Излучающий тракт гидролокатора бокового обзора

        Тогда ХН нашей антенны в горизонтальной плоскости примет вид:

.                                           (4.22)

      ХН нашей антенны в вертикальной  плоскости примет вид:

,                                                                          (4.23)

    Здесь N – число элементов в горизонтальной плоскости;

B, A – размеры одного элемента антенны по горизонтали и вертикали соответственно;

- расстояние между фазовыми  центрами преобразователей;

k – волновое число, определяемое по формуле:

     ,                                                                                             (4.24)

    рад/с.

    Расчет ХН выполним на ЭВМ.  Полученная ХН для эквидистантной антенной решетки в горизонтальной плоскости приведена на рис. 4.1 и на рис.4.2 – для вертикальной плоскости.

Рисунок 4.1 – Характеристика направленности антенны в горизонтальной плоскости

Рисунок 4.2 – Характеристика направленности антенны в вертикальной плоскости

  4.4. Расчёт коэффициента осевой концентрации 

 Расчёт  коэффициента осевой концентрации  проведём по формулам [6]:  ,                                                                          (4.25)          ,                                                                             (4.26)

Значение  коэффициента осевой концентрации, вычисленного по этим формулам с помощью прикладной программы  Mathcad, равно:

K_В = 6804;

K_Г = 8,806;

Общий коэффициент осевой концентрации найдём из выражения [9]:

     ,                                                                                  (4.27)

Подставив полученные ранее значения получим:

K_общ = 244,775. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.5 Разработка конструкции и технологии изготовления антенны 

        Конструкция разрабатываемой антенны  представлена на рис. 4.3.

      Рисунок 4.3 – антенный блок гидролокатора

        Проектируемая антенна представляет  собой силовую конструкцию, так  как она рассчитана на работу при невысоком давлении на небольших глубинах. Антенна состоит из корпуса 5, пьезоблока , кабельного ввода 9, тыльного акустического экрана 2. Конструктивно антенна выполнена в виде линейки стержневых  пьезокерамических преобразователей. Преобразователи 10 крепятся к установочному основанию 2, выполненному из текстолита марки А (ГОСТ 2910-74) толщиной 1 мм, с помощью клея БФ-2 (ГОСТ 12172-74). Между блоком преобразователей и основанием находится экранная резиновая прокладка 7, выполненная из резины  марки ИРП-1207 толщиной 4мм, для предотвращения тыльного излучения. Блок преобразователей и экранная резина крепятся к корпусу с помощью клея 88Н

(МРТУ 38-1051061-76). Блок преобразователей заливается  полиуретановым компаундом ПУ-ЗК, который полимеризуется при комнатной температуре с незначительной усадкой и без применения давления. Этот компаунд применяется для электроизоляции  и герметизации пьезокерамических блоков, работающих в морской воде.

Для заливки  корпуса и фиксирования антенного  блока используют компаунд  ПУ-ЗК. Его параметры представлены в таблице

Таблица 4.1 –  Параметры ПУ-ЗК 

После сборки антенна проверяется на герметичность. Корпус лучше выполнить из материала, мало подверженного воздействию   морской   воды,  в  качестве  такого  материала  выберем  сплав

АМг6 (ГОСТ 4784-74). Сварку осуществлять по ГОСТ 2601-84.

        Кабельный ввод 1 расположен с правой стороны корпуса для  удобства распайки электродов от преобразователей к кабелю.

 Детали, подлежащие пайке, следует зачистить до металла (удалить защитные покрытия, грязь, окислы). Драгоценные металлы не покрываются окислами (кроме серебра, которое может со временем чернеть).Для пайки электронных компонентов следует использовать выпускаемый промышленностью оловянно-свинцовый припой с содержанием олова около 61 %(ПОС-61), если не указано иное в технологической карте. Припой с таким содержанием олова обладает наименьшей температурой плавления(190°), наименьшей прочностью.

Для пайки  электронных компонентов следует  использовать флюсы, не вызывающие коррозию и не обладающие электропроводностью. Такие флюсы имеют надпись коррозионно-пассивен и/или не требует отмывки. Хорошо себя зарекомендовали флюсы в виде геля на канифольной основе.Активные флюсы (с содержанием кислот и других вызывающих коррозию веществ), например хлористый цинк, используются для пайки электронных компонентов только при условии последующей промывки растворителями для полного удаления остатков флюса. В бытовых условиях такой вариант практически нереализуем.

На зачищенное место пайки наносится тонкий слой флюса. Затем место пайки приводится в соприкосновение с расплавленным припоем (например, касанием облуженного горячего паяльника или погружением в расплавленный припой). Если все сделано правильно, то деталь в месте контакта с припоем смачивается им. После охлаждения слой застывшего припоя должен быть блестящим, ровным, без не смоченных островков.Залуженные детали фиксируются в необходимом положении и прогреваются паяльником. При необходимости в место нагрева вводится дополнительное количество припоя (капля на паяльнике или касание нагретых деталей припойной проволокой). В изделиях высокой надёжности, как правило, залуженные провода перед пайкой ещё и скручиваются («должно держаться без припоя»).

