Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор методов и средств оценки устойчивости телекоммуникационных систем к воздействию электромагнитных импульсов с - субнаносекундной длительностью фронта 7
1.1 Анализ телекоммуникационных систем, как объектов, подверженных воздействию электромагнитных импульсов 7
1.2 Анализ существующих методов измерений и измерительных преобразователей напряженностей импульсных электрического и магнитного полей : 11
1.3 Измерительные генераторы ЭМИ для исследования средств измерений параметров СКЭМИ 17
1.4 Анализ методов оценки устойчивости телекоммуникационных систем 19
1.5 Выбор направлений исследований и постановка задач 26
2 Обоснование требований к средствам измерений для обеспечения испытаний телекоммуникационных систем на устойчивость к воздействию СК ЭМИ 28
2.1 Обоснование требований к средствам измерений 28
2.2 Требования к метрологическим характеристикам средств измерений 31
2.3 Требования к конструктивным и эксплуатационным характеристикам средств измерений 36
2.4 Выводы по разделу 37
3 Теоретические и экспериментальные методы исследований характеристик измерительных преобразователей 39
3.1 Теоретические исследования измерительных преобразователей на основе полосковых линий 39
3.1.1 Расчет линейного полоскового измерительного преобразователя 39
3.1.2 Расчет полоскового преобразователя пилообразной формы 49
3.1.3 Расчет полоскового преобразователя меандрической формы 51
3.1.4 Расчет линейного полоскового преобразователя в неоднородном поле 52
3.2 Экспериментальные исследования измерительных преобразователей на основе полосковых линий 57
3.2.1 Методы и средства экспериментальных исследований 57
3.2.2 Результаты экспериментальных исследований и сравнение их с расчетными данными 73
3.3 Разработка средств измерений на основе полосковых линий 79
3.3.1 Измерительные преобразователи напряженности импульсного электрического поля типа ИППЛ-Л и ИППЛ-М 79
3.3.2 Автономный измеритель амплитуды СКЭМИ 87
3.3.3 Коаксиальный делитель высоковольтных импульсов напряжения со сверхкоротким фронтом 89
3.4 Выводы по разделу '. 92
4 Методы и средства испытаний телекоммуникационных систем в условиях воздействия сверхкоротких импульсных электромагнитных полей 94
4.1 Критерии оценки работоспособности телекоммуникационных систем 94
4.2 Режимы эффективного воздействия СК ЭМИ на телекоммуникационные системы 97
4.3 Экспериментальные исследования воздействия СК ЭМИ на объекты телекоммуникационных систем ". 100
4.3.1 Выбор объектов ТКС для проведения испытаний 100
4.3.2 Методы и средства экспериментальных исследований 104
4.3.3 Экспериментальные исследования и результаты испытаний воздействия СК ЭМИ на интегральные микросхемы 119
4.3.4 Экспериментальные исследования и результаты испытаний воздействия СК ЭМИ на сетевое соединение персональных компьютеров 126
4.4 Разработка рекомендаций по обеспечению помехоустойчивости и защищенности телекоммуникационных систем 133
4.5 Выводы по разделу 134
Заключение... 138
Список использованных источников
- Анализ телекоммуникационных систем, как объектов, подверженных воздействию электромагнитных импульсов
- Обоснование требований к средствам измерений
- Теоретические исследования измерительных преобразователей на основе полосковых линий
- Критерии оценки работоспособности телекоммуникационных систем
Введение к работе
В настоящее время наблюдается стремительное развитие телекоммуникационных систем (ТКС) и радиоэлектронной аппаратуры, результатом которого становится появление нового типа устройств, использующих цифровые технологии на основе как проводных, так и беспроводных линий связи. Достигаемое быстродействие подобных систем осуществляется за счет их миниатюризации и снижения уровня энергетического потребления, которое приводит к значительному уменьшению степени помехозащищенности к внешним электромагнитным полям, в особенности к сверхширокополосным электромагнитным импульсам [1-7].
