Система электропитания активных фазированных антенных решеток

• излучающее полотно антенной решетки состоит из 504 приемопередающих модулей, которые сгруппированы в 18 столбцов по 28 штук ППМ в столбце. Кроме того, 10 ППМ находятся в распределительной системе;

• для питания ППМ требуются три напряжения, основным из которых является напряжение +10 В со следующими характеристиками: нестабильность не более ±4% при всех условиях эксплуатации, точность установки не более 1%, пульсацией на частоте преобразования ( эффективное значение) не более 0,1%;

• ток нагрузки имеет импульсный характер;

• амплитуда тока в импульсе I_м=7А;

• максимальная длительность импульса t_И = 40·10^-6с;

• скол выходного напряжения к концу импульса - не более 1 %;

• средний ток потребления I_СР = 0,28А.

Кроме того, для питания ППМ требуются два дополнительных напряжения +5 и -5 В со следующими характеристиками:

• максимальный ток нагрузки по каналу +5В — I₁= 0,2А;

максимальный ток нагрузки по каналу –5В — I₂ = 0,08А;

требования по нестабильности и пульсации выходного напряжения в обоих каналах аналогичны требованиям по основному каналу +10 В.

Нагрузка по каналу питания +10 В является импульсной. Для нормальной работы вторичного источника питания и уменьшения пульсаций тока потребления от сети на входе каждого ППМ должен быть установлен индуктивно-емкостный накопитель энергии.

Накопитель энергии должен быть установлен рядом с каждым ППМ при любом построении системы электропитания, поэтому при сравнительных оценках систем питания полотна антенной решетки будем считать, что он не входит в систему электропитания и является принадлежностью ППМ.

Оценка надежности решетки АФАР представляет собой сложную комплексную задачу. Выход из строя одного ППМ на антенной решетке не приводит к выходу из строя всей АФАР. Поэтому для оценки надежности АФАР необходимо определить допустимое число неисправных ППМ и места их возможного расположения на решетке.

При децентрализованной и частично централизованной системах питания часть источников питания работают только на один ППМ. Кроме того, каждый ППМ имеет свой накопитель. В этом случае с точки зрения надежности ППМ, питающие его источники и накопитель представляют собой один объект, интенсивность отказов которого равна сумме интенсивностей отказов ППМ, источников питания и накопителя.

В данной статье не проводится оценка надежности всей АФАР, поэтому при сравнении различных схем построения системы питания полотна антенной решетки будем оценивать надежность только централизованной части системы питания, выход из строя которой приводит к выходу из строя всей АФАР.

При оценке надежности систем питания прием следующие исходные данные:

• суммарное время работы под током (во включенном состоянии) — t_Р = 3000 ч;

• суммарное время ожидания (в выключенном состоянии) — t_ХР = 40000 ч;

• вероятность безотказной работы централизованной части системы питания должна быть не менее 0,99;

• не будем учитывать надежность шин питания, соединительных проводов, контактов, разъемов и т.д.

Примем следующие обозначения: п — число столбцов полотна антенной решетки (n=18); т — число ППМ в одном столбце (при расчетах примем m=29, т.е. 28 ППМ на полотне решетки и 1 ППМ из распределительной системы); N — общее число ППМ антенной решетки и распределительной системы (N=514).

Выбор источников питания довольно сильно ограничен в связи с жесткими условиями эксплуатации и требованиями по надежности.

В качестве прототипа для дальнейших расчетов будем использовать серию модулей питания СПН, выпускаемых предприятием ЗАО «Электронинвест». Эти модули питания представляют собой одноканальные стабилизированные преобразователи постоянного напряжения с диапазоном входных напряжений от 18 до 40 В. Модули имеют встроенные защиту от коротких замыканий и перегрузок в цепях нагрузки и возможность дистанционного включения/выключения. Входные и выходные цепи модулей гальванически развязаны между собой и изолированы от корпуса. Модули имеют герметичный прямоугольный металлический корпус, нижняя поверхность которого является теплоотводящей.

Модули имеют следующие данные по надежности:

• интенсивность отказов во включенном состоянии при работе в номинальном режиме при температуре корпуса 85°C-λ_Р = 1·10^–6 1/ч;

• интенсивность отказов во включенном состоянии при работе в облегченном режиме с коэффициентом нагрузки 0,8 и при температуре корпуса не более 70°C-λ_Р = 0,68·10^–6 1/ч;

• интенсивность отказов в режиме хранения, в том числе и вмонтированных в аппаратуру модулей в выключенном состоянии λ_ХР=11,6·10^–8 1/ч;

Оценим централизованную систему (ЦС) электропитания АФАР по критериям приведенным выше.

Для построения полностью централизованной системы электропитания необходимо три мощных источника питания, которые будут обеспечивать питание всех ППМ АФАР и распределительной системы. Мощности таких источников питания составят по каналу +10 В — 1462 Вт, по каналу +5 В — 522 Вт, по каналу -5 В — 209 Вт.