Явления в электронной аппаратуре, вызываемые механическими воздействиями

Задачей конструктора является умение правильно оценить условия будущей работы конструируемой аппаратуры и на основе объективного прогноза возможных неполадок разработать необходимые меры ее защиты.

В СВЧ аппаратуре наиболее чувствительны к механическм воздействиям резонансные линии и волноводы, а также двухпроводные, обладающие малой механической жесткостью. В коаксиальных линиях при резонансных колебаниях может происходить изгиб внутренней трубы и изменение формы внешней трубы. При этом будут изменяться параметры линии, в частности емкость С конденсатора подстройки или обратной связи (рис. 1, а). В конструкциях малой жесткости (например, рис. 1, б) и с малыми зазорами могут происходить короткие замыкания.

 

 

Рисунок 1 – Схематический разрез коаксиальных линий

а - с емкостной связью; б – со спиральным проводником

 

В волноводах под влиянием механических воздействий происходит нарушение нарушение геометрии волноводного тракта, резонансные механические колебания элементов конструкции (например, вибратора), поверхностные упругие волны в стенках волноводов, что приводит к перераспределению структуры электромагнитного поля, искажению сигнала и увеличению потерь энергии. К изменению характера электромагнитной волны в волноводе очень чувствительны магнетроны. Под влиянием механических воздействий на волноводный тракт частота колебаний, генерируемых магнетроном, изменяется весьма существенно [2].

Другим примером влияния геометрической формы на качество функционирования РЭА является случай деформации элементов радиолокационной антенны. Под влиянием механических воздействий могут возникать периодические отклонения антенны от ее нормального положения, а также колебания зеркала и облучателя (рис.2).

 

 

Рисунок 2 – Упрощенная схема для оценки колебаний антенны РЛС:

а) колебания зеркала антенны (S_o – амплитуда колебаний);

б) ход лучей при колебании зеркала (φ _f -угол отклонения луча,

1^´- 5^´- искаженный фронт волны);

в) ход лучей при колебании облучателя (F – смещенное положение фокуса)

 

В [3] показано, что для некоторых типов антенн максимальные отклонения зеркала и конца облучателя от исходных положений могут составлять 5 … 15 мм. Такие отклонения вызывают нарушение требуемого хода лучей и, как следствие, значительное искажение фронта волны и отклонение диаграммы направленности антенны от расчетной.

У сканирующих антенн, которые приводятся в движение механическими передачами, возможны отклонения зеркала из-за вибрации элементов провода и люфтов в соединениях. В результате диаграмма направленности антенны может измениться настолько, что это приводит к полному нарушению функционирования станции [3].

Нарушение электрического контакта в разъемных (к разъемным соединениям относят контактные устройства с подвижным контактами: разъемными, скользящими, разрывными) и разборных (к разборным относят соединения с помощью болтов, винтов, гаек и т.п.) соединениях (рис. 3, а) являются одной из причин появления виброшумов и других помех, в то время как нарушение контакта в неразборных соединениях (к неразборным соединениям относятся паяные, сварные, клееные и т.п.) играет определяющую роль среди факторов, обуславливающих ухудшение показателей вибропрочности и ударопрочности РЭА.

 

Рисунок 3 – Пояснение появления зазора в разборном соединении:

1, 2 - соединяемые детали; 3 – пружинная шайба; 4 – винт

Если контакт между соединяемыми деталями 1 и 2 конструкции достигается за счет сил упругости, в частности пружинной шайбы 3 и винта 4, то при нагружении соединения силой инерции Р _И (или другой силы, приложенной к детали 2) за счет деформации деталей давление в стыке будет изменяться и может появиться зазор δ (рис. 3, б). В результате резко изменится сопротивление току, протекающему через такое соединение, особенно при наличии оксидной пленки на поверхности контактирующих деталей. Аналогично под действием вибрационных нагрузок может изменяться переходное сопротивление контактных лепестков, контактов заземляющих шин и т.п. Появлении зазоров, а следовательно и ударов, в затянутых соединениях при нагружении их динамическими нагрузками является одной из причин возбуждения виброшумов аппаратуры, так как возникаюшие виброударные возмущения из-за распространения упругих волн в материалах конструкции передаются от одного элемента к другому [2].

Таким образом, динамической нестабильности подвержены все контактные устройства и особенно устройства с пружинными контактами: разъемы, реле (рис. 4), герконы, переключатели, резисторы переменного сопротивления, потенциометры и т.п.

 

Рисунок 4 – Контактное устройство с нормально замкнутыми контактами

 

Особым видом помех являются так называемый кабельный эффект и эффект появления шумов в волноводах под воздействием ударных импульсов.

Кабельный эффект проявляется в виде шумов, возникающих в антенном тракте радиоприемного устройства и в других каналах с малым уровнем сигнала под воздействием вибрации. Основной причиной появления этих шумов яляется наведение электрических полей в результате трения изоляции о жилу кабеля и об экран и периодического отслаивания изоляции от кабеля и экрана, а также из-за пьезоэлектрических явлений в изоляции. Для уменьшения кабельного эффекта применяются специальные антивибрационные кабели типа АВК и АВКТ и более надежнае крепление кабелей к стенкам аппаратуры [2].

При жестком закреплении волновода на корпусе РЭА шумы возникают даже при значительном удалении волновода от источника ударных импульсов. Причем уровень шумов может достигать нескольких десятков децибел. В [2] появление шумов объясняется вихревыми токами, которые возникают в поверхностном слое внутренних стенок волновода. Источником этих токов являются поверхностные волны, возникающие в стенках волновода под воздействием ударных импульсов. Эти волны сопровождаются упругими смещениями частиц поверхности волновода. Если материал, из которого изготовлен волновод, обладает заметно выраженным свойством магнитострикции, то его деформации будут сопровождаться изменением магнитных полей, а следовательно, и появлением токов. Ослабление таких виброшумов может быть достигнуто применением в волноводах гофрированных вставок и специальных “шумогасящих” прокладок из пластичных материалов в узлах крепления волновода к корпусу.