Совершенствование методов оценки помехоустойчивости радиоэлектронных средств к воздействию импульсных электромагнитных полей

• Автор: Ряполов, Артём Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА
1.1 Анализ случаев повреждений радиоэлектронных устройств железнодорожной автоматики и связи вследствие грозовых и коммутационных процессов
1.2 Характеристики импульсных электромагнитных воздействий
1.3 Анализ методов защиты радиоэлектронных устройств от импульсных электромагнитных воздействий
1.4 Анализ методов и стандартов испытания радиоэлектронных устройств на устойчивость к импульсным электромагнитным воздействиям
1.5 Анализ использования метода конечных разностей во временной области при расчетах электромагнитных полей
1.6 Анализ методов определения наведенных напряжений в кабельных линиях..
1.7 Выводы по первому разделу
РАЗДЕЛ 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ЭКРАНЫ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ И КАБЕЛИ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ
2.1 Математическая модель воздействия импульсного электромагнитного поля на экран радиоэлектронной аппаратуры
2.2 Алгоритм расчета эффективности экранирующих оболочек радиоэлектронной аппаратуры
2.3 Исследование воздействия импульсных электромагнитных полей на многослойные экранирующие оболочки
2.4 Исследование воздействия электромагнитных полей на экранирующие оболочки радиоэлектронной аппаратуры с отверстиями
2.5 Математическая модель воздействия импульсного электромагнитного поля на линии связи микропроцессорных устройств
2.6 Алгоритм расчета наведенных токов и напряжений в кабелях конечной длины
2.7 Исследование воздействия импульсных электромагнитных полей на кабель конечной длины
2.8 Выводы по второму разделу

РАЗДЕЛ 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
3.1 Имитационное моделирование воздействия импульсного электромагнитного поля на экранированные радиоэлектронные средства
3.2 Описание экспериментальной установки и измерительного оборудования
3.2.1 Генератор импульсов тока с оптическим управлением
3.2.2 Трехкомпонентный датчик магнитного поля
3.3 Исследование воздействия электромагнитного поля на радиоэлектронные платы
3.4 Определение коэффициента чувствительности кабельной цепи
3.5 Исследование воздействия импульсного электромагнитного поля на кабельные линии конечной длины
3.6 Выводы по третьему разделу
РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА
4.1 Методика моделирования цифровых и микропроцессорных устройств
4.2 Модель микропроцессорного устройства
4.3 Имитатор помех наносекундной и микросекундной длительности
4.4 Исследование воздействия импульсных помех на стабильность работы микропроцессорного устройства
4.5 Выводы по четвертому разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Применение радиоэлектронной аппаратуры в неблагоприятной электромагнитной обстановке сопряжено с риском сбоя или полного выхода из строя таких устройств. Это становится особенно важным, когда от помехоустойчивости используемых систем зависит какой-либо технологический процесс, а его остановка может привести к серьезным убыткам.
Основным методом защиты аппаратуры и кабельных соединений от внешних электромагнитных полей является экранирование, но существующие расчетные методики определения экранного затухания корпусов и помехоустойчивости кабелей оказываются трудно адаптируемыми для практического использования или имеют определенные допущения, что сказывается на точности результата.
Прогресс в создании компонентов для нужд радиоэлектроники привел к тому, что напряжение питания полупроводниковых микросхем, произведенных по техпроцессу менее 90 нм, снизилось до 1,2 В. Это не могло не повлиять на помехоустойчивость современной цифровой аппаратуры. Там, где системы, произведенные в прошлом, работают удовлетворительно, новые устройства функционируют со сбоями. Поэтому прежде чем внедрять новую аппаратуру для решения ответственных задач, на этапе разработки или при вводе в эксплуатацию необходимо полноценно оценить помехоустойчивость функционирования при воздействии внешних электромагнитных полей.
Цель диссертационной работы: усовершенствовать расчетные методы оценки помехоустойчивости радиоэлектронных средств при воздействии импульсных электромагнитных полей и разработать методы имитационного моделирования импульсных помех, воздействующих на цепи радиоэлектронных устройств.
Задачи диссертационного исследования:
1. разработать математическую модель и алгоритм расчета эффективности экранирования радиоэлектронных средств к импульсным электромагнитным полям с учетом многослойной структуры материала экрана и неоднородностей в виде отверстий;
2. разработать метод и алгоритм вычисления уровней помех в информационных цепях экранированных кабелей конечной длины при влиянии импульсного электромагнитного поля;

