Диссертация (Идентификация параметров источников побочных электромагнитных излучений по измерениям в ближней зоне), страница 7

На практике, в связи со спецификой формирования и ограниченной полосой передатчика, переходы между уровнями вшинах данных имеют фронты нарастания и спада (рисунок 2.4 а) и могут быть35описаны в первом приближении последовательностью импульсов трапецеидальной формы с разным наклоном сторон [33], как показано на рисунке 2.4 б.s(t)s(t)A0,9AA0,5A0,1A0н0,5Aсt0нсtб)а)Рисунок 2.4 – Реальный вид сигнала в цифровых интерфейсах (а)и его упрощённая модель (б).В соответствии с рисунком 2.4 б), основными параметрами представленной модели сигнала являются амплитуда импульса A, время нарастания переднего фронта н, время спада заднего фронта с и длительность импульса ,определяемая по уровню 0,5A.

Амплитудный спектр одиночного трапецеидального импульса для различных соотношений между параметрами сигналапредставлен на рисунке 2.5. Длительность спада была выбрана с постоянной исоставляет 10% от длительности импульса . Длительность переднего фронтаизменялась от 2% до 20%. Для сравнения, на рисунке 2.5 также представленамплитудный спектр идеального прямоугольного импульса длительностью .Из рисунка 2.5 видно, что медленнее всего затухает с увеличением частоты спектр идеального прямоугольного импульса, скорость спада которого составляет 20 дБ на декаду. Использование трапецеидального импульса позволяетувеличить скорость спадания спектра на высоких частотах до 40 дБ на декадупри относительно больших длительностях фронтов.360Прямоугольныйимпульс-200-20-40-40-60-60-80-1000-80Трапецеидальныйимпульс1Прямоугольныйимпульс10 100 -100Трапецеидальныйимпульс01а)0-40Трапецеидальныйимпульс0-40-60-80-801Прямоугольныйимпульс-20-60-100 0100 б)Прямоугольныйимпульс-2010 10 100 -1000Трапецеидальныйимпульс1в)10 100 г)Рисунок 2.5 – Амплитудный спектр одиночного трапецеидального импульса сдлительностью переднего фронта н = 0,02 (а), н = 0,05 (б), н = 0,1 (в),н = 0,2 (г) в сравнении с амплитудным спектром прямоугольного импульса влогарифмическом масштабе.Представленные частотные и временные характеристики могут быть использованы для описания сигнала в линиях, использующих несимметричную(несбалансированную) схему передачи [43].

В такой схеме сигнал передаётся отисточника к приёмнику по одному сигнальному проводнику, а в качестве второго используется общий провод земли, по которому протекает возвратныйток. Такая схема также называется однопроводной. Одним из вариантов организации несимметричной передачи является коаксиальный кабель, который состоит из одного центрального проводника, находящегося в экранированнойоплётке. Полезный сигнал проходит как по проводнику, так и по внутреннейстороне оплётки, являющейся одновременно общим проводом. Достоинством37несимметричных цепей является то, что для передачи N сигналов требуетсятолько N+1 проводников (N сигнальных плюс один общий заземляющий).

Основным недостатком является высокая чувствительность к внешнему электромагнитному излучению. С другой стороны, сигнальный провод является источником синфазного излучения, которое представляет собой сам передаваемыйсигнал.В современных интерфейсах широко используется дифференциальнаясимметричная передача сигнала, позволяющая частично устранить недостаткинесимметричной однопроводной схемы.Одним из широко используемых вариантов организации передачи сигнала в современных проводных линиях связи в симметричном режиме являетсявитая пара, которая минимизирует синфазную составляющую излучения.

Притакой организации передачи данных устройства соединяются между собойсимметричным кабелем, состоящим из экранированной пары проводов. По одному из проводников сигнал передаётся без изменений, а по второму – в противофазе. Это приводит к минимизации синфазной компоненты тока, определяемой паразитным возвратным током в опорном канале, и порождаемого ей ЭМИ.На практике из-за недостижимости идеального режима в кабеле всегда присутствует неравенство токов и возникающая синфазная компонента, обусловленная суммой токов, может вызвать значительный уровень ЭМИ.

Основнымипричинами возникновения паразитной синфазной составляющей тока при симметричной передаче сигнала являются: задержка между сигналами в двух проводах дифференциальной пары; неодинаковость фронтов нарастания и спада в проводах дифференциальной пары; наличие неоднородностей в разъёмах, межслойных переходах печатнойплаты и других элементах тракта передачи сигнала.Дополнительное снижение уровня синфазного тока в дифференциальнойпаре достигается плотным скручиванием проводников между собой, в резуль-38тате чего они попеременно, равное число раз, приближаются к соседствующимс кабелем объектам, компенсируя паразитный возвратный ток.Рисунок 2.6 иллюстрирует возникновение синфазной составляющей токав дифференциальной паре за счёт неодинаковости фронтов нарастания и спадав проводниках. На рисунке 2.6 а) представлены сигналы в двух дифференциальных каналах и суммарный сигнал, соответствующий синфазной составляющей (рисунок 2.6 б).

