Непрерывное развитие техники, элементной базы является причиной непрерывного снижения габаритов и массы радиоэлектронных средств (РЭС). Классическим представителем РЭС являются приемопередающие средства — радиостанции, трансиверы, приемопередатчики. В современных радиостанциях одной из основных проблем является необходимость охлаждения теплонагруженных элементов. Особо остро эта проблема стоит в РЭС мобильного или возимого исполнения, работающих в жестком температурном режиме. Рассмотрим систему обеспечения теплового режима такой РЭС на примере одной из самых распространенных радиостанций Yaesu FT-857 [1].
Мобильная рация Vertex FT-857 D (Yaesu FT-857 D) — ультракомпактная 100 Вт всеволновая радиостанция, предназначенная для использования, как в стационарных условиях, так и в автомобиле.
Работает во всех радиолюбительских диапазонах от 160 м до 70 см. Эргономичный дизайн обеспечивает легкий доступ к часто используемым переключателям и клавишам. Алюминиевое шасси и эффективная система охлаждения обеспечивают стабильный температурный режим.
Выходная мощность 100 Вт в диапазонах 160–6 м, 50 Вт — 2 м и 20 Вт — 70 см при габаритных размерах 155×52×233 мм и весе 2 кг. Аппарат оснащен многими функциями, присущими базовым трансиверам: многофункциональный LCD-дисплей, DSP-процессор, сдвиг полосы пропускания фильтра ПЧ, два VFO, система понижения шумов, выбор задержки системы АРУ, аттенюатор, система CAT для управления с компьютера и многие другие.
Сильнее всего нагреваются транзисторы УМ, стабилизаторы напряжения Q1014 на плате MAIN-UNIT и Q3007 на плате PA-UNIT. Надо заметить, что эти детали расположены грамотно и хорошо обдуваются вентиляторами. Транзисторы усилителя мощности передатчика, находятся в геометрическом центре корпуса (рисунок 1) и равномерно его нагревают, а вентиляторы эффективно выводят тепло наружу.
а) б)
в)
Рис. 1. Конструкция трансивера FT-857: а — вид сверху; б — элементы охлаждения на задней стенке; в — вид сзади
При нажатии PTT, вентиляторы включаются сразу, для опережающего охлаждения корпуса. В 'экономичном режиме' вентиляторы не включаются при нажатии PTT. Начиная с определенной температуры, термодатчик установленный в PA-UNIT включит вентилятор постоянно. Если вы будете дальше активно работать на передачу и нагрев будет продолжаться, на дисплее, в самом верху, появится надпись HOT. Это значит что, передачу нужно срочно прекратить и остудить трансивер (внешним вентилятором) или дать ему остыть самому.
Обращает на себя внимание тот факт, что сильный нагрев происходит только при длительной работе в цифровых видах связи на полной мощности или если окружающая температура от +40C и более или когда антенна плохо согласована. При обычной комнатной температуре до +30С, трансивер довольно быстро остывает сам. Хотя небольшой внешний вентилятор, иногда может быть очень полезен. Трансивер пригоден для работы в SSB/CW соревнованиях и контестах, на полной мощности.
В корпусе радиостанции установлены два вентилятора, включаются и выключаются они одновременно. Если трансивер работает в обычном режиме, вентиляторы включаются сразу после нажатия PTT и если трансивер холодный, выключаются с задержкой 7 секунд. Если трансивер нагрелся — вентиляторы не выключаются, а продолжают обдувать плату УМ, до того момента когда она остынет, после этого они выключаются. Когда трансивер работает в экономичном режиме, вентиляторы не включаются при нажатии PTT, они включаются только когда трансивер сильно нагреется и выключаются, когда он остынет. Это экономит питание при работе в экспедиции (ток потребления обоих вентиляторов 120–150мА) и способствует меньшему износу вентиляторов.
Как показала опытная эксплуатация, при напряжении 13.2–14.0В, трансивер греется меньше всего, при более высоком напряжении, чуть увеличивается нагрев. При более низком — падает выходная мощность передатчика, однако полная работоспособность сохраняется до 11В. Максимальный КПД усилителя мощности, получается при 100 % мощности.
Таким образом, конструкторам удалось создать полноценный 100 Вт трансивер в компактном корпусе и работающий при длительном использовании и высокой температуре, что позволяет использовать её не только в любительских целях, но и в профессиональной деятельности. Для оценки функционирования системы охлаждения использовались программно-аппаратные средства, подробно описанные в работах [2–5, 8, 9]. Следует отметить, что построение подобных конструкций теплонагруженных РЭС, возможно лишь применяя современные средства и методики конструирования аппаратуры [6, 10]. Для продолжения исследования целесообразно, используя положения, изложенные в [7], построить тепловую модель изученного трансивера. Последние позволит на математическом уровне проанализировать работу РЭС и приведет к выявлению путей совершенствования конструкции.
Литература:
1. «Трансиверы серии FT-857» [Электронный ресурс]: — Режим доступа: http://goryham.qrz.ru/ft857
2. Горячев Н. В. Концепция создания автоматизированной системы выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2010. № 11. С. 171–176.
3. Горячев Н. В. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433–436.
4. Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов электрорадиоэлементов / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 239–240.
5. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования стенда исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков //Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 385–391.
6. Горячев Н. В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского. 2011. № 26. С. 534–540.
7. Горячев Н. В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 242–243.
8. Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.
9. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 238–238.
10. Горячев Н. В. Концептуальное изложение методики теплофизического проектирования радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 214–215.
11. Горячев Н. В. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. М. Трифоненко, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.
12. Горячев Н. В. Типовой маршрут проектирования печатной платы и структура проекта в САПР электроники Altium Design / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 120–122.
13. Горячев Н. В. Структура и программно-информационное обеспечение информационно-измерительного лабораторного комплекса / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 130. № 5. С. 169–173.
14. Горячев Н. В. Структура автоматизированной лаборатории исследования теплоотводов / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 119–120.
15. Горячев Н. В. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, П. Г. Андреев, В. А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162–166.
16. Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.
17. Горячев Н. В. Уточнение тепловой модели сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. № 1–1. С. 169–171.
18. Горячев Н. В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263–263.
19. Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.
20. Горячев Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128–130.
21. Горячев Н. В. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.
22. Горячев Н. В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78–79.
23. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования компьютерной программы стенда исследования теплоотводов / Граб И. Д., Горячев Н. В., Лысенко А. В., Юрков Н. К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 244–246.
24. Горячев Н. В. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Сивагина Ю. А., Граб И. Д., Горячев Н. В., Юрков Н. К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74–76.
