Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

Решая уравнение (2), находим экстремальное значение температуры, равное 293,8° С. При этом значении время необходимое для облуживания составит 0,9 с. Однако верхнее значение т

Виды потока припоя для

групповой пайки: а – волна; б - струя

емпературы припоя в ванне должно быть ограничено чтобы снизить загрязнения припоя в результате растворения меди: Для припоя ПОС-61 это значение составляет 265° С. С той же целью и для защиты электрорадиоэлементов и микросхем от перегрева ограничивается продолжительность контакта жидкого припоя с платой в пределах 2,2 ± 0,5 с в зависимости от температуры припоя.

Продолжительность пайки регулируется скоростью движения транспортера в пределах от 1 до 5 см/с. Такая скорость подачи плат обеспечивает производительность установки для пайки от 200 до 800 плат/ч в зависимости от размера плат, взятого в направлении движения транспортера.

При подходе к волне припоя плата должна иметь наклон в несколько градусов (8 - 10°), чтобы припой стекал с поверхности, оставаясь на смоченном металле только в виде тонкого слоя. Сечение потока (форма и размеры) определяется соплом (рис.).

Воронежский государственный технический университет

УДК 623.4

Д.В. Сенькевич

Сравнительный анализ методов оценки

эффективности современных нелинейных

радиотехнических средств

Приведен сравнительный анализ имеющегося математического аппарата для оценки эффективности методов и техники нелинейной радиодальнометрии объектов, рассчитаны максимально достижимые расстояния обнаружения объекта с нелинейными электрическими свойствами для различных методов при одинаковых типовых исходных данных

В последнее время исследования в области нелинейной радиотехники стремительно развиваются. Одними из перспективных направлений в данной области являются нелинейные радиолокация и радиодальнометрия объектов с нелинейными электрическими свойствами (ОНЭС). Совершенствование методов определения дальности до объектов с нелинейными электрическими свойствами является актуальной на данный момент задачей. В настоящее время известно несколько способов построения нелинейных радиодальномеров [1]. Если разделить их на группы, то можно выделить способы радиодальнометрии, основанные на измерении фазы принимаемого сигнала, кривизны фазового фронта. Известны также частотные и импульсные методы нелинейной радиодальнометрии. В зависимости от того, излучает ли собственные сигналы в направлении на нелинейную радиолокационную станцию (НРЛС) объект с нелинейными электрическими свойствами или нет, они подразделяются на пассивные и активные методы.

Однако все это многообразие принципов построения нелинейных радиодальномеров привело также к большому разнообразию методик (математического аппарата) для оценки эффективности методов нелинейной радиодальнометрии. В настоящее время начальный этап проектирования техники нелинейной радиодальнометрии по указанной причине неизбежно связан с трудностями выбора формул для расчета характеристик проектируемого устройства. В свою очередь, каждая из формул расчета дальности и других характеристик устройства имеет свои характерные особенности и требует наличия того или иного количества исходных данных. Целью настоящей статьи является сравнительный анализ имеющегося математического аппарата для оценки эффективности методов и техники нелинейной радиодальнометрии объектов, а также расчет максимально достижимого расстояния обнаружения объекта с нелинейными электрическими свойствами для различных методов при одинаковых типовых исходных данных.

В основу методического аппарата оценки эффективности средств нелинейной радиодальнометрии положено применение различных вариантов основного уравнения нелинейной радиолокации. Другими словами, трудность оценки эффективности нелинейного радиодальномера в значительной мере обусловлена многообразием форм записи основного уравнения нелинейной радиолокации. Рассмотрим некоторые известные нам методы.

Впервые развернутую и физически ясную формулу записи основного уравнения нелинейной радиолокации предложил в 1997 году профессор Н.С. Вернигоров [2]. Он предложил форму записи этого уравнения по аналогии с основным уравнением линейной радиолокации:

(1)

,

где – дальность до объекта, , - коэффициенты усиления приемной и передающей антенн объекта соответственно, - частотные зависимости среды распространения для зондирующего сигнала и для n-й гармоники ЗС переизлученной объектом, - частотные зависимости линейных цепей объекта в прямой и обратной ветвях канала наблюдения, - коэффициент преобразования нелинейным объектом мощности зондирующего сигнала в мощность высших гармонических составляющих.

Как можно видеть, выражение (1) достаточно подробно и полно описывает процесс взаимодействия системы нелинейный радиодальномер – ОНЭС, однако это обстоятельство препятствует его широкому применению в практике инженерных расчетов. Обилие различных частотно зависимых коэффициентов затрудняет расчет дальности действия нелинейного радиолокатора по данному выражению. С целью упрощения расчетов профессором Вернигоровым [2] по аналогии с линейной радиолокацией было введено понятие нелинейной эффективной поверхности рассеяния (НЭПР), формульная запись которого имеет вид

. (2)

НЭПР вида (2) является функцией частоты и мощности зондирующего сигнала. С учетом (2) выражение (1) трансформируется к более наглядному виду

. (3)

Единственным недостатком данного уравнения является то, что величина НЭПР достаточно сложна в экспериментальном и расчетном определении, имеет сложную размерность м^2N/Вт^N-1 (где N - номер гармоники), зависит от мощности ЗС, и не может быть применена в случае активной нелинейной локации (ОНЭС излучает радиоволны), поскольку на частотах комбинационных излучений вместо параметра N нужно вводить иной и более сложный показатель.

