авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«1 ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № 1 ПОЗДРАВЛЯЕМ ЮБИЛЯРОВ! ...»

-- [ Страница 3 ] --

Развитие источников на синхронизированных между собой решеток сверхбыстродей ствующих полупроводниковых коммутаторов происходит в следующих основных направле ниях: переход в диапазон времен коммутации tК ~ 30-70 пс для величин коммутируемых на пряжений Ug ~ 10 кВ и частот следования 10-100 кГц;

для полупроводниковых коммутато ров, работающих в диапазоне tК ~ 100-200 пс, отработана технология создания фазированных активных решеток с общим количеством элементарных излучателей Ng~ 102, при этом были разработаны и реализованы схемы автосинхронизации, позволяющие уменьшить влияние по вышения температуры в ходе работы генератора на степень синхронизации системы излуча телей.

Анализ развития полупроводниковых высоковольтных коммутаторов показывает, что укорочение времени коммутации tК неизбежно приводит к уменьшению коммутируемых на пряжений Ug. Данная тенденция обусловлена в первую очередь необходимостью с одной сто роны уменьшения габаритов полупроводниковых кристаллов, на которых выполнены высо ковольтные коммутаторы, а с другой стороны ограничениями, связанными с предельной электрической прочностью EПР кристаллов U g ~ a E ПР, где а – толщина кристалла, к кото рому прикладывается напряжение Ug. Обобщение информации по созданным генераторам позволяет заключить с приемлемой для дальнейших оценок точностью, что в диапазоне дли тельностей 10-300 пс для величины коммутируемого напряжения Ug может быть записано следующее эмпирическое соотношение:

tК U g » U g0, tК где Ug0.= 100 кВ, tК0 = 220 пс.

Учитывая, что площадь излучающей апертуры элементарного ТЕМ-излучателя может быть оценена как s 1 » ( K g l0 ) 2, где Кg ~ 3;

l0 – длина волны, соответствующая максималь ному значению в спектре СКИ-сигнала в дальней зоне излучателя, находим выражение для излучаемого напряжения антенной решетки СКИ-излучателей, приведенной к единице пло щади, FOMN /sN как функции времени tК коммутации:

FOM N (t ) U g 0 1+g » sN t К 0 K g с t, где g ~ 2-4 - форм фактор СКИ-сигнала;

t ~ tК(1+g) - длительность СКИ-сигнала [11].

Таким образом, уменьшение времени коммутации позволяет рассчитывать на рост импульсного значения излучаемого напряжения. Однако переход в пикосекундную область времен коммутации приводит к ужесточению требований к системам синхронизации импуль сов фазированной решетки. Расчеты показывают, что приемлемым можно считать значения джиттера на уровне 20 % от длительности СКИ-сигнала, при котором пиковое значение плот ности потока энергии уменьшается не более чем на 20 %.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № В тоже время, укорочение длительности t СКИ-сигналов с одной стороны приводит к уменьшению (пропорционально t) плотности энергии излучения, а с другой стороны к рас ширению мгновенного спектра СКИ-сигнала (обратно пропорционально t). При этом для увеличения среднего энергопотенциала СКИ-системы повышают частоту следования им пульсов до уровня 1 МГц с девиацией, которая решает проблему, связанную с дискретной структурой спектра импульсно-периодических СКИ-сигналов [12].

По оценкам в перспективе на основе полупроводниковых синхронизируемых между собой генераторов могут быть созданы активные антенные решетки с количеством элемен тарных излучателей до 5102, величинами приведенных излучаемых напряжений FOM до 3106 В/м2, что эквивалентно ЭП S ~ 2·108 Вт/м2.

Многолучевые клистронные сверхкороткоимпульсные сверхвысокочастотные генера торы, позволяют формировать последовательности импульсов со сверхвысокой частотой их повторения (~ 1 ГГц). Принцип работы генератора состоит в возбуждении коаксиального многочастотного резонатора, имеющего максимумы импеданса на частотах гармоник тока сгруппированного многолучевого электронного пучка. Соответствующее фазирование гармо ник поля в выходном резонаторе позволяет получать последовательность импульсов сверхко роткой длительности с относительно скромной средней мощностью, составляющей 1 кВт ~ 7·104 Вт/м2, FOM ~ 5·103 В/м2).

( ЭП S Работа эмиссионных сверхсветовых источников основана на эффекте генерации сверхкоротких импульсов импульсами фототока, распространяющимися вдоль проводящей поверхности со сверхсветовой скоростью [13]. Важной особенностью данного типа генерато ров является то, что интенсивность СКИ-излучения в первую очередь определяется крутиз ной фронта излучения накачки, а не его интегральной мощностью. Оценки показали, что при использовании сверхжесткого рентгеновского излучения в качестве источника накачки пара болоида диаметром 10 м на расстоянии 1000 км может быть сформирован СКИ-сигнал дли тельностью ~10-10 c, энергетическая доза которого достигает величины 10-6 Дж/см (~ 104 Вт/см2). При этом средняя длина волны импульса излучения будет составлять 3 см (10 ГГц).

Отметим, что в настоящее время для параболического излучателя диаметром D с при ложенным к диоду напряжением U теоретически показаны и экспериментально подтвержде ны следующие асимптотические зависимости: для амплитуды поля в дальней зоне источника – ~ D2U2;

для длительности импульса – U-1/2. Таким образом, увеличение анодного напряже ния приводит как к росту амплитуды поля, так и укорочению длительности излучаемого им пульса. По имеющимся оценкам [14] увеличение анодного напряжения до 500 кВ и диаметра излучающей апертуры до 1,6 м, а также использование импульсно-периодического лазера со сверхвысокой частотой (до 108-109 Гц) повторения импульсов позволит сформировать пачки СКИ-сигналов длительностью менее 100 пс и рекордными энергетическими характеристика ми – пиковой мощностью до 460 ГВт, средней мощностью пачки излучения ~ 10 ГВт и вели ЭП S ~ 2·1014 Вт/м2, чиной напряжения излучения до 120 МВ, что эквивалентно 8 FOM ~ 410 В/м.

Нерелятивистские электровакуумные приборы - магнетроны, сеточные приборы (тет роды, релтроны), гиротроны (Pasotron) и т.п., которые уступают по импульсной мощности релятивистским приборам, однако за счет большой длительности импульсов, превышающей десятки – сотни микросекунд, выигрывают по энергии. Данный класс генераторов в настоя щее время активно разрабатывается как у нас в стране, так и за рубежом по следующим ос новным направлениям.

В качестве основных нерелятивистских источников ближайшей перспективы рассмат ривается применение нового подкласса магнетронов, к главным особенностям которых отно 54 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- сят повышенные выходная импульсная мощность, КПД, ресурс работы при одновременном снижении массогабаритных характеристик [15].

Увеличение импульсной мощности обеспечивается за счет оптимизации конструкции основных элементов магнетрона – формы ячейки пространства взаимодействия, анодного блока и узла вывода излучения, в совокупности позволившим повысить предельный анодный ток магнетрона, а также электрическую и тепловую прочность элементов магнетрона.

Увеличения КПД магнетронов до 75 % удалось достичь в первую очередь за счет оп тимизации катодных экранов и полюсных наконечников, улучшающей фокусировку элек тронного потока в пространстве взаимодействия и минимизирующей утечку электронов в торцы пространства взаимодействия под влиянием объёмного заряда, и снятия ограничений на стабильность частоты генерируемого излучения. Также более чем в 10 раз увеличен ресурс работы магнетронов за счет применения защищенной патентом технологии создания сверх долговечных катодов [16].

К важным достоинствам указанных магнетронов относится возможность варьирова ния длительности РЧ-излучения. По оценкам в ближайшие 5-7 лет на основе данной техно логии возможно получение импульсов мощностью до 10-15 МВт и длительностью десят ~ 109 Вт/м2, FOM ~ 106 В/м2).

ки…сотни микросекунд ( ЭП S Многообещающим и вызывающим повышенный интерес направлением является соз дание, так называемых, сеточных приборов, в частности, тетродов и релтронов.

В создаваемом в настоящее время сверхмощном тетроде реализуются, с одной сторо ны, тетродный отбор мощности в выходном резонаторе, а с другой стороны, все электроды входного и выходного резонаторов замкнуты по постоянному току. Кроме этого, в данном приборе планируется использовать новые ленточные катоды с проволочной структурой, вы полненные из металло-пористого материала с повышенной эмиссионной способностью. По мнению разработчиков, повышение анодного напряжения до 120 кВ позволит повысить уро вень генерируемой мощности до 200 МВт, при этом катод в лампе должен еще обеспечивать требуемую плотность эмиссии в случае, если длительность СВЧ-импульсов не будет превы ЭП S ~ 4·108 Вт/м2, шать 2-3 мкс. Для указанных тетродов можно ожидать 6 FOM ~ 4·10 В/м.

В приборах, получивших название релтрон, основу лампы составляет узел генерации глубоко промодулированного электронного пучка, дополнительные ускорительные зазоры и многорезонаторная выходная секция, где происходит отбор электромагнитной энергии от электронного пучка. При этом данные приборы способны эффективно работать без магнитно го сопровождения электронного пучка. Модуляция электронного пучка осуществляется в об ласти электронной пушки, размещенной внутри резонатора, за счет периодического образо вания виртуального катода. Амплитуда напряжения на пушке при этом составляет порядка 0,2-0,3 от полного напряжения источника питания. Доускорение промодулированного элек тронного пучка осуществляется в системе промежутков, образованных металлическими сет ками, на которые подано напряжение с верхних каскадов генератора импульсных напряже ний.

