Оценка надежности разработанного радиоприёмного устройства

 

При проектировании радиоэлектронной аппаратуры одной из задач является оценка ее надежности, которая позволяет получить количественные значения показателей надежности. По величинам этих показателей можно судить о надежности аппаратуры. Если уровень надежности аппаратуры оказывается ниже требуемого, то меры по ее увеличению могут быть приняты еще на этапе разработки.

Надежность есть внутреннее свойство изделия сохранять свои характеристики (значения параметров) в заданных пределах и в заданных условиях эксплуатации.

Критерием надежности называют признак, по которому определяется надежность различных изделий. Количественное значение критерия надежности конкретного изделия называют характеристикой или количественным показателем надежности.

Для практического использования очень удобны временные показатели надежности. Время безотказной работы в этом случае является непрерывной случайной величиной. Для непрерывных случайных величин пользуются понятием функции распределения Р(х) или Р(t). Функцию распределения называют также интегральным законом распределения.

Количественно безотказность можно оценивать такими показателями, как вероятность безотказной работы, вероятность появления отказа, интенсивность отказа.

Вероятность безотказной работы изделия P(t) - это вероятность того, что при заданных режимах и условиях работы в заданном интервале времени отказ не возникает.

Возникновение отказа является случайным событием, поэтому время появления отказа t - также случайная величина.

Интенсивность отказов λi(t) - это число отказавших изделий в единицу времени, отнесенное к числу изделий, непрерывно работающих к началу рассматриваемого промежутка времени:

 

, (5.1)

 

где Δni - число изделий, отказавших за промежуток времени Δti;- число изделий, отказавших к началу промежутка времени Δti- общее число изделий.

Известно, что надежность аппаратуры определяется совокупностью внезапных и постепенных отказов. Считая эти отказы независимыми, получаем выражение для расчета вероятности безотказной работы аппаратуры:

 

, (5.2)

 

где Pв(t) ― вероятность безотказной работы в течение времени t по внезапным отказам.п(t) ― вероятность безотказной работы по постепенным отказам.

Так как в разработанной схеме отсутствует резервирование, т.е. отказ i-го элемента может привести к отказу всего устройства, то схему надежности смесителя можно представить в виде последовательной системы.

В этом случае вероятность безотказной работы устройства можно определить по теореме умножения вероятностей:

 

, (5.3)

 

где n ― число элементов в схеме,(t) ― вероятность безотказной работы i-го элемента.

Так как интенсивность отказов известна (значения для различных элементов приведены в таблице 4), то вероятность безотказной работы можно рассчитать по формуле:

 

. (5.4)

 

Тогда формулу для безотказной работы устройства можно записать в виде:

 

, (5.5)

 

Отсюда интенсивность отказов всего устройства вычисляется по формуле:

 

, (5.6)

 

Таблица 5.1

Наименование группы элементов	Nj, (шт)	lj*10-5 (1/ч)	Nj*lj*10-5 (1/ч)
Микрополосковые линии	10	0,0015	0,015
Конденсаторы	3	0,04	0,12
Индуктивности	1	0,1	0,1
Диоды	2	0,1	0,2
Транзистор	1	0,1	0,1
Пайки	50	0,001	0,05

 

Так как разработанное устройство предназначено для эксплуатации в наземных условиях, введем коэффициент Кэн=1,8. Тогда интенсивность отказов можно вычислить по формуле:

 

. (5.7)

 

Для проектируемых устройств важным показателем надежности является время наработки на отказ, значение которого можно вычислять по формуле:

 

. (5.8)

 

Важным показателем надежности также является время восстановления Tв работоспособного состояния устройства при возникновении отказа. Время восстановления определяется характером отказа и временем на поиск отказавшего элемента и его замены. Для разработанного устройства время восстановления с учетом используемой элементной базы Tв=1 час.

Вывод: Таким образом, исходя из данных таблицы 5.1, были получены показатели надежности, которые приведены в таблице 5.2.

