Основная часть. Влияние мощных электромагнитных излучений (МЭМИ) на различные радиоэлектронные средства выражается как в непосредственном воздействии полей на элементы и блоки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), так и в воздействии импульсных напряжений и токов, наводимых МЭМИ в антенно-волноводных устройствах и линиях связи, и поступающих в итоге на чувствительные элементы входов РЭА. Основные направления воздействия – «прямое», через антенно-волноводный тракт и «обратное» через отверстия и щели в экранах [1,2,12]. Во многих работах [3-9] рассмотрены различные модели этого воздействия. Предложены способы и методы борьбы с помехами, путем применения различных вариантов организации защиты устройств. На основании предложенных моделей можно обозначить наиболее приоритетные факторы, от параметров которых зависит степень защищенности РЭА.
В работах [5,7,10] предложена модель определения энергии в сверхвысокочастотных (СВЧ) трактах РЭА:
где: Emax – максимальное значение напряженности электрической составляющей МЭМИ, В/м; Д – коэффициент направленного действия антенны, η – коэффициент полезного действия антенны; kН – коэффициент, учитывающий неоднородности антенно-волноводного тракта; hД – действующая высота стержня волноводно-коаксиального перехода, м; θ, φ – углы между направлением электрической оси антенны и направлением на источник МЭМИ в азимутальной и тангенциальной плоскостях, рад; КЗД – коэффициент затухания ЭМВ от расстояния до места источника МЭМИ; КЗВ – коэффициент затухания ЭМВ в волноводе; RH – сопротивление нагрузки антенны, Ом; RИ – сопротивление излучения стержня ВКП, Ом; Lp – индуктивность стержня ВКП, Гн; Са – емкость стержня ВКП, Ф.
Данная модель позволяет рассчитывать количество энергии, выделяемой на чувствительных элементах СВЧ трактов, таких как смесительные и детекторные СВЧ диоды, являющиеся наиболее уязвимым местом данной системы ввиду малой импульсной электрической прочности.
Кроме того, работе [11] рассмотрено влияние СВЧ импульса с такими же характеристиками на линии связи и кабели, находящиеся в электрически негерметичных помещениях судов, связанных с окружающей средой по средствам иллюминаторов и смотровых окон:
(2)
где: 
– коэффициент направленности воздействия горизонтально (вертикально) — поляризованной электромагнитной волны; a – частотный параметр импульса; εВ – диэлектрическая проницаемость среды (воздуха); μВ – магнитная проницаемость среды (воздуха); δ – эквивалентная глубина проникновения, м; ρ – удельное сопротивление материала экрана, Ом/м; ZE(H) – волновое сопротивление электрического (магнитного) поля, Ом; Re – эквивалентный радиус экрана, м; m – наибольший размер отверстия, м; d – толщина экрана, м.
На основании значений получаемых в данных моделях можно сделать вывод о параметрах, наиболее влияющих на уровни выделяемой энергии.
Напряженность электромагнитного поля в месте срабатывания источника СВЧ энергии.
На рисунке 1, а предложена зависимость энергии, выделяемой на нагрузке антенны от напряженности электрической составляющей ЭМ поля при начальных условиях: длительность СВЧ импульса tи = 100 нс, длительность фронта импульса tф = 20 нс; коэффициент затухания ЭМ волны в пространстве для нормальных условий КЗД = F/4πD, где F – коэффициент потерь = 1; коэффициент направленного действия антенны Д =4πγS/λ2, где коэффициент использования площади антенны γ = 0,4; площадь зеркала антенны S = 0,49 м2; длину волны λ – 0,032 м; КПД антенны η = 0,9; коэффициент, учитывающий неоднородности антенно-волноводного тракта kН = 0,9; действующую длину штыря волноводно-коаксиального перехода hД = 0,0025 м; угол азимутального отклонения источника МЭМИ θ = 0; коэффициент затухания ЭМ волны в волноводе КЗВ = 0,0435 Дб/м; сопротивление нагрузки RH = 75 Ом; расстояние до источника МЭМИ D = 100 м.