К настоящему времени имеются сообщения о 600 МВт интегральной мощности элек тромагнитного излучения, достигнутой с помощью релтрона в спектральном диапазоне 1- ГГц [17]. Типичный КПД релтронов составляет 30-50 %. Имеются сообщения о реализации длинноимпульсного режима работы до 500 нс в импульсно-периодическом режиме с часто ~ 107 Вт/м2). Американские разработчики пред той повторения импульсов до 10 Гц ( ЭП S полагают довести уровень выведенной в атмосферу импульсной электромагнитной энергии с помощью релтрона до 5 кДж [18].

В отделе нелетальных видов вооружений Army Research Laboratory (США) разработан мобильный вариант релтрона, размещенного в кузове автомобиля Chevrolet C3500. Он спосо ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № бен генерировать импульсы излучения длительностью порядка 100 нс с пиковой мощностью ~ 21010 Вт/м2, до 20 МВт и частотой следования импульсов до 300 Гц ( ЭП S 7 FOM ~ 10 В/м ) [18].

За рубежом большое внимание уделяется созданию радиочастотных вакуумных при боров - плазменных гиротронов типа Pasotron (Plasma Assisted Slow-wave Oscillator). Они реализуют новый принцип генерации электромагнитного импульса, основанной на автоколе баниях ионного тока в плазме (Bennet pinch). Кроме этого, в Pasotron не используются посто янные электромагниты, что привело к кардинальному сокращению веса и габаритов отдель ного прибора и всей системы в целом.

К настоящему времени разработан и испытан ряд опытных образцов генераторов ра диочастотных импульсов на основе Pasotron, которые обеспечили выходную мощность 1 МВт и КПД 40%, частоту и длительность импульсов 1,2 ГГц и 100 мкс соответственно, энергию в импульсе более 0,1 кДж при токах до 48 А и напряжении 55 кВ. Ведутся работы по проекти рованию генератора с длительностью импульсов 500 мкс и энергией в импульсе до 1 кДж ~ 6108 Вт/м2, FOM ~ 106 В/м2).

( ЭП S Выходная мощность всех рассмотренных генераторов зависит от частоты [19, 20], Учитывая это и ориентируясь на приведенные выше энергетические показатели оценены обобщенные характеристики перспективных РЧ-источников, являющиеся исходными данны ми для обоснования требований к испытательным полям (см. табл. 1).

Таблица Обобщенные характеристики перспективных РЧ-источников tИ, № fmin, fmax, F, PИ, FOM, ЭПs, Тип генератора В/м2 Вт/м п/п ГГц ГГц Гц Вт нс 1. Релятивистские генераторы 1,5·1010 3,9·108 7,7· Виркаторы 2 35 100 1.1.

6,0·108 6,7·107 2,3· Пучково-плазменные генераторы 3 30 100 1.2.

5,0·109 6,5·107 2,8· ЛОВ (ЛБВ) 8 10 40 1.3.

1,0·103 1,0·109 3,2·107 5,1· Релятивистские клистроны 0,3 11 1.5.

2. Сверхкороткоимпульсные генераторы Источники на основе синхронизи 1,0·105 3,6·107 3,0·106 1,5· рованных решеток полупроводни- 1 10 2.1.

ковых коммутаторов Эмиссионные сверхсветовые ис 1,0·106 4,8·109 3,5·107 2,0· 1 10 2.2.

точники Одноканальные источники на 1,6·109 2,0·106 1,0· сверхмощных разрядниках высоко- 0,1 1 3 2.3.

го давления 3. Нерелятивистские генераторы 1,0·103 1,0·109 4,3·106 1,6· Магнетроны 0,5 15 3.1.

3,0·103 2,0·108 3,9·106 3,8· Сеточные приборы 0,1 3 3.2.

1,0·105 6,0·108 1,1·107 2,1· Релтроны 1 5 3.3.

1,5·105 3,5·106 2,1· Гиротроны 30 100 3,0·10 0, 3.4.

5,0·107 8,3·106 1,2· Плазменные генераторы (Pasotron) 0,2 12,9 100 3.4.

56 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- На рис. 1 приведена обобщенная за период с 1930 до 2010 гг. тенденция развития тех нологии генерации радиочастотных полей по показателю приведенного среднего энергопо ЭП S, анализ которой показывает, что в среднесрочной перспективе (2020 г.) тенциала представленные в таблице энергетические характеристики РЧ-источников могут вырасти в разы. Даже есть мнение [21], что они удваиваются каждые два года.

Рис. 1. Тенденция развития технологий генерации РЧ-полей по показателю приведенного среднего энергопотенциала ЭП S Таким образом, результаты анализа свидетельствует о значительных успехах в разви тии технологии генерации мощных электромагнитных полей, что подтверждает актуальность и своевременность решения проблемы оценки и поиска способов повышения устойчивости электронного оборудования гражданского сектора к действию мощного импульсного радио частотного излучения.

Список литературы 1. http://nvo.ng.ru/spforces/2004-11-05/7_ugroza.html.

2. IEC 61000-2-13 Ed.1: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-13: Environment – High power electromagnetic (HPEM) environments – radiated and conducted. 2002, С.1-40.

3. ГОСТ Р 52863-2007 Защита информации. Автоматизированные системы в защищенном исполнении. Испытания на устойчивость к преднамеренным силовым электромагнитным воздействиям. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2008. - 10 с.

4. Дубинов А.Е., Селемир В.Д. // Зарубежная радиоэлектроника. - 1995. - № 4. - C. 54.

5. М.В.Кузелев, А.А.Рухадзе, П.С.Стрелков. Плазменная релятивистская. СВЧ-электроника.

- М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002, - С. 74-81.

6. G. Garyotakis. High-Power Microwave Tubes: In the Laboratory and On-Line // IEEE Transac tions on Plasma Science. - October 1994. - Vol. 22. - Num. 5. - P. 683–691.

7. V. Serlin, M. Fridman. Development and Optimization of the Relativistic Klistron Amplifier. IEEE Transactions on Plazma Science. - October 1994. - Vol. 22. - Num. 5.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № 8. K. Hendricks, M. Haworth, T. Englert, at. al. Increasing the RF Energy per Pulse of an RKO// IEEE Transactions on Plasma Science, - June 1998. - Vol. 26. - Num. 3, - P. 320 – 325.

9. Балдыгин В.А, Белошапко А.А, Давыдов О.В, Лисицын В.П, Никифоров М.Г Высоко вольтные генераторы нано- и субнаносекундных импульсов / Прикладная физика. - 2001.

- № 4. - С. 11-15.

10. Кардо-Сысоев А.Ф. Введение в сверхширокополосную электродинамику. Труды Санкт Петербургского ФТИ им.А.Ф.Иоффе, 1998. - С. 63-75.

11. Осташев В.Е., Ульянов А.В., Федоров В.М. Энергетические и частотные характеристики видеоимпульсных излучений// 9-я научно-техническая конференция по ЭМС технических средств и электромагнитной безопасности. - С.-Петербург, 2006. - С. 341-346.

12. Осташев В.Е., Ульянов А.В., Федоров В.М. Режимы сканирования энергетического спек тра «плотной» последовательности видеоимпульсов // Сб.: Научные труды ИТЭС ОИВТ РАН. - Вып. 7 – М.: ОИВТ РАН 2004. - С. 111-116.

13. Лазарев Ю. Н., Петров П. В. Генератор электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на основе сверхсветового источника// ЖЭТФ. - 1999. - Т. 115. - Вып.5.

14. Гаранин С.Г., Мартыненко С.П., Солдатов А.В., Терехин В.А., Трутнев Ю.А. и др. Гене ратор сверхширокополосного электромагнитного излучения, инициируемый пикосекунд ным лазером // ДАН. - 2006. - Т. 411. - №5. - С. 1-4.

15. Морозов О.А., Соколов И.В. Современное состояние и тенденции развития магнетронов для СВЧ-нагрева в промышленности и медицине. Электронная техника, серия 1 «СВЧ техника». Вып. 2, 2000.

16. Морозов О.А., Бакуменко А.В. и др. Способ реставрации СВЧ-приборов с оксидным ка тодом. Патент РФ № 2243611, 2003.

17. R. Miller, C. Muehlenweg, K. Habiger, at. al. Super-Reltron Progress // IEEE Transactions on Plasma Science. - October 1994. - Vol. 22. - Num. 5. - P. 701–705.

18. L. Jasper Non-lethal Technology Research at the Army Research Laboratory //Infantry & Small Arms Symposium. - June 23. - 1999.

19. Abrams R.H. et al. Vacuum Electronics for the 21st Century.– IEEE Microwave Magazine. Sept. 2001. - P. 61–72.

20. Report of Department of Defense Advisory Group on Electron Devices. – Special Technology Area Review on Vacuum Electronics Technology for RF Applications. Dec. 2000.

21. Викулов И., Кичаева Н. Вакуумная СВЧ-электроника в США. Состояние и тенденции развития // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. - 2007. - №5. - С. 66-71.

ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России».

Статья поступила 10.01.2010.

Belokon’ I.N., Goncharov A.N., Kudryaschov A.S, Ivanov E.V.

Analysis of Technologies of High-power Pulse Radio-frequency Radiation Production and its Development Perspectives.

In the article we made the analysis of development perspectives of technologies of high-power pulse radio-frequency radiation production. Researches are shown to be conducted in three main di rections: the development of powerful relativistic electric vacuum devices, the creation of solid state or gas-discharge ultra-wideband ultra-short-pulse oscillators and the development of new and perfection of existent nonrelativistic electric vacuum devices. It is determined that energy character istics of sources of radio-frequency radiation can grow manifold in the medium term.

intentional electromagnetic intrusion, radio-frequency radiation, ultra-short ultra-wideband electromagnetic pulse 12 CR&DI of the Ministry of Defense of Russia.