Другая известная форма записи основного уравнения нелинейной радиолокации была предложена в [3]. Для свободного пространства и однопозиционного нелинейного дальномера дальность действия нелинейного дальномера при мощности принимаемого сигнала

, (4)

где - средняя мощность излучения передатчика; , - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн объекта соответственно; - длина волны принимаемых колебаний; - показатель потерь, учитывающий несогласованную фильтрацию сигнала в приемнике; - показатель нелинейности цели (номер гармоники принимаемых колебаний); - псевдопоперечник рассеяния (физический аналог НЭПР).

Анализируя предложенный вариант записи основного уравнения нелинейной радиолокации, можно сказать, что он также имеет ряд недостатков. Во-первых, апостериорным путем сложно получить параметры и . Заметим что, как сказано в [3], величина НЭПР напрямую зависит от параметра . То есть параметр обладает всеми уже отмеченными выше недостатками НЭПР. Во-вторых, сложные дробные показатели степени в выражении (4) затрудняют расчеты.

В 1999 году профессором Щербаковым Г.Н. в работе [4] была предложена еще одна формула дальности действия в свободном пространстве импульсной одночастотной НРЛС, работающей на m-ой гармонике:

, (5)

где - пиковая мощность излучения передатчика в импульсе; - коэффициент усиления передающей антенны; - нормированная НЭПР объекта поиска (при плотности потока мощности зондирующего сигнала ); - чувствительность приемника; - эффективная площадь приемной антенны на гармонике.

Из (5) видно, что данное выражение очень близко по сути к выражению (4) однако здесь вводится новый параметр . В данном варианте уравнения нелинейной радиолокации не учитываются коэффициенты усиления приемной и передающей антенн активного ОНЭС (источника собственного радиоизлучения), что ставит под сомнение возможность его использования в случаях, когда нелинейный элемент является активным и сам излучает сигнал в направлении НРЛС.

Говоря о недостатках того или иного варианта записи основного уравнения нелинейной радиолокации, автор ни в коем случае не ставит под сомнение их физическую состоятельность, а лишь обозначает трудности, которые могут возникнуть при использовании того или иного выражения в инженерной практике проектирования нелинейных РЛС.

С учетом всех изложенных здесь обстоятельств в работе [5] был предложен еще один вариант записи основного уравнения нелинейной радиолокации. Он имеет вид

, (6)

где - коэффициент дополнительных (не основных) потерь при приеме полезного сигнала (обусловлен несовпадением поляризации антенны и излучения, рассеянием на гидрометеорах и проч.); - коэффициент нелинейного преобразования сигнала в тракте ОНЭС.

, (7)

где - мощность продукта нелинейного преобразования на выходе антенны ОНЭС; - мощность зондирующего сигнала на входе антенны ОНЭС. В [5] также введен показатель КНП по полю который характеризует уменьшение уровня плотности потока мощности сигнала на частоте нелинейного отклика П_Sr относительно плотности потока мощности зондирующего сигнала в месте размещения ОНЭС . Он, в отличие от НЭПР, достаточно просто определяется экспериментально и является более универсальным по сравнению с показателем (7). С учетом данного показателя формула (6) приобретает вид:

. (8)

Так же, как и расчет НЭПР, теоретический расчет КНП по полю крайне сложен из-за зависимости этого показателя от множества параметров. Значение зависит от амплитудных, поляризационных, спектральных, пространственных, частотных характеристик излучений и приема радиосигналов, вида вольтамперной характеристики и режимов работы нелинейных элементов ОНЭС и от целого ряда других факторов. Экспериментальное же определение КНП по полю организуется достаточно просто. Процедура измерений сводится к экспериментальному определению параметров и вблизи ОНЭС. В процессе измерений необходимо лишь обеспечить условие размещения измерительной установки в дальней зоне излучения антенн нелинейной РЛС и ОНЭС для изменения погрешностей измерения. В состав измерительной установки входят широкополосная калиброванная измерительная антенна и измерительный приемник.

Применение показателей КНП по полю или по тракту вместо нелинейной ЭПР существенно облегчает всю процедуру анализа процесса нелинейного зондирования объектов. При этом метрологическое обеспечение измерений КНП по полю значительно проще измерений нелинейной ЭПР, поскольку измерения пространственных диаграмм нелинейной ЭПР можно заменить измерением диаграмм направленности неосновных излучений или нелинейных откликов ОНЭС.

Для доказательства состоятельности всех описанных выше подходов к записи основного уравнения нелинейной радиолокации произведем расчет максимальной дальности действия нелинейного радиодальномера при типовых значениях его параметров тремя разными указанными выше способами.

Расчеты производились в предположении, что и НРЛС и ОНЭС имеют в своем составе антенну П6-23М с приведенной на рисунке зависимостью коэффициента усиления и эффективной площади от частоты.

Приведем результаты расчета дальности действия нелинейного радиодальномера по формуле (4). В качестве исходных данных использовались следующие:

Мощность передатчика ;

Чувствительность приемника ;

Частота ЗС ;

Частота отклика от ОНЭС на второй гармонике ;

Коэффициенты усиления передающей и приемной антенны - и соответственно (см. рис. для частот и );

Псевдопоперечник рассеивания ;

Потери на несогласованную фильтрацию сигнала в приемнике не учитывались ;

Номер гармоники .

В результате вычислений по (4) дальность действия нелинейного радиодальномера составила .

А_эф, см²

G_, дБ

G_, дБ