Из графика видно, что при увеличении на порядок напряженности ЭМ поля, энергия на нагрузке увеличивается на 2 порядка. Таким образом, для увеличения количества энергии, воздействия на СВЧ диод необходимо добиваться максимально возможной напряженности ЭМ поля, создаваемой источником СВЧ энергии.
Расстояние до места срабатывания источника СВЧ энергии.
Зависимость энергии, выделяемой на нагрузке антенны от расстояния до места срабатывания ЭМБП при тех же условиях предложена на рисунке 1, б для напряженности ЭМ поля Е = 50 кВ/м.
Рисунок 1 – Зависимость энергии, выделяемой на нагрузке антенны от: а) напряженности электрической составляющей ЭМ поля, б) расстояния до источника СВЧ энергии
Из данной зависимости видно, что значительное ослабление уровня энергии наступает при расстояниях до источника СВЧ больших 40 м. Это объясняется троекратным увеличением затухания ЭМ волны в пространстве.
Зависимость энергии, выделяемой на нагрузке антенны от длины волны высокочастотной составляющей МЭМИ при тех же условиях предложена на рисунке 2, а.
Уменьшение энергии с увеличением длины волны обусловлено снижением резонансных явлений для установленных размеров штыря волноводно-коаксиального перехода, а также уменьшением энергетической составляющей самой ЭМ волны. Тем не менее, необходимо учитывать тот факт, что при уменьшении длины волны увеличивается ее затухание в пространстве и в волноводе. Поэтому для достижения максимального уровня энергии, ЭМ волна должна быть максимальной длины, в тоже время соответствовать условию прохождения через такую узкополосную систему, как волновод.
Рисунок 2 – Зависимость энергии, выделяемой на нагрузке антенны от: а) длины волны высокочастотной составляющей МЭМИ, б) длительности импульса воздействия
Зависимость энергии, выделяемой на нагрузке антенны, от длительности импульса воздействия предложена на рисунке 2, б. Она говорит о том, при малой длительности воздействия высокие уровни энергии получены за счет более широкого спектра МЭМИ и о том, что высокие уровни энергии находятся во временных границах максимальной напряженности ЭМ поля, затухающего во времени экспоненциально.
Зависимость энергии от длительности фронта огибающей СВЧ заполнения представлена на рисунке 3, а. Чем короче фронт, тем более высоки скорости нарастания энергии в чувствительном элементе СВЧ устройства и более широк спектр воздействующей ЭМ волны, что тем не менее характерно только для определенного соотношения длительностей импульса и его фронта .
Рисунок 3 – Зависимость энергии, выделяемой на нагрузке антенны от: а) длительности фронта огибающей, б) размеров неоднородностей в экране
Еще одним из весомых факторов в аспекте качественной организации защиты от неблагоприятных воздействий ЭМ полей на приборы РЭС является хорошее экранирование мест расположения приборов. На рисунке 3, б представлена зависимость энергии, выделяемой в линии связи приборов от размеров неоднородностей в экране помещения для длины волны λ = 100м.
Данный график показывает резкое возрастание энергетической составляющей МЭМИ от увеличения размеров отверстий в экране, из-за уменьшения эффективности экранирования.
Выводы.
При рассмотрении существующих моделей по определению уровне энергии, которая может выделиться на чувствительных элементах радиотехнических устройств, таких как полупроводниковые приборы, было выявлено, что уровни данной энергии зависят от следующих факторов:
— уровня напряженности электромагнитного поля в месте источника МЭМИ;
— расстояния до источника;
— длинны волны высокочастотной составляющей МЭМИ;
— длительности импульса и длительности его фронта;
— эффективности экранирования помещения.
Эти факторы определяют критерии, по которым должны строиться системы электромагнитного поражения.