58 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- УДК 623.745.519-78.25.01. И.Н. Белоконь, А.Н. Гончаров, С.Н. Долбня, А.С. Кудряшов, А.В. Фотеев Оценка защищенности информационных инфраструктур от воздействия сверхкороткоимпульсных электромагнитных излучений техногенного происхождения Проведены исследования по оценке влияния импульсного элек тромагнитного излучения на функционирование элементов информа ционных инфраструктур. Показано, что воздействие сверхкоротко импульсного излучения с максимумом спектральной плотности в об ласти частот 100-300 МГц представляет наибольшую опасность для функционирования информационных систем. Современные тех нологии позволяют разрабатывать компактные излучатели сверхко ротких электромагнитных импульсов (СК ЭМИ) со спектром в ука занном диапазоне, способные создавать опасные уровни полей. Воз можность применения таких излучателей для воздействия на сис темы управления и другие объекты информационных инфраструк тур следует учитывать при проектировании таких систем для обеспечения их устойчивого функционирования.

защищенность, электромагнитное излучение, наведенные помеховые сигналы, сверхширокополосный, времяимпульсный метод, коэффициент передачи, конст руктивный элемент здания, линия связи, витая пара, локальная вычислительная сеть, информационная инфраструктура, полупроводниковый коммутатор, разряд ник Исследования по оценке защищенности средств и систем обработки и передачи ин формации от воздействия преднамеренных импульсных электромагнитных помех активно проводятся в последние годы как в России, так и за рубежом [1, 2, 3]. Во многих источниках говорится об актуальности проблемы возможного использования мощных излучателей им пульсных электромагнитных полей различными деструктивными силами в целях скрытной дезорганизации работы радиоэлектронной аппаратуры важных объектов.

В ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России» проведена серия исследований по оценке защищенности типового информационного объекта от воздействия преднамеренных элек тромагнитных помех. В качестве макетов информационных инфраструктур рассматривались различные варианты локальных вычислительных сетей (ЛВС), смонтированных по требова ниям действующих стандартов в типовом кирпичном здании.

Большое внимание было уделено исследованию процесса прохождения электромаг нитного излучения метрового и дециметрового диапазонов длин волн через конструктивные элементы здания и формированию помеховых сигналов на кабельных линиях связи ЛВС.

Исследование прохождения излучения через конструктивные элементы зданий осу ществлялось двумя способами:

· предварительная оценка коэффициента прохождения СК ЭМИ осуществлялась по соот ношению амплитуд прошедшего и падающего на конструктивный элемент здания им пульсов излучения, измеряемых при помощи датчиков полоскового и рупорного типов, а также быстродействующего осциллографа;

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № · измерение частотной зависимости коэффициента прохождения (для диапазона частот 0,1-12 ГГц) с использованием зондирующего сверхширокополосного автоматизирован ного измерительно-вычислительного комплекса (СШП АИВК) по соотношению спек тральных характеристик импульсных электромагнитных полей, измеренных при наличии и отсутствии преград [4]. При этом в качестве измеряемой антенны рассматривалась сис тема «конструктивный элемент здания – эталонная антенна».

Схема проведения измерений с использованием комплекса СШП АИВК приведена на рис. 1. Коэффициент усиления (КУ) исследуемой антенны К(w) в зависимости от частоты w = 2f определяется с помощью эталонной антенны (метод замещения) по соотношению следующего вида:

К (w) = S ( jw) K Э (w) Sэ ( jw), (1) где: S(jw) – комплексный спектр сигнала на выходе измеряемой антенны;

Sэ(jw) – из меренный комплексный спектр сигнала на выходе эталонной антенны;

Кэ(w) – паспортный КУ эталонной антенны.

Зондирующий СШП-сигнал ИА R1 = R 100BaseT ЭА (Кэ(w), Sэ(jw)) – опыт 1;

TCP/IP СШПГ СО УПК ИзмА (К(w), S(jw)) – опыт Канал запуска Рис. 1. Схема проведения измерений на комплексе СШП АИВК: СШПГ – сверхширокополосный генератор, ИА – излучающая антенна, ЭА – эталонная антенна, ИзмА – измеряемая антенна, СО – стробоскопический осциллограф, УПК – управляющий персональный компьютер, 100BaseT TCP/IP– связь по локальной вычислительной сети кабелем на витой паре по протоколу TCP/IP, скорость до 100 Мбит/с В первом опыте (рис. 1) определялся спектр сигнала с выхода эталонной антенны, размещенной на расстоянии R1 от излучающей антенны в свободной от посторонних предме тов зоне помещения с минимальным влиянием отражений. Во втором опыте в качестве изме ряемой использовали эталонную антенну, сохраняя расстояние R2 = R1, так, чтобы на пути распространения зондирующего СШП-сигнала находился конструктивный элемент здания (стена, коридор, угол помещения и др.), влияние которого требовалось оценить. При такой схеме измерений спектр мощности сигнала с выхода эталонной антенны во втором опыте со стоит из спектра мощности сигнала на выходе эталонной антенны в первом опыте и коэффи циента передачи (КП) помещения, поэтому, с учетом зависимости (1), КП помещения равен K п (w) = 10 lg ( K (w) / K э (w) ), дБ.

Проведенные исследования показали:

· излучение с частотами 0,1-0,35 ГГц проникает через конструктивные элементы кирпич ных зданий с наименьшими потерями, · в ряде случаев на этих частотах отмечено усиление поля за счет переотражений и резонан сов.

На рис. 2 для примера показана зависимость КП от частоты f в диапазоне 0,1-1 ГГц, полученная для сухой сплошной кирпичной стены длинного коридора.

Частоты резонансов зависят от геометрических размеров помещений здания, которые в общем случае заранее неизвестны и являются случайным фактором. Использование сверх широкополосного излучения гарантирует возникновение резонансов при воздействии излу чения с длинами волн, соизмеримыми с характерными размерами конструктивных элементов здания.

60 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- По определению Федеральной комиссии связи США (FCC), к сверхширокополосным (Ultra Wide Band) сигналам относятся все излучения, у которых ширина спектральной полосы по уровню -10 дБ составляет по крайней мере 25 % от значения центральной частоты (пока затель сверхширокополосности = 2·(fН – fL)/(fН + fL) 0,25, где fН – верхняя граница спек тральной полосы по уровню -10 дБ, fL – нижняя граница) [5]. К таким источникам относятся излучатели СК ЭМИ, формирующие импульсы, представляющие собой несколько полупе риодов высокой частоты. Особенностью СК ЭМИ является их малая длительность (от десят ков-сотен пикосекунд до единиц наносекунд для первых полупериодов импульсов по уровню 0,5 от амплитуды), основная спектральная плотность находится в полосе частот от сотен ме гагерц до единиц гигагерц. Высокая скважность (порядка 104-107) обеспечивает низкие уров ни средней мощности и энергопотребления источника при больших значениях импульсных напряженностей электрического поля. Типовая форма СК ЭМИ и его спектральная характе ристика приведены на рис. 3.

КП, дБ - - - - 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1, f, ГГц Рис. 2. Зависимость коэффициента передачи сухой кирпичной стены, полученная при помощи измерительного комплекса СШП АИВК при расположении приемной антенны в коридоре а) б) Рис. 3. Типовой СК ЭМИ: а) - форма импульса напряженности электрического поля;

б) - расчетная оценка его спектрального состава Отметим, что в случае воздействия на здание СК ЭМИ, пространственная протяжен ность которых (1-3 м) не превышает характерных размеров помещений, наличие переотра жений может приводить к увеличению длительности и общего количества воздействующих на объект электромагнитных импульсов.

Электронные компоненты и цепи в современной аппаратуре работают на все более высоких частотах и низких напряжениях, что увеличивает их восприимчивость к воздейст вию электромагнитных излучений, в первую очередь, сверхширокополосных. Проведен ряд опытов по измерению параметров штатных и наведенных помеховых сигналов при воздейст вии СК ЭМИ во внешних проводных линиях связи современных ЛВС. Сегодня в качестве ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № таких линий могут использоваться медные кабели на витой паре категорий 5е (верхняя гра ница полосы пропускания fгр = 100 МГц) UTP (неэкранированный) или STP, FTP (экраниро ванный), а также категорий 6 (экранированный, fгр = 250 МГц) и 7 (экранированный, fгр = 600 МГц). Схема измерений показана на рис. 4.

Аппаратура R измерения параметров R падающего СК ЭМИ Антенный преобразователь Узел ЛВС измерительного (коммутатор) канала Кабель ЛВС 1МW Узел ЛВС (витая пара) (коммутатор) Экранированная Экранированная камера камера Излучатель Регистратор с СК ЭМИ измерительной линией длиной r Рис. 4. Схема измерений параметров наведенных помеховых сигналов в кабелях на витой паре ЛВС (R1, R2 – удаления точки облучения от точки измерения) Измерения проводились при условиях, что r l, где l - характерная длина волны излучателя, и UпИЛ / Uп Е, где UпИЛ - уровень наведенного помехового сигнала на измери тельной линии, измеренный при отсутствии витой пары, Uп – измеренная амплитуда наведен ного помехового сигнала на витой паре, Е – относительная погрешность измерения напря женности электрического поля.

Показано, что при распространении наведенных на витой паре широкополосных по меховых сигналов происходит резкое ослабление спектральных составляющих сигнала, ле жащих выше границы полосы пропускания fгр линии связи. Данные результаты подтверди лись измерениями антенных свойств кабелей на витой паре на измерительном комплексе СШП АИВК. Так, при облучении участка кабеля, расположенного вблизи приемника, на вхо де приемного устройства формируется «быстрый», относительно высокочастотный сигнал (рис. 5а), спектр которого близок к спектру падающего СК ЭМИ. При удалении облучаемого участка от приемника до его входа доходит «медленный», относительно низкочастотный сиг нал (рис. 5б) за счет резкого (до 15 дБ/м) ослабления частот f fгр при распространении сиг нала по кабелю. При этом спектральный состав дошедшего до приемника помехового сигнала приближается к спектру штатного информационного сигнала, согласованного с рабочими частотами входных каскадов приемника, что обуславливает высокую эффективность воздей ствия таких помех. Для рабочего диапазона частот линии ЛВС удельное затухание сигнала снижается до величины 0,2 дБ/м.