Особенностью данного типа излучения является соразмерность длительности воздействующих импульсов с длительностью рабочих импульсов, сопровождающих обработку цифровой информации [8-12]. В соответствии с этим для своевременной разработки методов защиты и оценки уровней восприимчивости аппаратуры, с учетом вступающих в действие международных стандартов МЭК 61000, необходимо проводить испытания как вновь разрабатываемых, так и ранее созданных ТКС на стойкость к воздействию сверхкоротких (СК) электромагнитных импульсов (ЭМИ) [13-20].
Проведение подобных испытаний требует наличия излучателей СК ЭМИ. Большой цикл работ по разработке и исследованию подобных излучателей проведен во
ВНИИОФИ. - *<;*>.^,~к. - «г**-,-ад..
Характеристики излучаемых СК ЭМИ находятся в следующих амплитудно-временных диапазонах: амплитуда импульсов напряженности электрического поля Е = 0,R100 кВ/м; длительность фронта импульса tf =100^-300 пс; длительность импульсов на полувысоте tj = 130-гЗОО пс; частота повторения f = 0-10 кГц [19].
Сложность измерений параметров СК ЭМИ заключается в жестких требованиях к широкополосное и помехоустойчивости измерительных каналов, при этом их переходная характеристика должна быть близка к ступенчатой.
Диссертация посвящена исследованиям по разработке и совершенствованию методов и средств измерений (СИ) импульсных электромагнитных полей (ЭМП), при воздействии электромагнитных импульсов субнаносекундного диапазона на объекты ТКС.
В современных нормативных документах по метрологическому обеспечению испытаний методом измерения называется прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом
измерений, то есть физическим явлением или совокупностью физических явлений, положенных в основу измерений.
Актуальность работы обусловлена тем, что современные технические средства (ТС) насыщены радиоэлектронной аппаратурой, изготовленной с использованием микросхем, микропроцессоров, чипов и т.п., функционирующих при мальи уровнях тока и напряжения.
Поэтому воздействие на технические средства электромагнитных полей источников природного и техногенного происхождения может привести к сбоям или отказам в работе аппаратуры. В результате таких сбоев или отказов аппаратуры нарушается ее функционирование.
Учитывая насыщенность ТКС аппаратурой со сложными электрическими цепями, их стойкость в условиях воздействия ЭМП обычно оценивается экспериментально с использованием установок-имитаторов ЭМП и генераторов СК ЭМИ.
Для обеспечения испытаний и оценки стойкости аппаратуры ТКС в условиях воздействия СК ЭМИ с использованием имитаторов в соответствии с современными требованиями необходима разработка соответствующих методов и средств измерений внешних полей и электромагнитных наводок во внутренних объемах объектов испытаний.
Основной целью диссертационной работы является разработка и совершенствование методов и средств измерений, обеспечивающих- измерение параметров нагружения и реакции во внутренних объемах объектов испытаний и электрических цепях ТКС в условиях воздействия электромагнитных полей субнаносекундного диапазона.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
Обоснование требований к средствам измерений электромагнитных полей на основе проведенного анализа состояния исследований проблемы ЭМС, результатов испытаний ТКС и существующих методов и средств измерений импульсных полей.
Совершенствование физико-математического аппарата для расчета характеристик перспективных средств измерений импульсных электромагнитных полей (ЭМП) субнаносекундного диапазона.
3. Проведение экспериментальных исследований воздействия пространственно
однородного ЭМИ ступенчатой формы на прямые полосковые линии различной длины и с
разными сопротивлениями нагрузки на концах с целью подтверждения основных
положений математических моделей, положенных в основу расчета характеристик
измерительных преобразователей;
Разработка средств измерений на основе полосковых линий и определение их метрологических характеристик.
Разработка методов и средств измерений параметров электромагнитных полей при проведении испытаний ТКС на излучателях СК ЭМИ.