|Л+1/2 г„| 1/7—1/2 Г„|
= с5л + сл

М,-1/2,7+1,4+1/2 а 1|-1/2,7+1,4+1/2 Н-1/2,7+1,4+1/2 ® Ь-1/2,уч-1,*+1/2 (19)
• /я Г - я Г + я Г - я Г V
Д-1/2,7+1,4+1 * 1-1/2,/+1,4 г||-|,у+1,*+1/2 * 1,7+1,4+1/2 / ’
1М+1/2 г | 1/7—1/2 р I
_ £Ех _ £ + £,£* х
|-1/2,7+1/2,4+1 о 1-172,7+1/2,4+1 Н-1/2,7+1/2,4+1 А 11-1/2,7+1/2,4+
I 1« 1/
х Я„ -Я. +Я_" ,.-Я

/,7+1/2,А+1 Н-1,7+1/2,А+1 *Ь-1/2,7,А+1 х 17-1/2,7+1, *+1 Г
(1.10)
я г+| -я г + г"*!
Д-1/2,7+1,4+1 х 11-1/2,7+1,4+1 ^ I,-1/2,7+1,4+!
ч (1-Ш
и+1/2 1П+1/2 ’
хЕА -Е +Е
У 11-1/2,7+1,4+3/2 У 11-1/2,7+1,4+1/
ш+1/2 »/7+1/2 ^
1-1/2,7+1/2,А+1 ^ I,-1/2,7+3/2,А+1 у’
я>. = яч +
4 11,7+1/2,4+1 411,7+1/2,4+1 ^

I ■(Е Г+'п - Е Г+1/2 + Е Г+1/2 - Е Г+1/2 V
I/,7+1/2,А + 1 2 1/+1/2,7+1/2,А + 1 г 1/-1/2,7+1/2,А + 1 х 1/.7+1/2.А + 1/2 * 1/,7+1/2,А+3/2 у
я г+| - я Г +
г!,7+1,4+1/2 г |/,7+-1,А+-1/

ч (1-13)
(я Г|/2 -яГ1/2 + я Г+|/2 - я Г' ),
11,7+1,4+1/2 ( х Ь,7+3/2,4+1/2 * II,7+1/2,4+1/2 4 1/-1/2,у+1,4+1/2 /1|+1/2,7+1,4+1/2 )
где Ех,Еу,Е.,Нх,Ну,Н:- компоненты электрического и магнитного поля вдоль координатных осей; ц у, к - координаты элементарной ячейки счетного объема, в которой определяются компоненты электромагнитного поля; п - номер временного шага; СЕ ,СЕ ,СН - коэффициенты, рассчитываемые по следующим формулам:
Р 1 - ст , • Д/ /1 + сг,, * ■ Д/
сьа=—^1А— /——; (1.14)
1,7,4 / 1,7,
г Д/ /1 + СГ, , • Д/
СЕ=———/------------^-----; (1.15)
* *,„.*■ ДА/ 2^
с“=—^-т, (1.16)
//,7,4 ^
где е^к,а1]к,/и1]к - диэлектрическая проницаемость, проводимость и магнитная проницаемость среды для ячейки счетного объема с координатами /, у, * ; Д/—
шаг приращения времени; ДЛ — размер элементарной ячейки пространства в слу-
чае кубической формы.
Также процесс моделирования необходимо дополнить начальными и граничными условиями. Под начальными условиями понимается вид источника