Осциллограммы штатного и помехового сигналов в кабеле ЛВС показаны на рис. 6.

Сопоставление рабочих частот ЛВС, окна прозрачности стен зданий и области наиболее опасных электромагнитных полей показано на рис. 7.

Таким образом, воздействие сверхкороткоимпульсного излучения с максимумом спектральной плотности в области частот 100-300 МГц представляет наибольшую опасность для функционирования информационных систем. Это связано с тем, что поля с указанными характеристиками · проходят через конструктивные элементы зданий с минимальными потерями, · хорошо наводятся и распространяются по сигнальным проводным линиям, · эффективно воспринимаются приемными устройствами средств вычислительной техники.

62 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- а) б) Рис. 5. Сравнение осциллограмм наведенных помеховых сигналов в кабеле (витая пара катего рии 5e UTP), зарегистрированных на различных удалениях места облучения (горизонтальная развертка сигнала 10 нс/дел., спектра 50 МГц/дел., вертикальная развертка спектра 20 дБ/дел.):

а) – удаление около 5 м (вертикальная развертка сигнала 2 В/дел.);

б) - удаление около 20 м (вер тикальная развертка сигнала 0,2 В/дел.) а) б) в) Рис. 6. Осциллограммы сигналов в кабеле ЛВС (горизонтальная развертка 50 нс/дел., верти кальная развертка 2 В/дел.): а) – штатный сигнал в ЛВС 100 Мбит/с;

б) – наведенный помеховый сигнал при воздействии СК ЭМИ;

в) – искажение штатного сигнала при воздействии СК ЭМИ Область оптимального прохождения излучения через конструктивные элементы зданий Полоса пропускания витой пары категории 5е Полоса пропускания витой пары категории Полоса пропускания витой пары категории 50 100 200 250 300 350 Частота f, МГц Область наиболее опасных помех Области частот информационных сигналов Рис. 7. Область частот наиболее опасных электромагнитных помех Проведенные эксперименты по воздействию на аппаратуру ЛВС, размещенную в ти повом кирпичном здании, полями мощных генераторов СК ЭМИ с различными характерны ми частотами излучения, обладающих величинами «излучаемого напряжения» FOM порядка 100 кВ подтвердили сделанные выше выводы (FOM также называют «параметром (показате ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № лем) качества», он численно равен произведению максимальной напряженности электриче ского поля Е (кВ/м) на расстояние Y (м) до плоскости раскрыва в пределах волновой зоны [6]). Так, длительность СК ЭМИ при взаимодействии с конструктивными элементами зданий, паразитными антеннами и сигнальными контурами устройств существенно увеличивается и достигает сотен наносекунд, а амплитуда наведенных помеховых сигналов может в единицы десятки раз превышать амплитуду штатных сигналов (в рабочей полосе частот). Все это явля ется достаточным для инициирования нарушений функционирования аппаратуры информа ционных инфраструктур, таких как сбои, возникающие вследствие искажения информации, переключений логических элементов [7, 8], критические ошибки, обратимые или необрати мые отказы. При этом для наиболее опасного источника с характерными частотами излуче ния 100-300 МГц амплитуды падающих СК ЭМИ, при которых достигались нарушения рабо тоспособности средств вычислительной техники, были минимальны и составляли ~ 3-15 кВ/м.

Сверхширокополосные СК ЭМИ могут оказывать помеховое воздействие на работу радиоприемных устройств ЛВС (в частности, приемников беспроводной связи WiFi стандар тов IEEE 802.11), ухудшая качество соединения, снижая скорость передачи информации, а в ряде случаев приводить к обратимым или необратимым отказам элементов.

В результате воздействия СК ЭМИ могут наблюдаться такие эффекты нарушения ра ботоспособности аппаратуры, как снижение производительности или прекращение работы средств вычислительной техники (остановка выполнения задач - т.н. «зависание» [3], выклю чение, самостоятельная перезагрузка);

ухудшение качества передачи информации;

ложные срабатывания, эффекты подавления (потери работоспособности на время воздействия СК ЭМИ), блокирования (потери работоспособности до перезагрузки по питанию) или выхода из строя технических средств обнаружения и др. Для таких типов современных информацион ных инфраструктур, как автоматизированные системы и пункты управления, системы охраны важных объектов (интегрированные комплексы технических средств охраны) воздействие СК ЭМИ может привести к серьезным последствиям: затруднению, нарушению, срыву управле ния [9], несанкционированному пропуску лиц на территорию объекта, а также к полному прекращению работы.

Существующие сегодня технологические возможности позволяют создавать излуча тели СК ЭМИ с различными массогабаритными характеристиками [10] (от портативных [11] до располагаемых на мобильной платформе), способные формировать с относительно боль ших расстояний (от единиц метров для портативных до нескольких сотен метров для мобиль ных источников) уровни падающих полей от 3 до 30 кВ/м, которые могут представлять опас ность для элементов информационных инфраструктур.

В настоящее время как в России, так и за рубежом наиболее интенсивно развиваются два основных направления генерации СК ЭМИ [2]. К ним относятся источники на основе сверхмощных быстродействующих разрядников высокого давления и на основе сверхбыст родействующих полупроводниковых коммутаторов. В качестве излучающих антенн исполь зуются одиночные ТЕМ-рупоры с линзами и без них, решетки ТЕМ-рупоров, диполи с отра жателями или без них, планарные антенны с несколькими вибраторами, параболические зер кала с биконусными облучателями. Активно развивается направление создания источников СК ЭМИ на основе синхронизированных генераторов. Непосредственно на выходе антенн особо мощных излучателей могут быть реализованы предельные амплитуды электрического поля, ограниченные электрической прочностью среды, и достигающие значений порядка 106 В/м.

В качестве примера на рис. 8 представлены варианты различных излучателей СК ЭМИ.

Опасность воздействия мощными СК ЭМИ следует учитывать при проектировании систем управления и других объектов информационных инфраструктур. Для повышения за щищенности необходимо руководствоваться требованиями действующих стандартов (ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96) [13], ГОСТ Р 52863-2007 [14]), использовать комплек 64 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- сы организационных и технических мероприятий [2] по активной и пассивной защите ин формационных инфраструктур, основанные на следующих принципах:

· кодовая или временная избыточность информации, фрагментирование файлов, восста новление информации, обратная связь;

· блокировка антенных и других сигнальных входов на время действия электромагнитной помехи;

· использование фильтров, развязок;

· использование оптоволоконных сигнальных линий связи;

· оптимальное использование естественных поглощающих и отражающих свойств конст руктивных элементов зданий, деление территории на зоны по уровням защищенности;

· выравнивание потенциалов (заземление), экранирование помещений, рабочих мест (уста новка защитных барьеров, потенциалоуравнивающих решеток), корпусов средств вычис лительной техники, токопроводящих сигнальных кабелей, электрическая герметизация пространства, в котором расположена подлежащая защите аппаратура.

а) б) в) Рис. 8. Примеры излучателей СК ЭМИ: а) компактный излучатель СК ЭМИ, выполненный на основе разрядника высокого давления (FOM 10 кВ, разработка ОИВТ РАН, г. Москва [12]);

б) переносной полупроводниковый излучатель СК ЭМИ (FOM = 50-80 кВ, генератор разработки НПАО «ФИД-Технология», г. Санкт-Петербург, антенна – ВНИИОФИ, г. Москва);

в) передвижной излучатель СК ЭМИ, выполненный на основе разрядника высокого давления (FOM 1700 кВ, разработка ИСЭ СО РАН, г. Томск) ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Список литературы 1. Газизов Т.Р. Преднамеренные электромагнитные помехи и авионика // Успехи современ ной радиоэлектроники - 2004. - №2. – С. 37-51.

2. Бородай П.Н., Тяпин М.С., Мырова Л.О., Сахаров К.Ю. Средства обеспечения стойкости информационных систем к воздействию излучений СШП ЭМИ // Технологии электро магнитной совместимости. - 2006. - № 2(17). – С. 59-70.

3. Сахаров К.Ю., Михеев О.В., Туркин В.А., Корнев А.Н., Долбня С.Н., Певнев А.В., Акба шев Б.Б. Исследование функционирования персональных компьютеров в условиях воз действия сверхкоротких электромагнитных импульсов // Технологии электромагнитной совместимости. - 2006. - № 2(17). – С. 44-49.

4. Сверхширокополосный автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс СШП АИВК ТМСА12D8. Руководство по эксплуатации. – СПб: ООО НПП «Трим», 2006.

– 106 с.

5. Иванов В.С., Золотаревский Ю.М., Сахаров К.Ю., Соколов А.А. Достижения ВНИИОФИ в области излучения и метрологии электромагнитных импульсов // Технологии электро магнитной совместимости. - 2006. - № 2(17). – С. 3-9.

6. Туркин В.А., Сахаров К.Ю., Соколов А.А., Михеев О.В., Кузнецов Е.В. Излучатели сверхкоротких электромагнитных импульсов для испытаний технических средств// Тех нологии электромагнитной совместимости. - 2006. - № 2(17). – С. 10-16.

7. Громов Д.В., Долбня С.Н., Корнев А.Н., Певнев А.В., Полевич С.А., Фотеев А.В. Оценка влияния мощного СВЧ излучения на характеристики ТТЛ // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем – Стойкость-2006». – М.: МИФИ, 2006. – С. 115-116.

8. Громов Д.В., Долбня С.Н., Корнев А.Н., Певнев А.В., Полевич С.А., Фотеев А.В. Дегра дация характеристик КМОП ИС при воздействии мощного импульсного СВЧ-излучения // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем – Стой кость-2006». – М.: МИФИ, 2006. – С.117-118.

