Средства измерений и методы испытаний телекоммуникационных систем в условиях воздействия электромагнитных импульсов с субнаносекундной длительностью фронта

• Автор: Михеев, Олег Викторович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ К

* ВОЗДЕЙСТВИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ■

СУБНАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ ФРОНТА

1.1 Анализ телекоммуникационных систем, как объектов, подверженных

воздействию электромагнитных импульсов

1.2 Анализ существующих методов измерений и измерительных

преобразователей напряженностей импульсных электрического и магнитного полей

1.3 Измерительные генераторы ЭМИ для исследования средств измерений

параметров СК ЭМИ

1.4 Анализ методов оценки устойчивости телекоммуникационных систем

1.5 Выбор направлений исследований и постановка задач

2 ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЙ
♦ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ
СИСТЕМ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ СК ЭМИ
2.1 Обоснование требований к средствам измерений
2.2 Требования к метрологическим характеристикам средств измерений
2.3 Требования к конструктивным и эксплуатационным характеристикам
средств измерений
2.4 Выводы по разделу
3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
3.1 Теоретические исследования измерительных преобразователей на
я основе полосковых линий
3.1.1 Расчет линейного полоскового измерительного преобразователя
3.1.2 Расчет полоскового преобразователя пилообразной формы
3.1.3 Расчет полоскового преобразователя меандрической формы
3.1.4 Расчет линейного полоскового преобразователя в неоднородном
поле

3.2 Экспериментальные исследования измерительных преобразователей
на основе полосковых линий
3.2.1 Методы и средства экспериментальных исследований
3.2.2 Результаты экспериментальных исследований и сравнение их с
* расчетными данными
3.3 Разработка средств измерений на основе полосковых линий
3.3.1 Измерительные преобразователи напряженности импульсного
электрического поля типа ИППЛ-Л и ИППЛ-М
3.3.2 Автономный измеритель амплитуды СК ЭМИ
3.3.3 Коаксиальный делитель высоковольтных импульсов
напряжения со сверхкоротким фронтом
3.4 Выводы по разделу
4 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕРХКОРОТКИХ
ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
4.1 Критерии оценки работоспособности телекоммуникационных систем
* 4.2 Режимы эффективного воздействия СК ЭМИ на телекоммуникационные
системы
4.3 Экспериментальные исследования воздействия СК ЭМИ на объекты
телекоммуникационных систем
4.3.1 Выбор объектов ТКС для проведения испытаний
4.3.2 Методы и средства экспериментальных исследований
4.3.3 Экспериментальные исследования и результаты испытаний воздействия СК ЭМИ на интегральные микросхемы
4.3.4 Экспериментальные исследования и результаты испытаний воздействия СК ЭМИ на сетевое соединение персональных компьютеров
4.4 Разработка рекомендаций по обеспечению помехоустойчивости и
* защищенности телекоммуникационных систем
4.5 Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованных источников

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
Характеристики излучаемых СК ЭМИ находятся в следующих амплитудно-временных диапазонах: амплитуда импульсов напряженности электрического поля Е = 0Д-И00 кВ/м; длительность фронта импульса Ц =100-^300 пс; длительность импульсов на полувысоте й= 130-к300 пс; частота повторения Б=0-10 кГц [19].
Сложность измерений параметров СК ЭМИ заключается в жестких требованиях к широкополосности 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

линии, каждый из которых образуют с осью 2 угол ф. Поэтому если попытаться выдержать вдоль такой линии постоянным волновое сопротивление, то расчет пилообразного преобразователя совпадает с расчетом полоскового преобразователя, ось
о которого образует с осью 2 угол ф, а длина равна сумме длин всех колен пилообразного
преобразователя. Наличие изгибов создает отражения в линии и искажает выходной сигнал. Однако существующие способы коррекции изгибов позволяют сохранить приближенно постоянство волнового сопротивления и свести к минимуму искажения сигнала в линии.
Полученные в предыдущих разделах формулы для токов в нагрузках полосковой линии можно применить и для токов в нагрузках пилообразного измерительного преобразователя, который ориентирован относительно внешней волны согласно рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 - Пилообразный преобразователь.
Распределение тока по длине Б пилообразной линий получается из соотношения (3.18) путем замены координаты 2 на текущую длину пилообразной линии б", отсчитываемую вдоль оси пилообразной полосковой линии от нагрузки 2^. В случае рассмотренного выше варианта 1 в применении к пилообразной линии при р^ = 0 имеет место существование критического угла , определяемого
формулой (3.19). При этом угле значение тока в конце пилообразной линии обращается в нуль. При п!2>ф> ф знаки напряжений, снимаемых с начала и с конца
пилообразной линии, совпадают, а при О <ф<фсг знаки напряжений