Разработка методов и средств испытаний ТКС в условиях воздействия СК ЭМИ, позволяющих оценить достоверность расчетных методов и устойчивость ТКС.
Проведение испытаний и разработка рекомендаций по обеспечению устойчивости объектов ТКС к воздействию СК ЭМИ.
Научная новизна работы определяется:
результатами теоретических и экспериментальных исследований физических процессов, определяющих метрологические характеристики линейных полосковых измерительных преобразователей импульсного электромагнитного поля;
разработанными методами и средствами измерений параметров сверхкоротких электромагнитных импульсов субнаносекундного диапазона;
результатами испытаний объектов современных телекоммуникационных систем на имитаторах СК ЭМИ
На защиту выносятся:
требования к средствам измерений полей, используемых при испытаниях ТКС на действие СК ЭМИ;
результаты расчета характеристик средств измерений по предложенной модели взаимодействия линейного полоскового измерительного преобразователя при различных нагрузках с внешним импульсным электромагнитным полем и результаты экспериментальных исследований измерительных преобразователей на основе полосковых линий;
методы и средства измерений импульсных электрических полей и напряжений при проведении испытаний объектов ТКС на излучателях СК ЭМИ;
методики и результаты испытаний современных объектов телекоммуникационных систем в условиях воздействия СК ЭМИ.
Анализ телекоммуникационных систем, как объектов, подверженных воздействию электромагнитных импульсов
Современные ТКС часто эксплуатируются в условиях, когда на них могут воздействовать специфические внешние факторы, в том числе мощные электромагнитные излучения [22,122].
Внешние воздействующие факторы (ВВФ) весьма многообразны и внутри каждого вида в основном различаются по интенсивности, режимам и времени воздействия. Все виды ВВФ могут действовать на объект независимо друг от друга, либо комплексно с различной степенью корреляции. В свою очередь, объекты избирательно воспринимают различные воздействия в зависимости от их структуры.
Одновременно с усложнением конструкции объекта усложняется и задача определения последствий влияния воздействующих факторов и тех мер, которые необходимо предпринять с целью сохранения работоспособности объекта в реальных условиях окружающей среды. . ,
До настоящего времени исследования воздействия электромагнитного излучения на различные объекты, включая ТКС и аппаратуру связи, в основном проводились с целью защиты их от последствий ядерных взрывов. Несмотря на то, что вероятность войны с применением ядерного оружия уменьшается, разработка стойких систем и аппаратуры связи ни в коей мере не теряет своей актуальности.
Любая система телекоммуникаций (управления) предназначена для передачи информации (управляющего сигнала) от отправителя к ее получателю. Построение системы связи (управления) зависит от многих факторов, таких как вид сообщения, дальность связи, пропускная способность, критерии качества передачи, стоимость, габариты [10-12,21,24].
Под системой телекоммуникаций подразумевается совокупность передающего устройства, преобразующего сигнал для наилучшей его передачи по выбранному каналу связи, и приемного устройства, обеспечивающего преобразование сигнала в форму, удобную для получателя. На канал связи, как правило, воздействуют различного вида помехи, которые могут привести к искажениям передаваемого сигнала, а при воздействии мощных помех, к которым относятся СК ЭМИ, к выходу из строя как канала связи, так и приемного устройства.
Поражающее действие СК ЭМИ на системы телекоммуникаций может быть обусловлено как непосредственным воздействием импульсных электромагнитных полей на электрические и радиотехнические цепи, так и наведенными в соединительных линиях и цепях токами и напряжениями. Чувствительность аппаратуры систем телекоммуникаций к действию СК ЭМИ в значительной степени зависит от положения ее относительно направления векторов электрического и магнитного полей, геометрических размеров электрических цепей и контуров, их конфигурации, взаимных связей, номиналов электрических нагрузок, величин емкостных и индуктивных связей с элементами конструкций системы и окружающей средой, качества экранирования и способа заземления.