9. Владимиров В.И., Лихачев В.П., Шляхин В.М. Антагонистический конфликт радиоэлек тронных систем. Методы и математические модели / Под ред. В.М. Шляхина. – М.: Ра диотехника, 2004. – 384 с.

10. Сахаров К.Ю. Излучатели сверхкоротких электромагнитных импульсов и методы измере ний их параметров. Монография. - М.: МИЭМ, 2006. - 160 с.

11. Богданов И.А., Горбачев К.В., Нестеров Е.В., Петров В.Ю., Плаксина С.Д., Рощупкин С.А., Строганов В.А. Генератор электромагнитных импульсов // Научные труды Институ та теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН. Выпуск 4 - 2001. – С. 89-94.

12. Гончаров А.Н., Долбня С.Н., Корнев А.Н. и др. Экспериментальные исследования воздей ствия электромагнитного излучения портативных источников на изделия электронной техники // Специальные вопросы технической физики. Выпуск 1(1). - 2005. – С. 35-38.

13. ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96). Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравни вания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обра ботки информации.

14. ГОСТ Р 52863-2007 Защита информации. Автоматизированные системы в защищенном исполнении. Испытания на устойчивость к преднамеренным силовым электромагнитным воздействиям. Общие требования.

ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России».

Статья поступила 10.01. 2010.

66 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Belokon’ I.N., Goncharov A.N., Dolbnya S.N., Kudryashov A.S., Foteev A.V.

Evaluation of Proofness of Information Infrastructures from the Impact of Ultrashort Pulses of Electromagnetic Radiation of Technogenic Origin We made the research into the evaluation of the impact of electromagnetic pulse radiation on functioning of elements of information infrastructures. It’s shown that ultrashort pulse radiation with maximum of spectral density in frequency range 100…300 MHz is the most dangerous for the func tioning of information systems. Modern technologies allow to create compact radiators of ultrashort electromagnetic pulses with spectrum in the mentioned range which can produce dangerous levels of electromagnetic fields. It’s important to consider the possibility of using such radiators for the influ ence on automatic control systems and another objects of information infrastructures when project ing such systems for securing of their stable functioning.

proofness, electromagnetic radiation, inductive interference signals, ultra- wideband, time pulse method, coefficient of transmission, constructive element of building, communication line, twisted pair, local area network, information infrastructure, semi-conductor commutator, spark-gap 12 CR&DI of the Ministry of Defense of Russia.

Серия «Библиотека ЭМС»

БАЛЮК Н.В., КЕЧИЕВ Л.Н., СТЕПАНОВ П.В.

МОЩНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИМПУЛЬС: ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ Издание охватывает широкий круг вопросов - от описания параметров мощ ных электромагнитных импульсов различной природы, методов и средств оцен ки стойкости аппаратуры к электромагнитным воздействиям до концепции за щиты на этапах схемотехнического и конструкторского проектирования.

Книга предназначена для специалистов промышленных предприятий, про ектных организаций, научно-исследовательских учреждений и учебных заведе ний.

508 стр., 2004 г. Тираж 1000 экз. ISBN 978-5-94833-083-9.

Книгу можно приобрести в издательстве или заказать по Интернету: www.techizdat.ru ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № УДК 539.12. В.И. Бзыта, Е.Г. Варюхин, К.А. Виноградов, Е.А. Дубровин, Д.И. Крохалев, П.А. Сидорюк Метрологическое обеспечение испытаний вооружения и военной техники на действие электромагнитных факторов природного и техногенного происхождения Рассмотрены элементы системы метрологического обеспе чения испытаний военной техники на действие электромагнитных факторов (ЭМФ) природного и техногенного происхождения. Пред ставлены средства измерений и автоматизированные измеритель ные системы, предназначенные для определения параметров воздей ствующих ЭМФ и параметров реакции объектов испытаний (наве денных в электрических цепях токов и выделившихся энергий), а также установки-эталоны и эталонные средства измерений, пред назначенные для калибровки и поверки рабочих средств измерений.

Приведены метрологические характеристики средств измерений, эталонов и измерительных систем.

испытания ВВТ, электромагнитные факторы, средства измерений, метрологическое обеспечение В ходе эксплуатации образцы вооружения и военной техники (ВВТ) подвергаются воздействию электромагнитных факторов природного и техногенного происхождения, к ко торым относятся электромагнитные поля (ЭМП) радиопередающих средств и радиолокаци онных станций, высоковольтных линий электропередачи, молниевых разрядов, магнитные поля станций безобмоточного размагничивания, а также электромагнитные импульсы и токи разрядов статического электричества. Параметры воздействующих электромагнитных факто ров варьируются в очень широких пределах. Временные характеристики импульсных элек трических (магнитных) полей изменяются в диапазоне от субнаносекунд до нескольких се кунд, а их амплитуда – от единиц В/м (А/м) до 500 кВ/м (3000 А/м). Амплитуды токов с та кими же временными параметрами лежат в пределах от единиц ампер до 200 кА. Напряжен ность гармонических полей с частотой от 1,5 МГц до 300 МГц может изменяться от 5 до 1500 В/м, а плотность потока энергии электромагнитных излучений с частотой от 300 МГц до 40 ГГц – от 2,5 до 6000 Вт/м Для экспериментальной оценки результатов воздействия электромагнитных факторов на образцы ВВТ все разнообразие их параметров сводится к типизированным характеристи кам, которые задаются в качестве требований стойкости и безопасности в нормативных до кументах.

На экспериментальной базе ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России» создан комплекс установок-имитаторов, воспроизводящих эти типизированные воздействия, при испытаниях технических средств на действие разрядов статического электричества, мощных электромаг нитных импульсов, электромагнитных полей и токов молниевых разрядов, электромагнитных полей высоковольтных линий электропередачи, электромагнитных полей радиопередающих средств и радиолокационных станций, магнитных полей станций безобмоточного размагни чивания.

Для получения достоверных данных о параметрах нагружения при проведении испы таний образцов вооружения и военной техники на действие ЭМФ природного и техногенного 68 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- происхождения, а также реакции объектов испытаний необходимо соответствующее метро логическое обеспечение измерений, включающее рабочие средства измерений, эталоны для калибровки и поверки рабочих средств измерений, а также методики выполнения измерений и методики калибровки (поверки).

Для измерений параметров воздействующих электромагнитных импульсов субнаносе кундного и наносекундного временных диапазонов разработана оптоэлектронная измери тельная система (ОИС) «Дельта-С».

Измерительная система состоит из следующих конструктивно разделенных частей:

· измерительных преобразователей электрического и магнитного полей, · оптоэлектронных передатчиков сигнала, · волоконно-оптических кабелей, · базового блока, состоящего из приемников, блоков управления и блока питания.

Для регистрации выходных сигналов ОИС, несущих информацию об амплитудно временных параметрах измеряемых импульсных полей, используются быстродействующие аналого-цифровые регистраторы типа СРГ-7, функционирующие в автономном режиме или под управлением ПЭВМ. Основные метрологические характеристики ОИС «Дельта-С» при ведены в табл. 1.

Таблица Метрологические характеристики ОИС «Дельта-С»

Техническая характеристика Значение Временной диапазон измеряемых импульсных полей:

- электрических, 0,5-100 нс - магнитных. 0,5-100 нс Амплитудный диапазон измеряемых напряженностей полей:

- электрических, 0,5-100 кВ/м - магнитных. 30-200 А/м не более ±15 % Погрешность измерения амплитуды измерительными каналами Время нарастания фронта переходной характеристики (ПХ):

- ИК электрического поля полоскового типа, не более 0,2 нс - ИК электрического поля емкостного типа, не более 0,4 нс - ИК магнитного поля. не более 0,4 нс Постоянная спада ПХ:

- ИК электрического поля полоскового типа, не менее 5 нс - ИК электрического поля емкостного типа, не менее 200 нс - ИК магнитного поля. не менее 200 нс Общее количество измерительных каналов 2 шт.

Количество поддиапазонов измерения у каждого канала 2 шт.

Длина волоконно-оптических кабелей измерительных каналов ОИС 150 м Для определения параметров ЭМП наносекундного и микросекундного диапазона вре мен применяются волоконно-оптические измерительные каналы напряженностей электриче ского и магнитного полей измерительного комплекса «Памир-М», характеристики которых приведены в табл. 2.

Таблица Характеристики измерительных каналов комплекса «Памир-М»

Время Постоянная Тип измерительного Измеряемая Амплитудный Число нарастания спада ПХ, канала величина диапазон каналов ПХ, нс мс ИНЭП СУПИ21 Е-поле 0,012 10-100 кВ/м 6- ИНЭП-1М СУПИ21 Е-поле 5 5,8 3-60 кВ/м ИНЭП-2М СУПИ21 Е-поле 20–350 кВ/м 5 3 ИНМП СУПИ21 Н-поле 10–600 А/м 0,011 5- ИНМП-М СУПИ21 Н-поле 30–300 А/м 1,1 ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Для измерений параметров магнитных полей, формируемых установками-имитаторами электромагнитных полей молниевых разрядов, высоковольтных линий электропередачи, маг нитных полей станций безобмоточного размагничивания специально разработаны измерите ли напряженности импульсного магнитного поля (ИНМП-3, ИНМП-2С, ИНМП-3/1). Их мет рологические характеристики приведены в табл. 3.

Таблица Характеристики средств измерений импульсных магнитных полей Время Относительная Длительность Средство Амплитудный нарастания пе- погрешность переходной измерения диапазон реходной ха- коэффициента характеристики рактеристики преобразования ИНМП-3 7,7 нс 21 мкс 9,7 % 10-1000 А/м ИНМП-2С 1,9 мкс 1,45 мс 8,0 % 1-800 А/м ИНМП-3/1 1,17 мс 1,3 с 8,0 % 100-6000 А/м Для определения параметров импульсных токов при испытаниях на действие молние вых разрядов и разрядов статического электричества в качестве рабочих средств измерений используются шунты и пояса Роговского, позволяющие регистрировать токи амплитудой до 200 кА при длительности фронта от единиц наносекунд и длительности импульса до несколь ких секунд.

