СВЧ ПОГЛОТИТЕЛЬ И АТТЕНЮАТОР БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ, ОХЛАЖДАЕМЫЕ ЖИДКОСТЬЮ
система охлаждения СВЧ нагрузка Коэффициент стоячей волны круглый экранированный волновод с потерями коаксиальный волновод волновое сопротивление СВЧ поглотитель и аттенюатор сопротивление резистор
Сведения об отчете: отчет 56 с., 21 иллюстрация, 10 таблиц, 6
приложений, введение, 2 части, заключение, библиография 6 источников.
Перечень ключевых слов: резистор, сопротивление, СВЧ-поглотитель
и аттенюатор, волновое сопротивление, коаксиальный волновод, круглый
экранированный волновод с потерями, коэффициент стоячей волны, СВЧнагрузка, система охлаждения.
Объектом разработки (исследования) является поглотитель и
аттенюатор электромагнитных волн (электромагнитной энергии) большой
мощности, охлаждаемый жидкостью (водой), выполненный на основе СВЧрезисторов с объемным поглощающим слоем.
Цель работы – разработка электродинамической модели, а именно
создание алгоритма и программы расчета. Разработка конструкторской
документации по изготовлению изделия по смоделированной
электродинамической модели. Разработка систем обеспечения работы
изделия. Расчет системы принудительного жидкостного охлаждения
совместно с воздушным охлаждением, системы индикации и контроля
входной и выходной мощности.
Методы исследования – метод продольных и поперечных сечений,
метод Мюллера поиска комплексных корней дисперсионных уравнений волн
направляющих электродинамических структур, метод оптимизации
Розенброка.
В процессе выполнения проведены исследования в направлении
создания конструкции СВЧ-поглотителя и аттенюатора, использующего
замкнутую (автономную) систему жидкостного (водяного) охлаждения.
Базовым основанием для выполнения работы стали мощные
высокочастотные поглотители типа УВ, РПН. Основными недостатком
последних являются: большие массогабаритные показатели, недостаточно
широкий рабочий диапазон частот, необходимость в системах подачи
4
охлаждающей жидкости. В ряде изделий, для работы в СВЧ-диапазоне,
требуется изготовление специальных согласующих элементов.
В соответствии с целями и задачами исследования был выполнен ряд
работ, в результате которых получены следующие результаты:
1. Разработка электродинамической модели, а именно создание алгоритма
и программы расчета. Разработка конструкторской документации по
изготовлению изделия по смоделированной электродинамической
модели.
Проведено исследование керамических и токопроводящих материалов,
технологий нанесения проводящего слоя, с целью создания СВЧ-резистора
СВЧ-нагрузки с заданными техническими характеристиками. В результате
исследований был выбран пористый керамический материал на основе
оксида алюминия, с объемным токопроводящим слоем пиролитического
углерода. Вода за счет свойств капиллярности проникает внутрь материала
резистора и подводится к токопроводящему слою с внутренней стороны, чем
обеспечивается двухсторонней отвод тепла от токопроводящего слоя.
Для осуществления охлаждения резистор помещается в специальную
арматуру. Исходя из выбранных параметров СВЧ-резистора, а также
конструктивных и технологических особенностей его использования,
разработана электродинамическая модель СВЧ-нагрузки. Проведено
согласование макетного образца СВЧ-поглотителя и аттенюатора с
передающей линией. Для этого на основе строгих электродинамических
методов разработан алгоритм и программа расчета коаксиальных
трансформаторов волнового сопротивления в коаксиальном волноводе. По
результатам оптимизации геометрических параметров рассчитаны и
спроектированы специальные согласующие элементы и переходы.
По смоделированной электродинамической модели спроектированы
СВЧ-поглотители и аттенюаторы мощностью до 5 кВт и до 15 кВт,
разработана их конструкторская документация.
5
Для проектирования системы охлаждения был изготовлены образцы
изделий и проведены их исследования по электрическим характеристикам.
Параметры разработанных изделий по масса-габаритным и электрическим
показателям превосходят отечественные образцы и не уступают
современным зарубежным аналогам.
2. Разработка систем обеспечения работы изделия. Расчет системы
принудительного жидкостного охлаждения совместно с воздушным
охлаждением, системы индикации и контроля входной и выходной
мощности. Проектирование системы охлаждения, удовлетворяющей
требованиям по массогабаритным показателям, требованиям
автономности и экономичности.
Приведены расчеты основных параметров системы охлаждения:
расхода и скорости движения теплоносителя. Определено число Рейнольдса,
характер течения теплоносителя. Показано, что при данных параметрах
движение жидкости будет турбулентным.
Проведено проектирование системы контроля и управления,
обеспечивающей контроль параметров, и отключение при нештатном
(аварийном) режиме работы. В качестве основного блока управления выбран
микроконтроллер ATmega328, так как данный микроконтроллер легко
доступен, прост в обращении и полностью удовлетворяет требованиям для
решения поставленной задачи. Проведена работа по подключению,
настройки и тестированию работы датчиков (температуры, давления, расхода
жидкости) системы охлаждения на макетном образце.