 

Таблица 5.2

Параметр	Интенсивность отказов L, 1/ч	Среднее время наработки на отказ То, час	Среднее время восстановления Тв, час
Значение	0,269*10-5	307692.308	1

Экономические показатели

 

В Военной Доктрине Республики Беларусь одним из пунктов стоит эффективное использование возможностей системы государственного оборонного заказа с рациональным учетом рыночных механизмов:

рациональное использование, дальнейшее развитие и государственная поддержка научно-технического и производственного потенциала оборонного сектора экономики в интересах решения задач обеспечения военной безопасности страны, государств-участников Союзного государства;

предельное ограничение закупки нового серийного вооружения и военной техники и концентрация сил и средств на ремонте, продлении гарантийных сроков эксплуатации, модернизация имеющихся образцов.

Разработка новых устройств, имеющих высокие технические, технологические и экономические показатели, а не ремонт или модернизация устаревших образцов радиоэлектронной аппаратуры, с экономической точки зрения, обусловлена тем, что стоимость новых систем со временем снижается в связи с совершенствованием технологии производства, улучшающем многие технические характеристики радиоэлектронной аппаратуры, повышением производительности труда и другими факторами.

Стоимость производства разрабатываемого устройства определяется стоимостью затрат для закупки необходимых материалов и элементов схемы и других расходов:

 

, (6.1)

 

где Ci - стоимость одного элемента;- количество групп элементов;- количество элементов в группе.

Цены на комплектующие элементы для разрабатываемого устройства с учетом всех расходов приведены в таблице 6.1 По данным таблицы 8.1 получаем стоимость разрабатываемого устройства Cсм.=25500 рублей.

Одним из экономических показателей является технологичность, т.е. конструктивно-технологическая целесообразность спроектированного устройства, определяемая следующими параметрами:

коэффициент стандартизации (не менее 0,7)

 

, (6.2)

 

где nст - количество стандартных деталей;- общее количество деталей.

коэффициент оригинальности (не более 0,2)

 

, (6.3)

 

где nор - количество оригинальных элементов.

коэффициент конструктивной преемственности (не менее 0,8)

 

, (6.4)

 

где nз - количество заимствованных узлов и деталей;пок - количество покупных нестандартных деталей.

Исходя из этих выражений, получаем Кст=0,97, Кор=0,02, Ккп=0,98.

 

Таблица 6.1

№ п/п	Наименование групп элементов	Количество ээлементов вгруппе, Nj	Стоимость одного элемента Ci, бел. руб.
1	Индуктивности	1	500
2	Конденсаторы	3	500
3	Текстолит (10*20 см)	1	2000
4	Транзисторы	1	5000
5	Диоды	3	5000

усилитель цепь радиолокационный станция

Таким образом, разработанное входное устройство является высокотехнологичным устройством с достаточно малой стоимостью (порядка 13000 рублей, без учета стоимости элементов реализованных на микрополосковых линиях).

Выводы

 

В ходе дипломного проекта была рассмотрена проблема повышения эксплуатационных и технических характеристик РЛС СОЦ 9С35А за счет применения в тракте высокой частоты входного устройства на МПЛ. Спроектированное входное устройство является составной частью транзисторного усилителя СВЧ и обеспечивает решение следующих задач:

защиту транзисторного усилителя СВЧ от мощных помех;

повышение избирательности приемного устройства за счет применения фильтра.

В ходе дипломного проектирования проведён анализ чувствительности высокочастотной части приемного устройства. Полученный результат соответствует техническим характеристикам. Показано, что применение входного устройства совместно с транзисторным усилителем СВЧ позволяет заметно повысить чувствительность и улучшить тактико-технические характеристики РЛС в целом.

В качестве устройства защиты транзисторного усилителя СВЧ выбрана схема на полупроводниковых диодах, как наиболее отвечающая современным требованиям.

Рассчитанные параметры устройства на p-i-n-диодах составляют Lпр = 0,68дБ, Lзап = 20дБ, что совместно с ферритовым циркулятором и разрядником защиты приемника обеспечит надежную работу транзисторного усилителя СВЧ.

Произведен расчет согласующего устройства для p-i-n-диода, включенного в микрополосковую линию передачи.

Достоверность результатов подтверждена на трех этапах расчета: по результатам расчета реализуемой функции передачи, z-параметров согласующей цепи и синтеза схемы на этапе реализации.

Устройство обеспечивает уровень передачи не менее 0,85 при неравномерности в полосе частот 0,25 дБ.