Определение параметров электромагнитных полей радиопередающих средств и радио локационных станций производится специально доработанным измерителем П3-40, в кото ром в качестве линий связи используются волоконно-оптические кабели длиной 150 м и пре образователь интерфейса, соединенный с ПЭВМ. П3-40 в своем составе имеет несколько ан тенн, позволяющих расширить частотный диапазон измеряемых ЭМП. Основные характери стики измерителя приведены в табл. 4.

Таблица Диапазон частот и пределы измерений ПЗ- Диапазон измерения Тип Диапазон Напряженность Плотность потока энергии, антенны частот, МГц мкВт/см электрического поля, В/м АП-1 300-40000 1-615 0,26- АП-2 300-40000 61,4-1940 1000- АП-3 0,03-0,1 15-2000 60- 0,1-300 10-2000 26,5- Для измерений реакций объектов испытаний разработана оптоэлектронная измеритель ная система «Дельта-ТЭ», обобщенная схема которой приведена на рис. 1.


В качестве первичных измерительных преобразователей (ПИП) используются датчики на основе пироэлектрического преобразователя, которые имеют высокую чувствительность и не влияют на характеристики исследуемой электрической цепи [1]. Информация с ПИП по ступает в измерительный модуль (ИМ). Многоканальность измерений обеспечивается нали чием у каждого измерительного модуля i входных каналов. При помощи входных аналоговых цепей в ИМ происходит нормализация сигналов датчиков для дальнейшей оценки их пара метров с достаточной степенью точности. АЦП реализует цифровой способ измерений пара метров входных сигналов. Микроконтроллер служит для управления подсистемами ИМ и ор ганизации взаимодействия с ПЭВМ. Помехоустойчивость линий связи от ИМ к ПЭВМ обес печивается использованием волоконно-оптических кабелей. В экранированном помещении за пределами рабочего объема установок-имитаторов электромагнитных факторов, размещается инженерно-технический персонал и средства регистрации и обработки (ПЭВМ). Интерфейс 70 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- ные устройства (ИФУ) через преобразователи интерфейса (ПИ) обеспечивают сопряжение микроЭВМ измерительных модулей с ПЭВМ, являющейся ядром измерительной системы.

Основные характеристики ОИС «Дельта-ТЭ» приведены в табл. 5.

Рис. 1. Обобщенная схема ОИС «Дельта-ТЭ»

Таблица Технические характеристики ОИС «Дельта-ТЭ»

Техническая характеристика Значение Диапазон измеряемых энергий 1,0-750 мкДж Диапазон измеряемых токов 0,1-50 мА 0,01-1,0105 мкс Временной диапазон, в котором сохраняется линейность коэффициента преобра зования пироэлектрических измерительных преобразователей (в режиме измере ний энергий) Диапазон частот измеряемых наведенных токов 0,01-40000 МГц не более ±20 % Погрешность канала измерения энергии и токов Количество измерительных модулей Количество измерительных каналов в ИМ Длина волоконно-оптических кабелей 150 м Для поверки и калибровки измерительных каналов электромагнитных факторов на экс периментально-испытательной базе создан комплекс установок-эталонов, способных воспро изводить импульсные электромагнитные поля субнаносекундного, наносекундного, микросе кундного и секундного временных диапазонов. Комплекс эталонов состоит из установок «Дельта-1», «Дельта-2», «Прогресс-3». Метрологические характеристики установок-эталонов приведены в табл. 6.

Установка «Дельта-1» предназначена для передачи единицы напряженности импульс ных полей средствам измерений ЭМП. Импульсные эталонные поля воспроизводятся в поле образующей системе, выполненной из отрезков прямоугольных коаксиальных линий с межэ лектродным зазором 0,48, 0,24 и 0,12 м. Установка имеет два режима работы: режим воспро изведения однократных электромагнитных импульсов экспоненциальной формы (режим А) и режим воспроизведения однократных импульсов электрического поля ступенчатой формы (режим Б).

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Для определения постоянной времени спада переходных характеристик датчиков маг нитного поля служит установка-эталон «Дельта-2» с полеобразующей системой в виде колец Максвелла, воспроизводящая импульсы напряженности магнитного поля ступенчатой формы.

Для передачи единицы напряженности импульсных полей средствам измерений субна носекундного диапазона используется установка «Прогресс-3». Полеобразующая система ус тановки выполнена в виде конической ТЕМ-ячейки и состоит из узла ввода импульсов высо кого напряжения, согласующего перехода, рабочей секции и согласованной нагрузки. Уста новка «Прогресс-3» обеспечивает воспроизведение импульсов напряженностей электрическо го и магнитного полей в двух режимах работы: А и В. В режиме А импульсное электромаг нитное поле формируется с помощью генератора импульсов высокого напряжения «Альфа 2». В режиме В для этого используются генераторы прямоугольных импульсов напряжения, приспособленные для работы с 50-омной нагрузкой, типа Г5-84, Г5-78, И1-18, И1-14, И1-11 и др. Генератор «Альфа-2» работает в режиме релаксации и состоит из газонаполненного ис крового разрядника и кабельного накопителя на основе кабеля РК50-33-17, который через зарядное сопротивление 400 МОм подключается к источнику высокого напряжения постоян ного тока.

Таблица Метрологические характеристики установок-эталонов Диапазон Длитель- Постоянная времени Диапазон Погрешность Наименова- амплитуд ность спада (длительность амплитуд воспроизведения ние установки Е-поля, фронта им- прямоугольного им Н-поля, А/м амплитуды, % кВ/м пульса, нс пульса), мкс «Дельта-1» 1,4 (Е-поля) 4–400 5,6 10- режим А 3,5 (Н-поля) «Дельта-1»

4–400 1000 не ограничена 1, режим Б «Дельта-2» 1500 не ограничена 3, 14- «Прогресс-3»

2–200 0,5 не менее 0,4 5,3- режим А «Прогресс-3»

0,001–1 0,005–2,6 0,1 не нормируется режим В Для поверки и калибровки субнаносекундных измерительных каналов ЭМП применя ется комплект эталонных полосковых средств измерений, метрологические характеристики которых приведены в табл. 7.

Таблица Метрологические характеристики эталонных средств измерений Длительность фронта Погрешность коэффициента Наименование Длительность ПХ, нс ПХ импульса, нс преобразования, % ИППЛ-Л 0,068 4,7 6, ИППЛ-19М 0,104 36,7 5, ИППЛ-М 0,190 44,1 6, Все представленные средства измерений и установки-эталоны поверены и имеют соот ветствующие свидетельства.

На этапе подготовки к проведению испытаний образцов ВВТ на действие электромаг нитных факторов природного и техногенного происхождения разрабатываются методики вы полнения измерений параметров нагружений и реакций объектов испытаний, в которых ука зываются методы и средства измерений, порядок выполнения измерений и обработки резуль татов. В целом средства измерений, а также установки-эталоны и эталонные средства измере ний, позволяют с необходимой точностью и достоверностью проводить испытания образцов ВВТ на действие ЭМФ.

72 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Список литературы 1. Балюк Н.В., Бзыта В.И., Варюхин Е.Г., Рекин И.Б., Сидорюк П.А. Пирометрическая измерительная система. - Технологии ЭМС. - 2003. - № 3(6) - С. 32-35.

ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России».

Статья поступила 10.01.2010 г.

Bzita V.I., Varyukhin E.G., Vinogradov K.A., Dubrovin E.A., Krohalev D.I., Sidoryuk P.A.

Metrology for Tests of Arms and Military Equipment on Action of Natural and Technical Electromagnetic Factors The elements of system of the metrological ensuring for tests of military equipment on action of natural and technical electromagnetic factors (EMF) are considered. Measuring devices and sys tems intended for defining parameters of electromagnetic factors and testing objects reaction are pre sented.

metrology, tests, military equipment, electromagnetic factors 12 CR&DI of the Ministry of Defense of Russia.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № УДК 537. С.А Коваленко, А.Ю. Максимов Методы и средства воспроизведения мощных импульсных токов и напряжений В работе анализируются существующие методы и средства воспроизведения мощных импульсных токов и напряжений при ис пытании крупногабаритных образцов техники и предложен способ совершенствования метода воспроизведения импульсов микросекунд ной и миллисекундной длительности с помощью совместной работы имитаторов наведенных токов и напряжений.

прямой удар молнии, мощные импульсные токи и напряжения, имитаторы наведенных токов и напряжений Современные крупногабаритные объекты, оснащенные радиоэлектронными устройст вами и системами, могут быть выведены из строя при воздействии на них электромагнитных помех различного происхождения. Особую опасность представляют токи молниевых разря дов.

Параметры импульсов тока молниевых разрядов в соответствии с современными требованиями характеризуются максимальными амплитудами Imax от 30 до 250 кА, максимальными напряжениями Umax от единиц до десятков мегавольт. Временные характеристики экспоненциального импульса определяются длительностью фронта от 0,2 до idt 5 мкс и длительностью импульса от 50 мкс до 1 с. Этим импульсом переносится заряд до 300 Кл. Из представленных параметров определяются скорость нарастания амплитуды напряжения du/dt и тока di/dt с максимальными значениями 20 кВ/нс и 500 кА/мкс, соответственно и удельная энергия i dt равная 6106 А2с.

Наиболее полно требования к воспроизведению прямого удара молнии представлены в международном стандарте [1]. Также в нем закреплены многократные молниевые разряды с интервалами десятки - сотни миллисекунд, повторяющиеся до нескольких десятков раз.

Характеристики существующих имитаторов молниевых разрядов комплекса «Зенит»

представлены в табл. 1.

