Система электропитания активных фазированных антенных решеток

Рассмотрим вариант (первый способ), когда дополнительные напряжения +5 и -5 В формируются от источников, питающихся от цепи основного канала +10 В. При таком построении в источниках +5 и -5 В не требуется гальванической развязки входных и выходных цепей и они могут быть выполнены на основе импульсных стабилизаторов, имеющих существенно меньшую массу и больший КПД по сравнению с СПН, так как их схема управления более простая и в них отсутствует трансформатор. Предварительные расчеты показали, что плата ИСН с двумя выходными напряжениями +5 и -5 В при ее размещении внутри ППМ будет иметь массу 0,025 кг и габаритные размеры 50×35×10 мм. КПД такого ИСН составит не менее 80%. Тепловыделение этой платы не будет превышать 0,35 Вт. В этом случае ППМ питается только от напряжения +10 В с током потребления I₊₁₀ = 0,28+0,175 = 0,455 А и потребляемой мощностью 4,55 Вт.

При втором способе построения схемы с частичной централизацией при котором вспомогательные напряжения +5 и –5 В для каждого ППМ вырабатываются импульсным стабилизатором напряжения, расположенным в корпусе ППМ, а напряжение +10 В осуществляется мощным СПН, обеспечивающим питание всего столбца. Из расчетов, проведенных выше имеем мощность, потребляемую одним ППМ, равную 4,55 Вт. Тогда мощность СПН составит 4,55×29= 132 Вт.

Серийно СПН на данную мощность не выпускаются, поэтому такой источник должен специально разрабатываться.

Сначала оценим надежность системы без резервирования. Примем вероятность безотказной работы данного СПН по аналогии с серийными СПН равной 0,992. Вероятность безотказной работы системы в этом случае будет

P_ЧЦ = pⁿ =0,992¹⁸ =0,865.

Для повышения надежности применим пассивное резервирование, которое возможно, если включить все восемнадцать СПН, питающих столбцы ППМ параллельно по выходу. В этом случае в схему управления каждого СПН должно быть включено специальное устройство выравнивания токов (УВТ), обеспечивающее равномерное распределение тока нагрузки между параллельно работающими СПН [4]. При таком резервировании при выходе из строя одного или нескольких источников нагрузка перераспределяется между оставшимися исправными источниками. Очевидно, что в данном случае СПН должны иметь определенный запас по мощности, который зависит от допустимого числа неисправных источников.

Вероятность безотказной работы системы при пассивном резервировании определяется выражением

где п — число параллельно включенных источников (число столбцов); l — число источников, при которых система сохраняет работоспособность.

Таблица 2. Значения вероятности безотказной работы системы и требуемой мощности СПН для различных значений числа l

Число источников l	Мощность СПН, Вт	Вероятность безотказной работы системы
18	132	0,8650
17	140	0,9910
16	148	0,9996
15	158	0,9999

Из табл. 2 видно, что уже при l=17 (допускается выход из строя одного СПН) надежность системы соответствует заданному значению. Мощность СПН при этом составляет 140 Вт. Учитывая возможную неравномерность в распределении токов между СПН принимаем требуемую мощность каждого СПН равной 150 Вт. Масса такого источника составит 0,42 кг.

Оценим массу источников системы с учетом ИСН, расположенных внутри каждого ППМ

M = 0,025×N + 0,42×n = 20,4 кг.

Каждый ППМ потребляет ток 0,455 А, а один столбец ППМ будет потреблять ток 13,2 А. С учетом этого масса проводов равна 2,2 кг.

Таким образом, масса системы питания полотна антенной решетки и распределительной системы составит 22,6 кг без учета массы накопителей энергии, установленных в ППМ и при вероятности безотказной работы системы не менее 0,99. Такое построение системы питания обеспечивает наименьшую массу при заданной надежности.

Структурная схема системы питания с частичной централизацией приведена на рис. 3. Из рисунка видно, что ИСН для получения вспомогательных напряжений +5 и –5 В расположен внутри герметичного корпуса ППМ. Накопитель может располагаться как внутри, так и снаружи ППМ. В последнем случае необходимо обеспечить минимальную длину проводов между ППМ и накопителем. Все 18 мощных ППМ работают на общую шину. Равномерное распределение нагрузки обеспечивается устройствами выравнивания токов (УВТ), которыми снабжен каждый ППМ.

Рис. 3. Схема частично централизованной системы питания полотна антенной решетки и распределительной системы

На выходе каждого ППМ установлены плавкие предохранители F. Установка предохранителей связана со следующим обстоятельством.

Выход из строя источников питания часто связан с пробоем и закорачиванием выходного конденсатора. При отсутствии специальных защитных мер это может привести к выходу из строя всей системы питания. При установленных предохранителях короткое замыкание на выходе СПН приведет к выгоранию соответст вующего предохранителя и автоматическому от ключению неисправного СПН от общей шины.

Таблица 3. Параметры рассмотренных систем электропитания