Особенностью СК ЭМИ по сравнению с другими поражающими факторами является способность СК ЭМИ передаваться по кабельным и проводным коммуникациям на большие расстояния и воздействовать на входные элементы систем и устройств.
Для систем телекоммуникаций и их составных частей, у которых корпуса могут выполнять роль электромагнитных экранов, или расположенных в экранированных помещениях, СК ЭМИ воздействует главным образом через внешние кабельные и .«л«„-проводные линии, антенно-фидерные устройства. Таким;образом, все виды проводящих объектов, имеющихся в системе, играют роль коллекторов опасной энергии СК ЭМИ. Наведенные в проводниках токи и напряжения могут привести либо к электрическому пробою (например, пробою изоляции кабеля), либо к повреждению подключенных к проводникам устройств, если в них имеются чувствительные к перенапряжению элементы. Наведенные импульсы могут разрушить и нарушить работу приборов почти одновременно в ряде мест. Наведенные в проводниках токи и напряжения тем больше, чем больше длина проводника, и зависят от условий его прокладки, ориентации и заземления. Наводка в рабочей цепи кабеля существенно зависит от того, является ли данный кабель экранированным или нет.
Особая опасность СК ЭМИ для систем телекоммуникаций, кроме наличия протяженных проводящих коммуникаций, обусловлена также сравнительно низкой электрической прочностью их элементов и напротив высокой чувствительностью к электрическим помехам. Эффекты в функциональных элементах систем телекоммуникаций, возникающие при воздействии электромагнитных импульсов (ЭМИ), подробно рассмотрены в [26-30]. С точки зрения оценки воздействия СК ЭМИ системы телекоммуникаций могут быть разбиты на составляющие системы, каждая из которых может рассматриваться отдельно. Это обусловлено следующими причинами [24]: - ограниченными возможностями существующих методов оценки воздействия ЭМИ на системы в целом; - различием требований к системам по защищенности от воздействия ЭМИ; - отсутствием в подавляющем большинстве случаев гальванической связи между коммуникациями и оборудованием этих систем.
В общем случае воздействующими факторами на элементы указанных систем при воздействии СК ЭМИ являются: - электромагнитные поля, проникающие через ограждающие конструкции экранированных сооружений (помещений); - импульсные токи с внешних кабельных и инженерных коммуникаций, заносимые внутрь экранированных сооружений; - импульсные напряжения и токи, наводимые в цепях "жила-металлопокров" кабелей и воздействующие на изоляцию оборудования и аппаратуры, имеющих гальваническую связь с наружными кабельными коммуникациями; „.::...-. импульсные напряжения и токи, наводимые в межстоечных кабелях ЭМП, проникающими через неоднородности экранов и ЭМП, заносимыми по внешним инженерным коммуникациям.
Особенностью заданий на разработку экранов и инженерных систем является наличие одновременно различных по спектру действующих СК ЭМИ. В настоящее время нормативно-методические документы по оценке действия ЭМИ на экраны сооружений, оборудование и коммуникации отсутствуют, и расчетные оценки производятся раздельно по каждому фактору.
Линейная и специальная технологическая аппаратура, как правило, выполняется на интегрально-полупроводниковой элементной базе, имеющей в общем случае достаточно низкую устойчивость к воздействию импульсных токов и напряжений, а в совокупности с межстоечными кабельными соединениями критична к воздействующим ЭМИ. Это обстоятельство было экспериментально подтверждено при испытаниях технологической аппаратуры на объектах [26].
Обоснование требований к средствам измерений
Основной задачей аппаратуры контроля СК ЭМИ является обеспечение измерений, как в свободном пространстве, так и в рабочем объеме полеобразующих систем параметров воспроизводимых электромагнитных импульсов сверхкороткой длительности, а также определение параметров импульсов возбуждающих генераторов. При этом должны определяться следующие характеристики: - амплитуда импульса напряженности электрического поля; - длительность фронта импульса по уровням 0,1-0,9 от амплитуды; - длительности импульсов на уровне 0,5 от амплитуды; - форма СК ЭМИ; - амплитуда, длительность фронта импульса по уровням 0,1-0,9 от амплитуды и длительность импульсов на уровне 0,5 от амплитуды на выходе возбуждающего генератора импульсов.