Из рисунка видно, что в рамках такой модели синфазныйсигнал представляет собой последовательность треугольных импульсов положительной полярности, возникающих в моменты времени, соответствующиесмене знака информационного сигнала [33].Уровень10.5000.511.522.5Время33.544.5533.544.55а)Уровень1.41.2100.511.522.5Времяб)Рисунок 2.6 – Модель синфазного сигнала в дифференциальной паре: сигналы вдифференциальных каналах (а) и суммарный сигнал (б) при рассогласованиидлительностей фронтов нарастания и спада.39Спектр суммы трапецеидальных двух трапецеидальных импульсов всравнении со спектром одного импульса представлен на рисунке 2.7.0-20Трапецеидальныйимпульс-40-60Суммарный сигнал-80-1001010 50 Рисунок 2.7 – Спектр суммарного сигнала в сравнении со спектром одиночноготрапецеидального импульса.Из рисунка 2.7 видно, что в отличие от спектра трапецеидального импульса в одном из каналов дифференциальной пары, спектр суммарного сигнала ослаблен в области частот до 1/.

На более высоких частотах оба спектраимеют схожий характер затухания. Другой особенностью является то, что нулиспектров расположены на разных частотах, так как они определяются длительностью импульса, которая различна для рассматриваемых сигналов: для трапецеидального импульса она равна , а в суммарном сигнале определяется длительностью фронтов нарастания и спада.Введение межканальной задержки между сигналами в двух проводахдифференциальной пары приводит к изменению суммарного сигнала, как показано на рисунке 2.8.40Уровень10.5000.511.522.5Время33.544.5533.544.55Уровеньа)1.41.210.800.511.522.5Времяб)Рисунок 2.8 – Модель синфазного сигнала в дифференциальной паре: сигналы вдифференциальных каналах (а) и суммарный сигнал (б) при малой межканальной задержке.Рассогласование каналов, приводящее к задержке большей, чем длительность фронтов, вызывает смену полярности импульсов суммарного сигнала взависимости от направления перехода между логическими уровнями в информационном сигнале (рисунок 2.9).Случай отсутствия рассогласования фронтов нарастания и спада трапецеидальных в двух каналах дифференциальной пары в присутствии задержкимежду ними показан на рисунке 2.10.41Уровень10.5000.511.522.5Время33.544.5533.544.55Уровеньа)1.61.41.210.80.600.511.522.5Времяб)Рисунок 2.9 – Модель синфазного сигнала в дифференциальной паре: сигналы вдифференциальных каналах (а) и суммарный сигнал (б) при большой межканальной задержке.На рисунках 2.10 а) и б) представлены суммарный сигнал и его спектр всравнении со спектром трапецеидального импульса для небольшой задержки,меньшей длительности фронтов.

На рисунках 2.10 в) и г) представлены суммарный сигнал и его спектр в сравнении со спектром трапецеидального импульса для случая задержки между сигналами большей, чем длительностьфронта. Из рисунков 2.10 а), б) видно, что в первом случае суммарный сигналпредставляет собой два прямоугольных импульса в моменты времени переходов логических уровней разной полярности, соответствующей направлениюперехода.

Длительность импульсов определяется длительностью фронта. Полученный суммарный сигнал при малой длительности фронтов можно приближённо рассматривать как производную информационного дифференциального42сигнала. В отличие от спектра трапецеидального импульса в одном из каналовдифференциальной пары, спектр суммарного сигнала ослаблен в области частот до 1/. На более высоких частотах спектр импульса суммарного сигнала1.221.11.5УровеньУровеньзатухает медленнее спектра трапецеидального импульса.10.90.810.50012301Время50 0-20-20Трапецеидальныйимпульс-40-60-100 010 в)0-803Времяа)-402Трапецеидальныйимпульс-60Суммарный сигнал1-8010 50 -1000Суммарный сигнал1б)г)Рисунок 2.10 – Временная реализация и спектр суммарного сигнала при различной величине задержки: меньше длительности фронта (а, б) и больше длительности фронта (в, г).В случае задержки между сигналами в каналах дифференциальной парыбольшей длительности фронта (рисунок 2.10 в, г) суммарный сигнал представляет собой два трапецеидальных импульса в моменты времени переходов логических уровней разной полярности.

Спектр суммарного сигнала также ослабленв области частот до 1/. На более высоких частотах спектр он имеет такой жехарактер затухания, что и спектр трапецеидального импульса в одном из каналов.432.2 Модель технического средства как источника ПЭМИЭлементы тракта передачи информации в СВТ являются распределёнными излучающими структурами. Такие структуры могут выступать не только вкачестве первичных источников ЭМИ, формируя электромагнитное поле, компоненты которого несут информацию о сигналах, передаваемых по интерфейсу,но и являться антеннами для наводок других СВТ, подключённых к ним.

Физический механизм излучения ТС можно описать с использованием обобщённойтеории линий передач и теории антенных систем [44]. При этом определяютсянаправленные и частотные свойства эквивалентных излучателей. Направленность излучения проводников линии передачи зависит от распределения и частоты протекающих в них токов.2.2.1 Модель элементарного диполяПростейшей моделью при исследовании излучающих элементов малойэлектрической длины в анализируемом диапазоне частот (L ≤ 0,1) являетсямодель излучения элементарного диполя [31], представленная на рисунке 2.11.zErPrHEyL < 0,1 xРисунок 2.11 – Излучение элементарного диполя.В данной модели предполагается, что по всей длине диполя действуетодин и тот же ток с комплексной амплитудой I . В этом случае, компоненты44электрического и магнитного полей, формируемые такой системой в точке P,находящейся на расстоянии r, определяются выражениями:H r (r )  H  (r )  0,k IL sin  1   jkrH  (r )  j1 e ,4 r jkr E (r )  0,(2.5)1   jkrI L cos E r (r )  1e ,jkr 2 r 2 k IL sin  11   jkr1 e ,E (r )  j4 r jkr kr 2 где  = 120  [Ом] – волновое сопротивление свободного пространства.