Доказана возможность надежной работы транзисторного усилителя СВЧ в условиях воздействия мощных помех.

Результаты дипломного проекта могут служить обоснованием для принятия решения о замене УВЧ на ЛБВ транзисторным усилителем СВЧ.

Литература

 

1. Справочник по конструированию и расчету СВЧ полосковых устройств. / С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ; Под редакцией В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982, - 328 с.

2. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосовых линиях./ Малораций Л.Г., Явич Л.Р. М., «Советское радио», 1979, 232 с.

.   Транзисторные усилители СВЧ диапазона. Обзоры по электронной технике./ В.С. Савельев. Серия «Электроника СВЧ», Вып. 5(617), М.,ЦНИИ «Электроника», 1979,51 с.

.   GaAs СВЧ - усилители бегущей волны. Обзоры по электронной технике./ В.Б. Стеркин, В.С. Тяжлов. Серия «Электроника СВЧ», Вып. 4(1331), М.,ЦНИИ «Электроника», 1988, 43 с.

.   Аналоговые полупроводниковые интегральные схемы СВЧ./ В.Н. Данилин, Ф.И. Кушнерено. - М.: Радио и связь, 1985. - 192 с.

.   Маломощные усилители с распределенным усилением./ Кузьмин А.А. - М: «Сов. Радио»,1974. - 224 с.

.   Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник - 2 - е изд./ А.Б. Гитцевич. - М.: Куб - а, 1997. - 592 с.

.   Проектирование радиоприемных устройств. Под редакцией А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М., «Сов. Радио», 1976.

.   Автоматизированное проектирование малошумящих транзисторных усилителей СВЧ. /Под редакцией В.Б. Текшева. - СПВВИУС,1992-230 с.

.   Филиппович Г.А. Широкополосное согласование сопротивлений. - Минск: ВАРБ, 2005 г.

.   Клич С.М. Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приемников. Изд-во «Советское радио», 1973.

.   Лыпкань В.Н. Автоматизированное проектирование малошумящих транзисторных усилителей СВЧ. Санкт-Петербург, 1992.

.   Смесители СВЧ с фазовым подавлением зеркального канала в гибридно-интегральном исполнении. А.Н. Абрамов и др. М., ЦНИИ «Электроника», 1989 Выпуск 5 (1447) / Серия 1. ЭЛЕКТРОНИКА, 52 с. (621.396.614 - С50).

.   В.С. Савельев. Смесители частоты и ограничители мощности СВЧ-диапазона на транзисторах. М., ЦНИИ «Электроника», 1983 Выпуск 9 (957) / Серия 1. Электроника СВЧ, 30 с. (621.396.614 - С12).

.   А.А. Лисицын, А.Д. Родионов. Широкополосные диодные смесители СВЧ-диапазона. М., ЦНИИ «Электроника», 1988 Выпуск 20 (1413) / Серия 1. Электроника СВЧ, 37 с. (621.396.614 - Л63).

.   Конструирование и расчет полосковых устройств. Учебное пособие для вузов. Под редакцией чл.-корр. Академии наук БССР проф. И.С. Ковалева. М., «Сов. Радио», 1974. 296 с. (621.396.614 - К65).

.   Бобров Н.В. Расчет радиоприемников. М., «Сов. Радио», 1984.

.   Проектирование радиоприемных устройств. Под общ. ред. А.П. Сиверса. М., «Сов. Радио», 1976. 486 с.

.   Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ. Под ред. О.В. Алексеева. М., «Радио и связь», 1987. 392 с.

.   3. Транзисторные усилители СВЧ диапазона. Обзоры по электронной технике./ В. С. Савельев. Серия «Электроника СВЧ», Вып. 5(617), М.,ЦНИИ «Электроника», 1979,51 с.

.   Полосковые платы и узлы проектирование и изготовление. Е.П. Котов, В.Д. Каплуна, А.А. Тер - Макарян, В.П. Лысин, Ю.И. Фаянс; под редакцией: Е.П. Котов и В.Д. Каплуна. - М: "Сов. Радио", 1979.

.   Косиальные и полосковые фильтры сверхвысоких частот. Под редакцией Д.Б. Халяпина - М.: Связь,1969.