В процессе проведения исследований предполагается проведение измерений параметров поля в различных точках пространства. При этом с целью защиты от наводок вследствие электромагнитного излучения регистратор должен располагаться в экранированной кабине. Конструкция экранированной кабины в силу больших массогабаритных характеристик регистратора не может обеспечить достаточную степень свободы перемещения в пространстве. Эта задача может быть решена выполнением измерительного преобразователя в виде двух элементов - первичного измерительного преобразователя (ПИП), в котором непосредственно происходит преобразование сигнала поля в сигнал напряжения, и гибкой линии связи, по которой сигнал напряжения передается на вход осциллографического регистратора. Таким образом, структурная схема измерительного канала примет вид, показанный на рисунке 2.1.
Линейный полосковый преобразователь является наиболее точным средством измерений, так как в течение некоторого интервала времени имеет ступенчатую переходную характеристику, позволяющую осуществлять преобразование сигнала электрического поля в сигнал напряжения той же формы с минимальными искажениями.
Осциллографический регистратор выбирается из серийно выпускаемых средств измерений. Измерительный преобразователь Первичный измерительный преобразователь . . , Линия связи і : . : і Осциллографический регистратор Рисунок 2.1 - Структурная схема измерительного канала СК ЭМИ
В процессе проведения испытаний возникает задача исследования электромагнитной обстановки в более длинном диапазоне времени, так как необходимо исследовать отражения сигналов от проводящих конструкций помещения. При расстоянии от излучателя до стен 5 м отражения поступят на измерительный преобразователь не позднее, чем через 5х2/с 33 не. Применение линейного полоскового измерительного преобразователя для измерений в таком временном интервале невозможно. При этом, сворачивая полосковый датчик в меандр, удается увеличить длительность переходной характеристики до десятков наносекунд. Таким образом, для решения задачи исследования электромагнитной обстановки в процессе проведения испытаний ТКС целесообразно использовать первичный измерительный преобразователь в виде меандрической полосковой линии.
Объекты исследований могут располагаться во внутреннем объеме полеобразующих систем испытательных установок. В этом случае линия связи ИП будет находиться в измеряемом поле. При этом возможно искажение измеряемого поля кабельной линией связи, а также наводка на ПИП. Чтобы избежать погрешности измерений, связанной с искажением поля кабельной линией связи, ПИП должен быть выполнен дифференциальным. Для уменьшения наводки на ПИП через линию связи между ними необходимо линию задержки, обеспечивающую задержку сигнала помехи на время большее, чем время измерений.
Учитывая, что при решении задач регистрации СК ЭМИ важнейшей числовой характеристикой сигнала является максимальное значение напряженности импульсного поля, в качестве аппаратуры контроля необходимо использовать индикатор амплитуды СК ЭМИ, у которого в качестве первичного измерительного преобразователя используется полосковый преобразователь. В соответствии с решаемой задачей основные требования, которые предъявляются к индикатору амплитуды - малогабаритность и автономность прибора. Кроме этого задачей прибора является измерение амплитуды первой полуволны первого импульса, поступающего в точку измерений, то есть показания индикатора амплитуды не должны зависеть от повторных отражений СК ЭМИ от различных объектов.
Прибор должен регистрировать амплитуду однократных и повторяющихся импульсов напряженности электрического поля с длительностью 150 - 500 пс. При поступлении каждого импульса поля прибор будет индицировать значение его амплитуды. При поступлении следующего импульса поля будет происходить сброс (обнуление) показаний предыдущего и регистрироваться амплитуда последнего импульса. Индикация показаний может быть осуществлена с помощью цифрового табло или по аналоговой шкале.
