Совершенствование методов оценки устойчивости радиотехнических устройств к импульсным электромагнитным воздействиям

• Автор: Бондаренко, Константин Александрович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ устойчивости электронных плат радиотехнических устройств к импульсным электромагнитным воздействиям
1.1 Статистика повреждений радиоэлектронной аппаратуры
1.2 Анализ источников опасных электромагнитных воздействий для электронных плат радиотехнических устройств
1.3 Анализ методик определения наводимых напряжений и токов на элементы в составе электронных плат радиотехнических устройств
1.4 Исследование численных методов для расчета напряженностей импульсного электромагнитного поля необходимых для определения наводимых напряжений на электронные платы радиотехнических устройств
1.5 Анализ устройств защиты радиоэлектронных систем технологической радиосвязи от опасных напряжений и токов
Выводы по первой главе
Глава 2 Разработка математической модели определения наведенных напряжений на блоках радиотехнических устройств при воздействии импульсных электромагнитных полей
2.1 Расчетная модель влияния источника импульсного электромагнитного поля на микрополосковую линию
2.2 Решение задачи по определению составляющей электрической напряженности импульсного электромагнитного поля
на дорожках электронных плат
2.3 Определение напряжений и токов через решение телеграфных уравнений для микрополосковой двухпроводной линии
2.4 Разработка алгоритма программы для ЭВМ для определения электромагнитного поля численным методом конечных разностей во временной области
2.5 Расчет наведенных напряжений на волноводный провод со стороны контактной сети, работающей в аварийном режиме

2.6 Разработка математической модели для оценки устойчивости элементов защиты радиоэлектронных устройств к тепловому пробою при воздействии импульсного тока большой энергии
Выводы по второй главе
Глава 3 Физическое моделирование воздействия импульсного элек-

тромагнитного поля на микрополосковые проводники и элементы в составе электронных плат радиотехнических устройств
3.1 Разработка генераторной и измерительной базы для оценки устойчивости электронных плат к импульсным электромагнитным воздействиям
3.2 Методика определения напряжений, возникающих на мик-рополосковых проводниках электронных плат при импульсном электромагнитном воздействии
3.3 Определение уровней наведенных напряжений на элементах радиоэлектронной аппаратуры
Выводы по второй главе
Глава 4 Диагностика помехозащищенности электронных плат радиотехнических устройств при воздействии импульсного электромагнитного воздействия
4.1 Экспериментальное определение уровней наведенных напряжений на антенно-фидерных трактах поездной радиосвязи
4.2 Имитационное и физическое моделирование устройств защиты
4.3 Метод оценки динамических и энергетических характеристик устройства защиты от импульсных напряжений
4.4 Методика выбора элементов защиты от опасных напряжений и токов учитывающая динамические характеристики защищаемых элементов
4.5 Рекомендации для повышения надежности радиотехнических устройств
Заключение
Список используемой литературы
Приложение
Приложение
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Опыт эксплуатации радиотехнических устройств (РТУ) в различных областях промышленности показывает, что обеспечение устойчивой и надежной работы радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) является одной из наиболее сложных и важных задач в условиях воздействия импульсных электромагнитных помех. Возникновение таких помех, в основном, связано с активной грозовой деятельностью или коммутационными процессами в промышленных силовых цепях, например, в контактной сети железных дорог постоянного и переменного тока.
Эксплуатация РТУ в подобных условиях неизбежно приводит к определенным нарушениям в работе этой аппаратуры, вплоть до частичного или полного отказа отдельных ее элементов, блоков, узлов. Подобные ситуации являются следствием либо непосредственного попадания токов молнии в элементы конструкций РЭА, либо возникновения наведенных напряжений и токов в отдельных ее частях. В некоторых случаях уровни возникающих напряжений и токов превышают предельно допустимые и приводят к локальному импульсному выделению большого количества тепла на отдельных элементах РТУ, что в итоге может привести к их полному или частичному разрушению.
Основными путями проникновения импульсных перенапряжений на РЭА являются антенно-фидерные тракты, цепи питания, проводные подземные и воздушные линии связи. Существующие методы защиты РТУ от перенапряжений не обеспечивают полноценную защиту радиоэлектронной аппаратуры. Это связано, с одной стороны, с большой проникающей способностью импульсного электромагнитного поля, а с другой - с особенностями работы устройств защиты в условиях воздействия импульсов малой длительности. Кроме того, активное внедрение цифровой радиосвязи и использование в аналоговых системах высокочувствительных элементов электроники (интегральных микросхем, микропроцессоров и т.п.) наряду с увеличением их быстродействия и уменьшением потребляемой мощности повышает требования к электромагнитной совместимости и усюйчивости существующей электронной аппаратуры к импульсным электромагнитным воздействиям.
Наряду с влиянием импульсных электромагнитных полей на внешние цепи, будь то антенно-фидерный тракт или проводная линия связи, существует проблема влияния электромагнитных импульсов непосредственно на

Рисунок 1.5.5. Схема использования защитного контура для двухпрводного волновода
Таким образом, обзор существующих средств защиты на трех дорогах показал, что в наиболее грозоопасных районах и в местах, где возможны высокие наведенные напряжения на кабели связи, очень основательно подходят к защите линейных цепей и цепей питания, от импульсных перенапряжений.
Однако, как показывает статистика, несмотря на это, аппаратура технологической радиосвязи, как и другая аппаратура связи, выходит из строя. Связано это, в основном, с тем, что во всех вышеуказанных средствах защиты довольно низкое быстродействие основных защитных элементов, призванных не пропустить импульс тока или напряжения к аппаратуре связи, но ни трансформаторы, ни реле не обладают достаточным сдерживающим действием (напряжение изоляции, насыщение сердечника и т.д.) для сдерживания импульсов с коротким фронтом и высокой амплитудой волны. А разрядники просто не успевают сработать на скоростях такого импульса.
Таким образом, несмотря на наличие качественной защиты оборудование связи выходит из строя из-за импульсных электромагнитных воздействий.