К.т.н. Харланов А.И., Амелина А.А.
Академия военно-морских сил имени П.С. Нахимова, г. Севастополь, Украина
О СОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНЫХ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ НА ЭВМ
В настоящее время очень большое внимание уделяется вопросам помехоустойчивости в линиях связи [1]. В связи с этим задача определения стойкости радиоэлектронной аппаратуры к воздействию мощных импульсных электромагнитных помех является актуальной.
Энергия мощных электромагнитных помех (МЭМП) проникает в радиоэлектронную аппаратуру по цепям питания, в линии управления и линии связи [2]. Основную опасность представляют помехи, поступающие в линии связи. Согласно данным [2] для выхода из строя входных каскадов вычислительной радиоэлектронной аппаратуры достаточно помехи с энергией 10 -7 …10 -3 Дж.
Роль паразитных антенн будут выполнять проводники, соединяющие элементы принципиальной схемы модема.
В общем случае напряжение, возникающее на входе радиоэлектронного устройства под действием импульсной помехи, может быть представлено в виде выражения:
, (1)
где:
;
;
h
d
— действующая высота эквивалентной антенны;
E
max
— максимальная напряженность электрического поля, создаваемое помехой;
R
n
— эквивалентное входное сопротивление;
R
u
— сопротивление излучения антенны в точке первого резонанса;
L
p
— эквивалентная входная индуктивность;
C
a
— эквивалентная входная емкость;
a
i
— показатель экспоненциальной функции, определяющий форму и временные характеристики импульсной МЭМП
при этом
a
1
=
и
a
1
=
.
А энергия помехи, поступившая на вход, может быть определена путем интегрирования по времени квадрата входного напряжения (2):
. (2)
В качестве модели для анализа была использована схема телефонного модема при наличии и отсутствии защитных элементов на ее входе. Анализ проводился при изменении действующей высоты паразитной антенны в диапазоне от 5 мм до 10 см . Длительность импульса t и изменялась в пределах от 1 нс до 200 нс, время фронта t ф менялось в пределах от 10 пс до 5 нс.
Результаты моделирования показаны на рисунках 1…4. При этом на рисунках слева показаны расчеты при наличии на входе защитных элементов, а справа — при их отсутствии.
Для воздействия с E max =50 кВ/м, t и = 50 нс, t ф = 0,5 нс при C a = 25 пФ, L p = 180 мкГн, R n = 50 Ом, R u =35 Ом и h d =5 см на рисунке 1а показано напряжение на выходе паразитной антенны при наличии, а на рисунке 1б при отсутствии защитного фильтра на входе модема.
а) б)
Рис. 1. Напряжение на выходе паразитной антенны
На рис. 2 показана зависимость энергии помехи от длительности импульса.
а) б)
Рис. 2. Зависимость энергии помехи от длительности импульса
На рис. 3 показана зависимость энергии помехи от длительности фронта.
а) б)
Рис. 3. Зависимость энергии помехи от длительности фронта
На рис. 4 показана зависимость энергии помехи от действующей высоты паразитной антенны.
а) б)
Рис. 4. Зависимость энергии помехи от действующей высоты паразитной антенны
Анализ полученных зависимостей позволяет сделать следующие выводы:
? с учетом указанной максимально допустимой величины энергии помехи воздействие мощного электромагнитного импульса с напряженностью поля 5·10 4 В/м при наличии защитных элементов не приведет к выходу аппаратуры из строя при всех рассмотренных комбинациях параметров импульсной помехи и действующей высоты паразитной антенны;
? при отсутствии на входе модема защитного фильтра, действующей высоте паразитной антенны 5 см , длительности фронта 0,5 нс и увеличении длительности импульса до 200 нс на выходе паразитной антенны выделяется энергия, достаточная для выхода аппаратуры из строя;
? при отсутствии на входе модема защитного фильтра, длительности импульса 50 нс, длительности фронта 0,5 нс и увеличении действующей высоты паразитной антенны более 10 см , на выходе паразитной антенны выделяется энергия, достаточная для выхода аппаратуры из строя.
Таким образом, для сохранения работоспособности аппаратуры необходимо свести к минимуму действующую высоту паразитных антенн, например, путем использования современных помехоподавляющих разъемов, а также за счет оптимизации топологии печатных узлов. Для предотвращения прямой наводки на радиоэлементы рекомендуется размещать радиоэлектронную аппаратуру в металлических корпусах, применяя специальные меры препятствующие прохождению электромагнитного излучения через щели корпуса.
Список использованных источников:
1. Кучер Д.Б. Мощные электромагнитные излучения и сверхпроводящие защитные устройства / Д.Б. Кучер. – Севастополь: Ахтиар, 1997. – 188 с.
2. Кравченко В.И Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи / В.И. Кравченко, Е.А. Болотов; под ред. В.И. Кравченко. – М.: Радио и связь. – 1987. – 256 с.
3. Схема аналоговой части модема, 2011 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.usrmodem.ru/documents/ techinfo/inanalog.shtml