Список литературы:
- Винников В.В. Основы проектирования РЭС. Электромагнитная совместимость и конструирование экранов/ В.В.Винников – Санкт-Петербург: Северо-западный технический университет, 2006. – 174 с.
- Дж. Барнс Электронное конструирование. Методы борьбы с помехами: Перевод с английского/Дж. Барнс – Москва: Мир, 1990. – 237 с.
- Кравченко В.И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи / В.И.Кравченко, Е.А.Болотов, Н.И.Летунова – Москва: Радио и связь, 1987. – 256 с.
- Kramar V.A. Recommendations for reducing the negative effects of electromagnetic radiation on electronic equipment / V.A. Kramar, A.I. Kharlanov, D.V. Kuznetsov // proceedings of BHNS. — Sevastopol: BHNS — 2015 — № 1. — P. 41-51.
- Кузнецов Д. В. Моделирование влияний сверхвысокочастотных электромагнитных излучений на входные цепи судовых радиоэлектронных средств / Д. В. Кузнецов, А. И. Харланов, В.В. Гордейчук // Сборник научных трудов АВМС. – Севастополь: АВМС – 2013 – № 4(16). – С.78-82.
- Кузнецов Д. В. Некоторые вопросы экранирования судовой радиоэлектронной аппаратуры сеточными и электрически тонкими материалами / Д. В. Кузнецов, А. И. Харланов, А. С. Миронова // Научный вестник Евразийского союза ученых. – Москва: ЕСУ – 2014 – № 8. – С.65-67.
- Кузнецов Д. В. Моделирование влияния микроволнового гармонического мощного электромагнитного излучения на сверхвысокочастотные тракты судовой радиоэлектронной аппаратуры / В. А. Крамарь, А. И. Харланов, Д. В. Кузнецов // Сборник научных трудов ВУНЦ ВМФ ВМА. – Санкт-Петербург: ВУНЦ ВМФ ВМА – 2015.
- Кузнецов Д. В. Особенности экранирования смотровых окон и шкальных систем судовых радиоэлектронных средств / В. А. Крамарь, А. И. Харланов, Д. В. Кузнецов // Вестник СНТУ. – Севастополь: СНТУ – 2014 – № 153. – С.111-113.
- Кузнецов Д. В. Использование многослойного экранирования некоторых элементов судовой радиоэлектронной аппаратуры для снижения негативных факторов воздействия мощных электромагнитных излучений/ В. А. Крамарь, А. И. Харланов, Д. В. Кузнецов // Ежемесячный научный журнал НАУ. – Екатеринбург: НАУ – 2015 – № 2(7) – ч 3. – С.127-129.
- Кузнецов Д. В. Практическое использование программы для ЭВМ «Определение энергии сверхвысокочастотного мощного электромагнитного излучения в сверхвысокочастотных трактах радиоэлектронной аппаратуры» / Д. В. Кузнецов // Ежемесячный научный журнал МНИ «Educatio». – Новосибирск: МНИ «Educatio» – 2015 – № 2(9) – ч 2. – С.91-93.
- Кузнецов Д. В. Моделирование влияний мощных электромагнитных излучений на аппаратуру в электрически негерметичных помещениях на входные цепи аппаратуры судовых радиоэлектронных средств / В. А. Крамарь, Д. В. Кузнецов // Ежемесячный научный журнал МНИ «Educatio». – Новосибирск: МНИ «Educatio» – 2015 – № 3(10).
- Кучер Д.Б. Мощные электромагнитные излучения и сверхпроводящие защитные устройства/ Д.Б.Кучер – Севастополь: Ахтиар, 1997. – 188 с.[schema type=»book» name=»КРИТЕРИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОРАЖЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ОРУЖИЕМ» description=»В статье рассмотрены критерии, исходя из которых, могут определяться направления в развитии средств электромагнитного поражения (электромагнитное оружие). » author=»Кузнецов Дмитрий Владимирович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-28″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]