Спаиваемые  поверхности должны быть неподвижны до полного отвердения припоя. Даже небольшое движение деталей друг относительно друга в момент кристаллизации припоя может очень существенно снизить прочность соединения.

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Данные  к проектированию

        Напряжение питания низковольтного  источника;

        Напряжение питания высоковольтного  источника;

       =120 кГц     Частота несущая;

          U₁=100B Напряжение первичной обмотки трансформатора;

          U₂=56B Напряжение вторичной обмотки трансформатора;

       =4 мкс Длительность одиночного импульса;

      P=60 Вт Мощность отдаваемая преобразователю. 

         5.1  Расчет параметров элементов усилителя мощности

      К выходным каскадам, осуществляющим работу на мощную нагрузку, предъявляются  повышенные требования по КПД. Так как  низкий КПД обусловливает существенные затраты энергии на тепловыделение, ухудшаются как массогабаритные, так  и надежностные и технико-экономические свойства прибора в целом [16-19].

      Анализ  существующих схемотехнических решений  выходных каскадов показал, что повысить КПД можно путем построения выходного  ключевого каскада по двухтактной  схеме в режиме класса D на кремниевых n-канальных МОП полевых транзисторах (ПТ) большой мощности VT1, VT2.  Преимуществом этого схемотехнического решения является повышенный КПД (до 90 %). Кроме того, лучшее использование трансформатора достигается в двухтактных схемах [18].Поэтому выберем следующую схему усилителя:

      

      Рисунок 5.1 - Схема эелктрическая принципиальная усилителя мощности.

      Для усилителей, в которых  МОП ПТ работают в ключевом режиме, для  ПТ характерны:

      1) малое падение напряжения на  ключе в открытом состоянии;

      2) высокое сопротивление в отключенном состоянии;

      3) малая мощность, потребляемая от  источника входного сигнала;

      4) хорошая электрическая развязка  между цепью управления и цепью

      коммутируемого  сигнала.

      МОП ПТ имеют важные преимущества перед  биполярными транзисторами в  сильноточных схемах - высокое входное сопротивление и полное отсутствие самопроизвольного разогрева. МОП ПТ не подвержены вторичному пробою, и их область безопасной работы ограничена только допустимой мощностью рассеяния. По этим причинам мощные усилители и ключи на МОП ПТ не имеют тенденций к сильному температурному уходу параметров по сравнению с биполярным.

      Усилитель мощности класса D с трансформаторным согласованием с нагрузкой выполнен с применением мощных МОП-транзисторов. Мощный оконечный каскад выполнен по двухтактной схеме с суммированием токов в трансформаторной нагрузке. Более подробное описание работы усилителя мощности и расчет параметров элементов будут приведены позже.

      Произведем  выбор транзисторов коммутирующих  ключей. Транзисторы, применяемые в  двухтактной схеме, должны иметь паспортные рабочие характеристики, превышающие не менее чем в 1,5...2 раза реальные нагрузочные величины [17]. Кроме того, необходимо обеспечить двойной запас по напряжению, так как к транзисторам VT1, VT2 в закрытом состоянии прикладывается двойное напряжение питания [17, 18].

      Итак, для обеспечения безопасного  режима работы МОП ПТ необходимо выполнение условий:

,

,

,

где:   - максимально допустимое напряжение между стоком и истоком ПТ;

             - максимально допустимый ток  стока;

             - ток стока транзистора в  схеме каскада;

       - максимально допустимая мощность, рассеиваемая на стоке транзистора;

       - мощность, рассеиваемая на стоке  транзистора в рабочей точке.

      Импульсные  токи первичной и вторичной обмоток  трансформатора:

       ,                      (5.1)

    ,                  (5.2)

    где P – мощность линейки антенны, U1 и U2 напряжение первичной и вторичной обмотки.

      Эффективные, или действующие значения токов  первичной и вторичной обмоток  импульсного трансформатора (ИТ) определяются из условия, что потери в этих обмотках при прохождении через них коротких прямоугольных импульсов тока  обусловливаются не только омическими сопротивлениями обмоток, но также явлениями поверхностного эффекта в проводах и влиянием наводок в них [17, 18].

        коэффициент, учитывающий  ток наводки в проводах обмоток  при прямоугольном импульсе тока;

        коэффициент поверхностного  эффекта в голых медных проводниках  круглого сечения;

      С учетом этих явлений действующие  значения первичного и вторичного токов ИТ можно представить как:

=0,734А,                      (5.3)

=1,3А.                        (5.4)

      В ИТ мощность в импульсе может быть очень велика, однако средняя мощность ИТ будет гораздо меньше за счет того, что у импульсов микросекундной длительности период посылки измеряется миллисекундами, т.е. высока скважность импульсов.

      Скважность  прохождения посылок импульсов: .