На промежуточном этапе работы был спроектирован и изготовлен
прототип СВЧ-поглотителя и аттенюатора с характеристиками:
1. Волновое сопротивление – 50 Ом.
2. Рабочий диапазон частот до 1000 МГц.
3. Коэффициент стоячей волны в рабочем диапазоне не более 1.15.
4. Уровень рассеиваемой мощности – 5 кВт.
6
Тестирование макетного образца (прототипа) показало соответствие
заявленных характеристик с характеристиками, полученными в результате
натурных испытаний.
В результате всей проделанной работы:
1. Разработана конструкция СВЧ-поглотителя и аттенюатора большой
мощности, охлаждаемого жидкостью.
2. Разработан технологический процесс изготовления резистора с
объемным токопроводящим слоем.
3. Спроектирован и изготовлен СВЧ-поглотитель и аттенюатор большой
мощности с полуавтономной системой охлаждения с
характеристиками:
- Волновое сопротивление – 50 Ом;
- Рабочий диапазон частот до 1000 МГц;
- Коэффициент стоячей волны в рабочем диапазоне - 1.2 (не более);
- Ослабление (потери) – минус 30 дБ;
- Уровень рассеиваемой мощности - 15 кВт;
- Масса - 75 кг;
- Объем бака для охлаждающей жидкости (вода) - 40 л.
Степень внедрения.
По разработанной конструкции СВЧ-поглотителя и аттенюатора изготовлены
опытные образцы в количестве 2 (двух) штук.
Проведены испытания опытных образцов в системах и установках
следующих предприятий:
1. ООО «НПП «ЮНИОН»
2. ООО «НПП «КБ «ПОЛИГОН»
3. АО ГНЦ «Центр Келдыша», г. Москва
4. ООО «НПП Триада-ТВ», г. Новосибирск
5. ИЯФ СО РАН, г. Новосибирск
Осуществлена доводка конструкции по результатам испытаний
7
Рекомендации по внедрению: разработанный СВЧ-поглотитель и
аттенюатор большой мощности с полуавтономной системой охлаждения
необходимо использовать в качестве замены мощных систем балластных
нагрузок с воздушным охлаждением, а также в передвижных (мобильных)
радиолокационных комплексах и системах связи.
Область применения: радиолокационные системы, системы связи,
системы балластных нагрузок мощных электрогенераторов, прочие системы
утилизации электрической энергии.
Экономическая эффективность: уменьшение вредного воздействия
на окружающую среду в качестве перевода излишнего количества воды, в
том числе, непрямые экономические эффекты проявляются в области
конкуренции и в реализации инновационных задач предприятия.
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: это
увеличение уровня рассеиваемой мощности в автономном режиме работы до
50-100 кВт; модернизация конструкции СВЧ-поглотителя и аттенюатора и
увеличение рабочего частотного диапазона до 2000 МГц, а уровня КСВ до
1,15; снижение массогабаритных параметров за счет оптимизации
размещения устройств системы и улучшения их характеристик; обеспечение
работы устройства в условиях крайнего севера при температурах ниже нуля
градусов; проектирование системы автоматического регулирования и
системы защиты устройства.
Объекты интеллектуальной собственности, полученные в
результате выполнения работы: интеллектуальная собственность
оформляется.
Оценка исполнителем успешности выполнения работы: на
основании вышеизложенного можно сделать вывод, что цели работы
достигнуты полностью в соответствии с техническим заданием.
радиолокационные системы, системы связи, системы балластных нагрузок мощных электрогенераторов, прочие системы утилизации электрической энергии.
Роман
Бударагин
Валерьевич
Зам. по производству. Главный научный сотрудник
Доктор технических наук
Отсутствует
-
-
РОССИЯ
Виталий
Маклагин
Сергеевич
Генеральный директор
РОССИЯ
47.14.13
Проектирование и конструирование изделий электронной техники СВЧ-диапазона
02.02.IQ
ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC
Роман
Бударагин
Валерьевич
Разработал электродинамическую модель изделия, а именно создал алгоритм и программу расчета. По смоделированной электродинамической модели спроектировал СВЧ-поглотитель и аттенюатор. Разработал технологический процесс изготовления резистора с объемным токопроводящим слоем. Разработал конструкцию СВЧ-поглотителя и аттенюатора большой мощности, охлаждаемого жидкостью.
РОССИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
СЕРГЕЙ
ПОЛЯКОВ
ГЕННАДЬЕВИЧ
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
ООО "КБ "ЮНИОН"
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ЮНИОН"
1215200021673
ВИТАЛИЙ
МАКЛАГИН
СЕРГЕЕВИЧ
Организация
Организации, учрежденные юридическими лицами или гражданами, или юридическими лицами и гражданами совместно
Общества с ограниченной ответственностью