Таблица Характеристики существующих имитаторов молниевых разрядов комплекса «Зенит»

Параметры воздействия Зенит-А Зенит-К Зенит-Р Пауза Umax 600 кВ 400 кВ 50 кВ 5кВ du/dt 20 кВ/нс - - Imax 10 кА 200 кА 100 кА 1 кА di/dt 100 кА/мкс 25 кА/мкс 10 кА/мкс 500 Кл - - idt 2 106 А2/c 0,5 106 А2/c i dt Из данных, представленных в таблице, следует, что существующие установки не по зволяют воспроизводить испытательные воздействия в требуемых диапазонах. Для воспроиз ведения воздействий в приведенных диапазонах, а также при воспроизведении многократных 74 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- импульсных разрядов необходимо либо создать новый комплекс установок, либо одновре менно использовать несколько установок включенных на одну нагрузку. Совмещение работы нескольких электроразрядных установок с различными зарядными напряжениями и парамет рами формирующих цепей является отдельной задачей, требующей решения для каждого от дельного случая.

Для обеспечения стойкости к электромагнитным воздействиям аппаратура объектов вооружения и военной техники оснащается защитными устройствами. Задачами таких уст ройств является ограничение на входе радиоэлектронных устройств аппаратуры высокого напряжения помехи и сохранение работоспособности при действии мощных токов молнии.


Воспроизведение воздействий мощных импульсных напряжений и токов на входе защитного устройства испытываемого образца осуществляется с помощью нескольких имитаторов. С помощью имитатора напряжений формируется импульс напряжения с требуемой крутизной нарастания du/dt. С помощью имитатора тока, (как правило, состоящего из нескольких гене раторов, совместное действие которых определяется работой синхронизирующих разрядни ков) формируется импульс тока с требуемыми значениями тока Imax, крутизны нарастания то ка di/dt, интеграл квадрата тока i dt и заряда Q.

Воздействие напряжения помехи на аппаратуру определяется следующими парамет рами:

· максимальная амплитуда импульса напряжения на входе защитного устройства аппарату ры, U;

· длительность tф фронта импульса напряжения на уровне 0,1-0,9, · скоростью нарастания напряжения, значение которой рассчитывается из соотношения:

dU/dt = 0,8U/tф.

В настоящее время испытания аппаратуры могут проводиться путем формирования на входе защитного устройства напряжения холостого хода амплитудой Uхх c длительностью фронта tф и тока короткого замыкания Iкз c длительностью импульса tи в два этапа. На первом этапе производится отработка схемы нагружения на электрическом эквиваленте аппаратуры Rн. На следующем этапе подключается аппаратура с защитным устройством и с помощью на строенного испытательного генератора воспроизводится импульс напряжения.

Скорость нарастания напряжения, воспроизводимого генератором при испытаниях защитных устройств, обычно настраивается по уровням 0,1-0,9 от максимума амплитуды.

После отработки схемы нагружения вместо электрического эквивалента Rн подключа ется аппаратура и производится нагружение аппаратуры с защитным устройством.

Для воспроизведения повторяющихся грозовых разрядов и импульсов сложной фор мы предлагается способ, основанный на совместном использовании генераторов тока и на пряжения комплекса «Зенит». При этом используется имитатор мощных импульсных токов, принцип действия которого основан на параллельной работе нескольких импульсных источ ников (генераторов) тока с различной амплитудой напряжения на выходе при условии:

U1 U2, W1 W2, где U1, U2 - напряжение на выходе генераторов 1 и 2;

W1, W2 – запасаемая энергия ге нераторов 1 и 2.

Отличительной особенностью такого имитатора является возможность воспроизведе ния сразу нескольких составляющих компонентов испытательного импульса микросекундной и миллисекундной длительности, что часто невозможно с помощью любой из существующих установок в отдельности.

Общий вид схемы нагружения типового объекта с совместным использованием ими таторов мощных импульсов тока и напряжения представлен на рис. 1.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № Рис. 1. Схема нагружения типового объекта с совместным использованием имитаторов мощных импульсов тока и напряжения Имитатор состоит из следующих основных элементов:

· установка 1 (зарядный модуль (9), генератор (1), формирующий резистор (8));

· установка 2 (зарядный модуль (10), генератор (2));

· обратные токопроводы (6);

· шины заземления (11);

· болтовые соединения (4) и (5).

Установка 1 собрана по схеме Аркадьева-Маркса. Установка 2 собрана по схеме Бел ласки. Эквивалентная схема формирующих элементов установки 2 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Эквивалентная схема установки Значения формирующих емкости в ударе С2, сопротивления резисторов R2 и индук тивности L2 изменяются в зависимости от требуемых параметров импульса тока. Коммутатор К2 представляет собой разрядник с изменяемым воздушным промежутком. Коммутатор КЗАЩ является защитным разрядником от установки 1 и устанавливается на максимальное статиче ское напряжение установки 2. Он предохраняет конденсаторы установки 2 от высокого на пряжения, поступающего с установки 1.

Высоковольтный выход установки 2 с изоляцией, обеспечивающей импульсную прочность напряжения установки 1, соединен с металлоконструкцией объекта в месте кон такта (3).

Схему совместной работы установок с различным зарядным напряжением можно представить в виде эквивалентных элементов, представленных на рис. 3.

Совместная работа имитатора на активно-индуктивную нагрузку осуществляется сле дующим образом. Подключение имитатора к нагрузке осуществляется прямым и обратными токопроводами. Установки 1 и 2 заряжаются до необходимого уровня, затем срабатывают коммутаторы К1, К2 и генераторы разряжаются на нагрузку. Сопротивление R1 предназначено для формирования необходимой амплитуды и фронта импульса тока в нагрузке. Формирую щие сопротивление R2, емкость С2, индуктивность L2 предназначены для формирования необ ходимой длительности импульса. Параметры нагрузки задаются индуктивностью L3 и сопро тивлением R3. Величина индуктивности (L3 + L1) определяет длительность фронта тока. Для достижения нужной величины индуктивности применяют обратные токопроводы, количество и топология размещения которых определяются особенностями конструкции объекта нагру жения.

Экспериментальная отработка представленного метода осуществлялась для создания 76 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- импульса тока с амплитудой 100 кА длительностью фронта 5 мкс по уровню 0,1-0,9 и дли тельностью импульса на полувысоте 100 мкс При этом, характеристика имитатора и нагрузки следующие:

· генератор 1 (U1 = 140 кВ, C1= 12 мкФ, L1= 3 мкГн, R1= 0,8 Ом), · генератор 2 (U2= 35 кВ, C2= 288 мкФ, L2= 5,5 мкГн, R2 = 0,3 Ом), · нагрузка (L3 = 3 мкГн, R3 = 0,1 Ом).

Таким образом, предложенный метод позволяет воспроизвести испытательное воз действия импульса прямого удара молнии за счет воспроизведения в динамике различных составляющих испытательной формы импульса.

Рис. 3. Схема совместной работы установок с различным зарядным напряжением, работающих на активно-индуктивную нагрузку В ряде случаев, при испытаниях образцов техники, оснащенных защитными устройствами, наибольшую сложность представляет вопрос синхронизации срабатывания имитаторов напряжения и тока с различными уровнями зарядного напряжения.

Эквивалентная схема нагружения представлена на рис. 4. На нем Кзащ, Rн – защитный разрядник и эквивалентное сопротивление объекта нагружения;

С1, R1, L1, K1 – емкость в ударе, демпферное сопротивление, индуктивность, коммутирующий разрядник имитатора напряжений с напряжением на выходе U1;

С2, R2, L2, K2 – емкость в ударе, демпферное сопротивление, индуктивность, коммутирующий разрядник имитатора тока с напряжением на выходе U2;

L3 – индуктивность линии задержки длиной l.

Рис. 4. Эквивалентная схема нагружения испытываемого объекта, оснащенного защитным устройством, имитаторами тока и напряжения с различными уровнями зарядного напряжения Сложность заключается, с одной стороны, в обеспечении заданных параметров импульсов напряжения и тока, с другой, в обеспечении безопасной работы имитаторов.

Так, при срабатывании имитатора напряжений (разрядника К1) волна перенапряжения U1 распространяется как на нагрузку, так и на вход имитатора тока (разрядника К2), заряженного до уровня U2. Учитывая, что U1 U2, после срабатывания К2 существует ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № опасность падения высокого напряжения на обкладках конденсаторов С2. Определить уровни напряжения на обкладках конденсаторов расчетными методами сложно из-за низкой оценочной точности расчетов (не менее 30 % [2]). Это существенно ограничивает возможности имитатора тока, поскольку зарядное напряжение необходимо существенно уменьшить с учетом погрешности. Поэтому между обкладками конденсаторов устанавливается защитный шаровой разрядник атмосферного типа, погрешность установки которого не превышает 5 % [3, 4]. Тогда величину зазора КЗАЩ необходимо установить на напряжение 0,95U2.

Возникновение второй опасности, которую необходимо устранить, возможно в следующем случае. Если первым сработает разрядник К2 и отраженная волна успеет достичь разрядного промежутка устройства защиты, то имитатор тока может повредить оконечную нагрузку испытываемого объекта. Аналогичные повреждения может вызвать импульс тока имитатора тока, если первым сработает устройство защиты, но успеет потухнуть (т.е.

востановится электрическая прочность разрядного промежутка) до того, как импульс тока имитатора тока дойдет до защитного устройства. Устранить эту ситуацию можно путем включения в разрыв цепи кабельной линии задержки длиной l. Значение длины определяется следующим образом. Зная время tСР и напряжение UСР срабатывания защитного устройства испытываемого объекта, значение длины l линии задержки определяется из условия:

tИ/2v l tСР /2v, где v – скорость распространения электромагнитной волны в проводнике;

tИ длительность импульса тока короткого замыкания после срабатывания разрядники защитного устройства.

Определение рабочего зазора разрядника К2 проводиться экспериментальным путем на этапе отработки схемы нагружения. При этом, отработка начинается при величине рабочего промежутка разрядника К2, установленного на напряжение срабатывания равное величине UСР.