Импульсные возбуждающие генераторы полеобразующих систем, как правило, имеют выходное напряжение до 50 кВ и длительность фронта импульсов 100 - - 300 пс. Для определения конкретных параметров импульсов на выходе возбуждающих генераторов должен использоваться коаксиальный делитель высоковольтных импульсов напряжения со сверхкоротким фронтом, который выполнен на основе отрезка 50-омной коаксиальной линии и имеющий на входе и выходе согласованные высоковольтные 50-омные разъемы. Исследуемый сигнал регистрируется на выходе полоскового ответвителя, расположенного около входного разъема. .- м .,=1 Таким образом, средства измерений, используемые при испытаниях ТКС, должны отвечать общим требованиям, которые можно разделить на несколько групп: -требования к метрологическим характеристикам СИ; - требования к конструктивным характеристикам СИ; - требования к эксплуатационным характеристикам СИ.
Данное деление условно, поскольку конструктивные особенности влияют на метрологические характеристики средств измерений и тесно связаны с их эксплуатационными характеристиками.
Теоретические исследования измерительных преобразователей на основе полосковых линий
Если вопросам взаимодействия линий передач в однородных средах с внешними электромагнитными полями уделяется в литературе много внимания, то значительно меньшее число работ рассматривает взаимодействие линий передач с электромагнитными импульсами в неоднородных средах. Это связано со значительными математическими трудностями. В работе [60] в частотном представлении рассмотрена задача о взаимодействии полосковой линии с электромагнитной волной. Однако, полученные выражения слишком громоздки и их анализ в общем виде затруднителен.
В работах [63,64] были получены во временной области формулы для расчета токов в нагрузках линейного полоскового преобразователя. Применим полученные формулы для расчета токов в нагрузках линейного полоскового преобразователя, помещенного на проводящую плоскость, вдоль которой распространяется плоская ТЕМ волна. Предполагается, что ширина металлической ленты О меньше ширины диэлектрического слоя G, равного ширине металлической подложки и соизмерима с
Рисунок 3.1 - Физическая модель линейного полоскового преобразователя толщиной слоя Н, а длина полосковой линии / значительно больше О (см. рисунок 3.1).
Так как используемые формулы из работ [63,64], а также формулы (3.1) и (3.2) были выведены для двухпроводной линии, их можно использовать и для рассматриваемой нами несимметричной полосковой линии. Это следует, например, из инвариантности токов (3.1) и (3.2) относительно формальной замены h-±h/2, W- W/2, ZX ZXI2 Z2 Z2/2. Но такая замена эквивалентна переходу от двухпроводной линии к несимметричной полосковой.
Для проведения конкретных расчетов необходимо знать коэффициент ослабления К , который в согласии с результатом части первой определяется формулой У2 = /Зп = [1+п%{/8е-1)]\ (3.7) где Jv- - коэффициент деполяризации слоя в направлении оси X, совпадающей с направлением вектора Щ \. Хотя коэффициенты деполяризации вводятся для проводящих тел, эти же коэффициенты присутствуют и при рассмотрении поляризации диэлектрических тел . Так как диэлектрическим слоем у нас является тело в форме тонкой пластины, для которой выполняется неравенство И « /, п « О,, то для нее как (lW известно Тг и коэффициент ослабления будет вычисляться по формуле: У2=Єе/Є.. (3.8) Скорость распространения рассеянной ТЕМ-волны в несимметричной полосковой линии с учетом геометрических размеров определяется известным соотношением: V/A JL ш і, s,=ftZf l+ s.l ,-1 й -JU "" " Є/ 2 2V1+12A/6 где Vt \ - фазовая скорость волны в окружающей среде. Значение коэффициента Vft определяется формулой: v0 = 1__м (з.ю) Vv щ (3.9) Формулы (3.1-3.10) позволяют вычислять токи в нагрузках несимметричной полосковой линии, возбуждаемой волной ТЕМ-типа. Частные случаи реализации линейных полосковых измерительных преобразователей При использовании полосковой линии в качестве измерительного преобразователя общие формулы (3.1) и (3.2) могут быть упрощены. Рассмотрим несколько вариантов. Вариант 1: Z= Z, = W, р. = Р2 = 0. В этом случае формулы (3.1) и (3.2) примут вид /(0,,)= 2W se fi-selet)cos(j [/(/)-/(r-//v(r/cos /v(e)JJ. (ЗЛІ) i{itt)=Jkh 2W єе (l- /eJcos .[/Hcos /v(e)j-/(/-//v(/)Jj (3.12) Проанализируем формулы (3.11) и (3.12) для случая, когда диэлектрический слой отсутствует, т.е. =є: = = 1, f[t)= T}[t\ где Vy) " ступенчатая функция. В этом случае: CU)= n(Wfr+co )/Col (3- 3) 2Wn і(і,і)=- -п(ісозф/с0;1/с0), (3-14) где введены следующие обозначения: 1\{а ,Ь)==Щ—а)—щ Ь\ (3.15) С„ - скорость света в вакууме, W - волновое сопротивление линии без диэлектрического слоя.
