВМ приведена на рисунке 2.

Рис. 2 Электрическая схема ТВМ

Конструкция ТВМ представляет собой сварной корпус со съёмной крышкой из алюминиевого сплава. Первичные обмотки высоковольтных высокочастотных трансформаторов включены параллельно. Магнитопровод трансформаторов Т1 и Т2 выполнен из феррита марки М2500 НМС7 и имеет типоразмер ПК40 х 25. Каркасы катушек трансформатора выполнены из фторопласта.

Рис. 3 Установка диодов выпрямителя га керамических платах

Высоковольтные выводы ТВМ изолированы гайками из материала АГ-4 с резиновым уплотнением. Выпрямители смонтированы на шести керамических платах из материала ВК94-1 (см. рисунок 3) с напылением проводящих дорожек. Керамические платы выполнены толщиной 4 мм и имеют фаски, что обеспечивает электрическую прочность по поверхности платы. Обратная сторона платы имеет металлизацию для улучшения теплоотвода на корпус ТВМ.

В модуле ТВМ выпрямители выполнены по мостовой схеме на диодах Шоттки типа 5ДШ403А92. Платы прижимаются к корпусу ТВМ винтами с изолирующими прокладками. Отвод теплоты от выпрямительных диодов осуществляется через их выводы на керамическую плату, а затем на корпус ТВМ. Для обеспечения электрической прочности применена частичная заливка торцов катушек трансформаторов компаундом Силэк-1 марки А по ТУ-2257-001-40233984-98. После электрического монтажа заливаются компаундом платы с выпрямителями и выводы вторичных обмоток трансформаторов. Магнитопроводы трансформаторов прижаты к корпусу ТВМ. Масса модуля не превышает 7,6 кг. Вид варианта модуля ТВМ приведен на рисунке 4.

а) б)
Рис. 4 Трансформаторно-выпрямительный модуль ТВМ: а) в собраном видеж б) со снятой крышкой

На рисунке 5 показаны варианты высоковольтных импульсных ИЭ СВЧ-приборов, используемых в наземных мобильных РЛС.

а)
б)
Рис. 5 Общий вид высоковольтных ИЭ СВЧ-приборас низким уровнем гармоник в выходном напряжении а) источник электропитания катода СВЧ-прибора; б) источник электропитания смещения сетки СВЧ-прибора

На рисунке 6 приведен общий вид ИЭ мобильной РЛС.

Рис. 6 Общий вид ИЭ мобильной РЛС

На рисунке 7 приведен общий вид радиопередатчика мобильной РЛС.

Рис. 7 Общий вид радиопередатчика мобильной РЛС

Выводы

1. Благодаря современным средствам электроники, методам создания на их базе радиоэлектронных устройств, стало возможным проектировать аппаратуру, в том числе, преобразователи видов и значений параметров электроэнергии, которые обеспечивают различные устройства требуемыми уровнями напряжений, мощности и другими показателями качества электроэнергии.

2. Изготовлен опытный образец высоковольтной системы электропитания СВЧ-прибора, испытания которой в составе радиопередатчика мобильной РЛС показали положительные результаты.

Литература

  1. Клистрон усилительный КИУ-97. Технические условия бВ0.332.392ТУ.
  2. Макаров В.В. Импульсные ИВЭП с промежуточной синусоидальной формой напряжения / В.В. Макаров // Электронная техника в автоматике. – М.: Радио и связь, 1985. Вып. № 16. С. 44-51.
  3. Казанцев В.И. Радиопередающее устройство РЛС с системой электропитания на базе инвертора / В.И. Казанцев, В.Г. Костиков, Г. М. Патрин и др. // НТК «Новые технологии в перспективных системах обнаружения, навигации и радиоуправления»: тезисы докл. – М.: ОАО «Концерн «Вега», 2012. – С. 10.
  4. Костиков В.Г. Система электропитания радиопередатчика на базе широкополосного СВЧ прибора / В. Г. Костиков, Р.В. Костиков, Г. М. Патрин // Всероссийская НТК «Расплетинские чтения – 2016»: Сб. материалов конф., М.: ПАО «НПО «Алмаз», 2016.