Современные СВЧ модули с высокой мощностью и высокой эффективностью. Часть 2

Вариантом тактики инженеров может быть разработка «модульного подхода к проектированию», который требует знания и учета спецификаций потребителя и обратной связи с ним. Основным двигателем для этого подхода является многообразие платформ и приложений, для которых могут быть использованы МРМ – от беспилотных летательных аппаратов (UAV) до радаров с синтезированной апертурой (SAR). Как только проектировщик добивается успеха с требованиями к питанию с множественными вводами, он может работать с 28 В постоянного тока, 270 В постоянного тока, 200 В переменного тока, 400 Гц 3-фазными и больше. Это позволит оборонному субподрядчику полностью настроить свои продукты в соответствии с потребностями конечного потребителя.

Более того, группа инновационного проектирования должна полностью разработать различные протоколы связи для управления/состояния по запросу потребителя. Эти сигналы управления/статуса могут включать в себя монитор выходной мощности в реальном времени, температуру, рабочий цикл, ширину импульса, монитор спирали тока, монитор пучка тока, задержка времени нагревателя, неисправности, и/или мониторинг напряжения катода. Эти сигналы управления/статуса могут быть переданы через дискретную связь, последовательную связь или связь Ethernet с GUI.

Эффективный тепловой дизайн управляет теплом  

При запросе на разработку нового продукта с большей выходной мощностью для энергетиков возникает проблема. Обычно увеличение выходной мощности — значит большее рассеивание энергии, что непременно увеличивает температуру и потенциально размер МРМ. Следовательно, теплочувствительные устройства стратегически размещаются во время фазы разработки, чтобы создать более эффективный тепловой дизайн, который более равномерно распределит тепло, обеспечивая высокую надежность. 

Даже с удвоенной мощностью приведенный выше пример 200 Вт МРМ создает только приблизительно такое же рассеивание тепла, как и предыдущие МРМ, и в среднем только около 10% увеличения тепла на других частотах, что дает возможность ускоренной модернизации существующих МРМ или высокомощных усилителей (НРА) до удвоения выходной мощности в той же площади. Это было достигнуто за счет увеличения объема на 29% по сравнению с похожими моделями. Никаких изменений в схеме монтажа не потребовалось. Рис.3 показывает тепловой профиль во время насыщения на 9,5 ГГц. В этом примере МРМ охлаждается проводимостью, и термический анализ выполнялся с прикрепленным экструдированным алюминиевым радиатором при температуре воздуха 50 ° C и естественной конвекции. Кроме того, новые требования к таким платформам заставляют производителей предлагать нестандартные конфигурации и монтаж.

Герметизация и капсулирование способствуют эффективности и более компактному формату

Герметизация, капсулирование и конформное покрытие являются важными процессами, которые позволяют размещать компоненты с высоким напряжением в относительной близости друг к другу. Эти процессы увеличивают эффективность за счет значительного уменьшения размера источника питания.

Например, каждые 10 кВ требуют приблизительно одного дюйма пространства между компонентами, чтобы не допустить искрения. Без этого зазора незащищенные компоненты могут стать причиной сбоев системы. Герметизация сокращает этот зазор до приблизительно одной десятой дюйма, позволяя источнику питания 20 кВ с примерно 30 изолированными компонентами умещаться в коробке размером с обувную, вместо упаковочного ящика 10*10*10 футов. Герметизация и конформное покрытия также помогают защитить компоненты от воздействия таких элементов как пыль, влага и экстремальные температуры. Данный метод также дает дополнительную защиту от ударов, вибрации и едких веществ.

Для обеспечения высокой надежности оборонные субподрядчики могут самостоятельно разрабатывать и производить все высоковольтные трансформаторы, магниты и диэлектрики. Кроме того, субподрядчики могут внедрять запатентованные технологии изготовления трансформаторов, капсулирования и заливки высоковольтных компонентов, специально разработанных для военных целей. Например, некоторые компании используют запатентованный процесс конформного покрытия с использованием кремния вместо полиуретана, поскольку заливочные соединения с более высокой температурой стеклования (Tg) могут нарушить паяные соединения, так как они затвердевают и сжимаются при пониженных температурах. В результате этих процессов сотни высоковольтных компонентов производятся с точно такими же спецификациями и ежемесячно используются в усилителях.

Тестирование – ключ к надежности

Когда системы используются для устройств, где на карту поставлена жизнь, надежность не обсуждается. Поскольку гарантированная надежность требует усиленного тестирования, оборонные субподрядчики должны вкладывать средства в современные тестовые методики, чтобы получить полный контроль над процессами. Собственное тестирование на месте производства с такими сервисами, как автоматизированное круглосуточное циклическое тестирование, также снижает время обработки и стоимость для потребителя.

Тестирование по индивидуальным запросам для конкретных требований по температуре и высоте должно выполняться в тестовых камерах, имитирующих окружающую среду, с корпусами, в которых можно разместить небольшие висящие в воздухе или большие, крепящиеся к стойке, устройства. HALT/HASS испытание на надежность также необходимо для клиентских профилей устройств, также как и отбраковочные климатические испытания, тестирование температурным циклом, тестирование на вибрацию, высотные испытания и комбинированное температурное тестирование на высоте.

Так как устройства продолжают усложняться, будет расти и потребность в большей полосе пропускания, особенно из-за того, что более широкая полоса пропускания приводит к более высокой способности передачи данных – качество, которое всегда необходимо для оборонных приложений. Соответственно, рынок спутниковых систем связи также будет продолжать расти поскольку спрос на данные, видео и интернет по спутниковым каналам увеличивается, позволяя использовать видео и данные в любое время в любом месте.