График функции Х\\а\Ь) в зависимости от времени t имеет вид символа, т.е. прямоугольного единичного импульса длительностью \Ь—а). Разные знаки перед токами в формулах (3.13), (3.14) означают, что токи в нагрузках текут в направлении внешнего поля Щ \, но один из этих токов через сопротивление Z. течет против часовой стрелки, а другой через Z по часовой.
Физический смысл соотношений (3.13) и (3.14) выясняется из следующих рассуждений.; Действие электромагнитной волны эквивалентно появлению- в цепи сопротивления Z.=W электродвижущей силы, которая распределяется на сопротивлении JL. и подключенному к нему последовательно волновому сопротивлению линии W Это приводит к появлению тока i — Щ у /\2Жп ), текущего против часовой стрелки. Спустя время / = /cOS0/cn фронт падающей волны достигает сопротивления Z — Wn, в цепи которого наводится электродвижущая сила, направленная навстречу электродвижущей силе на сопротивлении Z.. Эта электродвижущая сила вызывает ток в контуре, текущий по часовой стрелке. Спустя время / =//с после момента прихода волны в Z_ этот ток достигает сопротивления Liy и, складываясь с первоначальным, дает нуль. Таким образом, в сопротивлении Z. в течение времени О t tQ + tx = /fl+COSфУCQ будет течь ток / = E} JII\2WQ\ что и соответствует формуле (3.13). Аналогично, ток в сопротивлении Z- начинается в момент времени L =(//c0)cOS и течет до тех пор, пока через время L =1/СЛ не придет волна рассеянного на сопротивлении Z.тока и его не погасит. Таким образом, ток на сопротивлении Z будет отличен от нуля в течение времени \llCQ )COS0 //cn, что соответствует формуле (3.14). Амплитуды токов, текущих через сопротивления Z. и Z., и их направления (вдоль оси X) совпадают. Формулы (3.13) и (3.14) для однородной среды согласуются с теоретическими результатами других работ [51]-[57].
Критерии оценки работоспособности телекоммуникационных систем
Целью испытаний являлось определение амплитудно-временных уровней наведенных помеховых сигналов на микросхемы и печатные проводники.
Первоначально перед проведением испытаний определялись параметры воздействующих СК ЭМИ: напряженность поля, длительность фронта и длительность воздействующих импульсов. Схема исследований показана на рисунке 4.4. При исследованиях в рабочей зоне GTEM-камеры, в месте, где планировалось расположение объектов воздействия, устанавливался ПИП измерительного преобразователя напряженности импульсного электрического поля ИППЛ-Л. Выход ПИП с помощью линии связи преобразователя соединялся с входом осциллографа Tektronix CSA8000. К входу GTEM-камеры подключался выход генератора СК ЭМИ. С помощью Tektronix CSA8000 регистрировался импульс напряжения на выходе ИП. При помощи маркеров осциллографа по осциллограмме определялись: - амплитуда ииПлл-л импульса; длительность фронта Тфрип импульса между уровнями 0,1-0,9 от амплитуды; -длительность Тимп импульса на уровне 0,5 от амплитуды.