С учетом вышеизложенного предлагается следующий алгоритм действий по экспериментальной отработке схемы нагружения при совместной работе имитаторов напряжений и токов.

Таким образом, в работе проанализированы существующие методы и средства воспроизведения мощных импульсных токов и напряжений при испытании крупногабаритных образцов техники, рассмотрены особенности проведения испытаний образцов техники, оснащенных защитными устройствами, предложен способ совершенствования метода воспроизведения импульсов микросекундной и миллисекундной длительности с помощью совместной работы имитаторов наведенных токов и напряжений и разработан алгоритм действий по экспериментальной отработке схемы нагружения при совместной работе имитаторов напряжений и токов. Использование результатов исследований позволяет имитировать параметры воздействия прямого удара молнии с различными амплитудно-временными характеристиками.

Список литературы 1. Стандарт IEC 62305 – Ed.1: Prolusion against lighting – Part 1: General Principles – 2005.

2. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 272 с.

3. Базелян Э.М. и др. Физические и инженерные основы молниезащиты. – Л. Гидрометоиз дат, 1978. - 123 с.

4. Авруцкий В.А. и др. Испытательные и электрофизические установки. Техника экспери мента. - М.: МЭИ, 1983. – 264 с.

78 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- Рис. 5. Алгоритм отработки схемы нагружения при совместной работе имитаторов напряжений и токов ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России».

Статья поступила 10.01.2010.

Kovalenko S.A., Maksimov A.J.

Methods and Means of Reproduction of Powerful Pulse Currents and Voltage In work existing methods and means of reproduction of powerful pulse currents and pres sure(voltage) are analyzed at test of large-sized samples of technics(technical equipment) and the way of perfection of a method of reproduction of pulses of microsecond duration with the help of teamwork of simulators of the induced currents and pressure(voltage) is offered direct impact of a lightning, powerful pulse currents and voltage, simulators of the induced currents and pressure(voltage) 12 CR&DI of the Ministry of Defense of Russia.

ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № УДК 539.12. И.В. Акиншин, В.И. Бзыта, Е.Г. Варюхин, Е.А. Дубровин, Д.И. Крохалев, С.Н. Матюхевич Методы и средства испытаний вооружения и военной техники на действие электромагнитных полей радиотехнических средств Рассмотрены методы испытаний военной техники на дейст вие гармонических электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых ра диотехническими средствами (РТС), проанализированы возможно сти реализации различных методов. Представлены технические ха рактеристики комплексов установок-имитаторов, предназначенных для проведения испытаний образцов вооружения и военной техники (ВВТ) на стойкость и безопасность эксплуатации (использования) в условиях воздействия электромагнитных полей РТС.

стойкость, безопасность эксплуатации, прямой метод испытаний, облучение на пониженном уровне, локальное облучение, установка-имитатор Образцы ВВТ на всех этапах эксплуатации (хранение, транспортирование, техниче ское обслуживание, боевое применение) подвергаются воздействию электромагнитных полей РТС. В условиях воздействия этих ЭМП образцы ВВТ должны сохранять характеристики ап паратуры в пределах установленных норм во время и после воздействия, выполнять свои функции по предназначению и удовлетворять требованиям безопасности эксплуатации.

В нормативных документах (общих технических требованиях, военных и отраслевых стандартах) в качестве требований стойкости и безопасности использования образцов ВВТ в условиях воздействия электромагнитных полей РТС установлены значения электрической составляющей поля или плотности потока энергии (в зависимости от частотного диапазона) немодулированных гармонических колебаний, как наиболее жесткий вид воздействия. Часто та воздействующих ЭМП варьируется от единиц килогерц до десятков гигагерц, а значения электрической составляющей поля — от десятков В/м до 1500 В/м.

Стойкость и безопасность использования образцов ВВТ при воздействии электромаг нитных полей РТС оценивается в ходе предварительных и государственных испытаний. При этом в соответствии с требованиями нормативных документов, действующих в Вооруженных Силах РФ, проведение испытаний предусматривается прямым методом, при котором испы тываемый образец ВВТ подвергается воздействию излученных электромагнитных полей с заданными амплитудными параметрами.

Реализация заданных в военных стандартах параметров электромагнитных полей РТС с учетом требований по неравномерности облучения (20 %) вызывает большие трудности. В особенности это касается низкочастотной части спектра, где для обеспечения заданных уров ней нагружения необходимо применение источника сигнала мощностью сотни кило ватт - единицы мегаватт и антенных систем с размерами в десятки-сотни метров, что является технически сложным и чрезвычайно дорогостоящим проектом, а для крупногабаритных об разцов вооружения практически нереализуемым. При использовании мощных излучающих систем приходится также решать ряд организационных вопросов, связанных с обеспечением электромагнитной совместимости, установления санитарно-защитных зон для персонала и т.п.

80 Технологии ЭМС 2010. № 1 ISSN 1729- В ФГУ «12 ЦНИИ Минобороны России», разработаны и внедрены в практику прове дения испытаний предложения по расширению возможностей прямого метода испытаний, а также исследованы возможности косвенного и комбинированных методов, широко исполь зуемых при проведении испытаний на действие импульсных ЭМП, и разработаны рекомен дации по их применению.

Для расширения возможностей прямого метода испытаний предложены следующие научно-технические решения.

1. Для увеличения эффективности использования энергии источника сигнала и сни жения помехоэмиссии в окружающее пространство для генерации ЭМП вместо излучающих антенн предлагается использовать специально разработанные направляющие системы в виде полосковых линий (ПЛ), к одному из концов которой подключается источник сигнала (пере датчик), а к другому — согласованная нагрузка. Подключение источника сигнала и согласо ванной нагрузки к ПЛ осуществляется с помощью специальных согласующих устройств.

Результаты расчетных исследований ЭМП в полосковой линии в диапазоне частот 1,5–30 МГц, проведенные с использованием физико-математической модели на основе мето да моментов для интегрального уравнения электрического поля [1, 2], показали, что структу ра формируемых в ПЛ полей является приемлемой для проведения испытаний образцов ВВТ.

В качестве примера на рис. 1 приведено распределение амплитуды электрического поля для одного из вариантов геометрии полосковой линии (рис. 2). Следует отметить, что в этом слу чае для реализации заданных в военных стандартах амплитудных параметров при неравно мерности облучения в пределах 20 % требуется применение источника сигнала мощностью единицы – десятки киловатт.

Рис.1. Распределение вертикальной компоненты электрического поля в среднем сечении несим метричной полосковой линии Расчетным путем определена оптимальная геометрия согласующего перехода для пе редачи энергии от передатчика по 75-омному коаксиальному кабелю в несимметричную по лосковую линию с минимальными потерями (не более 10 %) и согласующего устройства, пропускающего электромагнитные волны во всем диапазоне частот в поглощающую нагруз ку.

На основе результатов исследований разработан и создан имитатор радиочастотных электромагнитных полей — ИРЧЭМП – КВ. Установка состоит из задающего генератора, усилителя мощности радиостанции Р-631, развивающего в диапазоне частот 1,5-30 МГц на согласованной нагрузке до 8 кВт мощности. Усилитель мощности подключается с помощью кабеля РК-75-50 к коаксиально-полосковому переходу. Проведенные экспериментальные ис следования показали, что при высоте подвеса верхнего токопровода 4 м в объеме ПЛ реали зуется поле со средним значением напряженности вертикальной составляющей 200 В/м, а при уменьшении высоты подвеса верхнего токопровода с 4 м до 0,5 м - 1500 В/м. Имитатор явля ется транспортабельным, имеется возможность воспроизведения полей с помощью штатных антенн РТС.

Аналогичные результаты, полученные при исследовании возможности формирования в полосковой линии гармонических ЭМП в диапазоне частот 30–60 МГц, позволили создать ISSN 1729-2670 Технологии ЭМС. 2010. № имитатор радиочастотных электромагнитных полей — ИРЧЭМП – УКВ, в котором использу ется усилитель мощности радиостанции Р-161А2М.

Заявленные технические характеристики комплекса установок-имитаторов мощных гармонических полей электромагнитных полей в диапазоне частот 1,5–60 МГц подтверждены в ходе аттестации имитаторов в качестве испытательного оборудования в интересах Мини стерства обороны РФ.

Рис. 2. Геометрия полосковой линии При испытании с помощью полосковой линии объекта больших размеров частотные свойства ПЛ изменяются. Это может привести к отличию результатов воздействия поля ПЛ и поля в свободном пространстве. Для определения границ применимости полосковой линии по размерам испытываемых объектов проведены расчетные исследования. Взаимное влияние полосковой линии и объекта испытаний оценивалось путем сравнения токов, протекающих по поверхности проводящего цилиндра, при его нахождении внутри ПЛ и при его облучении в свободном пространстве. Выбор проводящих цилиндрических объектов (в ряде задач — с электрическими неоднородностями в корпусе и с расположенными внутри проводниками, моделирующими электрические цепи) в качестве модельных обусловлен тем, что многие об разцы ВВТ и их элементы имеют корпуса такого вида (ракеты, снаряды, фюзеляжи авиацион ной техники и т.п.). Результаты расчетов показали, что для цилиндра, высота l которого со ставляет 0,5 высоты подвеса верхнего токопровода полосковой линии h, а ширина верхнего токопровода D вдвое больше диаметра цилиндра d, ток по цилиндру в диапазоне частот от до 15 МГц не более чем на 20 % превышает ток при действии плоской волны в свободном пространстве (рис. 3а). Для тонкого длинного цилиндра (l d) при l/h = 0,7 амплитуда токов по корпусу цилиндра не более чем на 20 % отличается от амплитуды токов для случая облу чения в свободном пространстве в диапазоне частот от 1 до 30 МГц, а при l/h = 0,9 - в диапа зоне от 1 до 20 МГц (рис. 3б) [3].



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.