Напряженность воздействующего электрического поля ЕВОЗД.СТЕМ определялось по формуле: EBOM.GTEM = U иппл-л К-пр э где: Кпр - коэффициент преобразования измерительного преобразователя напряженности импульсного электрического поля ИППЛ-Л.
Испытания объектов ТКС №1 проводились в следующей последовательности. Специализированное установочное устройство устанавливалось в рабочей зоне GTEM-камеры таким образом (см. рисунок 4.5), чтобы его металлическая плоскость конструктивно замещала металлическую земляную поверхность GTEM-камеры в зоне установки и не изменяла геометрической конфигурации рабочей зоны. Выбранное установочное устройство длиной 1 или 6 см подсоединялось к специализированному установочному устройству в соответствии с рисунком 4,6, а длиной 20 см в соответствии с рисунком 4.7. При исследовании объекты воздействия устанавливались в рабочей зоне - GTEM-камеры таким образом, чтобы вектор напряженности электрического поля был перпендикулярен плоскости линии связи, а вектор Пойтинга СК ЭМИ был направлен вдоль ее или поперек (см.рисунок 4.8). Расположение объектов ТКС №1 внутри GTEM-камеры при проведении испытаний показано на рисунке 4.9.
Далее активный пробник Р6209 подсоединялся к измерительной точке установочного устройства (см.рисунок 4.6), а коаксиальный кабель активного пробника Р6209 соединялся со входом осциллографа Tektronix CSA8000. В УУ с длиной линии 1 и 6см питание подводилось к микросхемам источника и приемника отдельными проводниками, пропущенными снизу через отверстия в специализированном установочном устройстве. В УУ с длиной линии 20 см питание подавалось проводником, пропущенным снизу через специализированное установочное устройство к микросхеме приемника, далее экранированным проводом к микросхеме источника со стороны $ монтажа. Экран провода опаивался на полигоне в верхней части УУ, который электрически соединялся с заземленной подложкой УУ. Общий вывод микросхем во всех случаях соединялся с подложкой УУ. Далее подавалось питающее напряжение на микросхемы источника и приемника, и включался генератор СК ЭМИ. Проводилась регистрация импульсов с выхода сверхвысокочастотного согласующего устройства на экране осциллографа. По полученной осциллограмме определялись амплитуда, длительность и форма наведенных импульсных сигналов на объект воздействия ТКС №1.
Первоначально перед проведением испытаний на расстоянии Y=3 м от антенны излучателя определялись параметры воздействующих СК ЭМИ: напряженность поля, длительность фронта и длительность воздействующих импульсов. На исследуемом расстоянии на геометрической оси излучения располагался измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля ИППЛ-Л (см. рисунок 4.10), который через линию связи подсоединялся ко входу стробоскопического осциллографа Tektronix CSA8000. Проводилась регистрация импульсов на экране осциллографа с выхода ИППЛ-Л. При помощи маркеров осциллографа определялась амплитуда ииПпл-л ск эми импульсов поля, длительность фронта ТфР.имп.ск эми импульсов поля между уровнями 0,1-0,9 от амплитуды и длительность ТтШаХЖ эми импульсов поля на уровне 0,5 от амплитуды. Амплитуда импульсов напряженности электрического поля Еизл определялась по формуле:
Испытания объектов ТКС №2 проводились в безэховой камере из состава ГСЭ. Схемы соединения объектов ЛВС при испытаниях на воздействие СК ЭМИ и их
взаиморасположения приведены на рисунках 4.1 la- -4.11е. В ходе испытаний объекты устанавливались на диэлектрической подставке высотой 1 м, и все элементы ЛВС, кроме исследуемых, располагались вне зоны воздействия СК ЭМИ.
