Диссертация (Метод расчёта эффективности экранирования для неоднородных электромагнитных экранов)

ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего профессионального образованияНАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»На правах рукописиДемский Дмитрий ВикторовичМетод расчёта эффективности экранирования длянеоднородных электромагнитных экрановСпециальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройствателевиденияДиссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,профессор Кечиев Леонид НиколаевичМосква, 20142ОглавлениеВведение.....................................................................................................

4Глава1.Экранирование,каксредствообеспеченияэлектромагнитной совместимости .................................................................. 101.1.Проблемы электромагнитной совместимости ...................... 101.2.Аналитические методы расчёта электромагнитных экранов161.3.Численные методы расчёта экранов ...................................... 231.4.Постановка задачи ................................................................... 29Глава 2.

Метод расчёта неоднородного электромагнитного экрана . 342.1.Анализ аналитических методов расчёта................................ 342.2.Неоднородности в экране........................................................ 362.3.Коэффициентный метод расчёта экрана ............................... 382.4.Алгоритмыэкрана2.5.расчётанеоднородногоэлектромагнитного47Выводы ...................................................................................... 55Глава 3. Разработка алгоритма расчёта экрана и его визуализация .. 563.1.Конструкторское проектирование экранов ........................... 563.2.Программныйкомплексоценкиэффективностиэкранирования при конструкторском проектировании экранов.

............. 593.3.Резонансная зона электромагнитного экрана с апертурами 633.4.Выбор и обоснование языка программирования .................. 663.5.Выводы ...................................................................................... 68Глава 4. Методика применения разработанного программногообеспечения по расчёту неоднородных электромагнитных экранов .......... 7034.1.Руководство пользователя ...................................................... 704.2.Проверкаадекватностирасчётаэффективностиэкранирования ............................................................................................... 734.3.Развитиеметодарасчётаэкранасиспользованием«облачных технологий»................................................................................

874.4.Выводы .................................................................................... 100Заключение ............................................................................................ 101Список литературы ...............................................................................

1034ВведениеПри повышении быстродействия РЭС, возникают проблемы,обусловленные искажением сигналов в линиях связи. Основнымипричинамиискаженияэлектромагнитныесигналовизлучения.вПрилинияхсвязивзаимодействииявляютсяпеременногоэлектромагнитного поля с цепями электронного средства, имеющимивполне конкретную физическую реализацию, в этих цепях наводятся токии напряжения соответствующих интенсивностей. При превышениинаведёнными токами и напряжениями определённых пороговых уровней врецепторе (в непреднамеренно созданных антеннах – самые разнообразныепроводники и детали) происходят события, приводящие к нарушениямфункционирования.

Вероятность превышения наведёнными токами инапряжениямипороговыхуровнейзависитотмногихфакторов,основными из которых являются:• Уровни электромагнитного возмущения источника помех;• Уровень восприимчивости рецептора помех;• Ослаблениеэлектромагнитноговозмущенияприегораспространении от источника до чувствительных цепей рецептора;• Степень совпадения частотного диапазона источника и рецепторапомех;• Степень совпадений поляризаций электромагнитного возмущенияисточника и переменных цепей рецептора [1]Основные источники электромагнитного излучения, вызывающегоискажение сигналов в электронных устройствах делятся на внешние ивнутренние источники.Внешними источниками являются:5• системы производства, передачи, распределения и потребленияэлектроэнергии• транспортнаэлектроприводе(железнодорожныйиегоинфраструктура, городской – метро, троллейбус, трамвай)• функциональныепередатчикипередатчики,системырадиосвязи,спутниковая(радиостанции,сотовойсвязи,связь,телевизионныесистемымобильнойрадиорелейнаясвязь,радиолокационные станции и т.п.)• технологическоеоборудованиеразличногоназначения,использующее сверхвысокочастотное излучение, переменные иимпульсные магнитные поля• медицинские терапевтические и диагностические установки• средствавизуальногоотображенияинформациинаэлектроннолучевых трубках (мониторы, телевизоры)• промышленное оборудование на электропитании, электробытовыеприборы• природные излучения (солнечные бури, молнии, радиоактивныеизлучения)Внутренними источниками излучения в электронных устройствахявляются колебательные контуры, прерыватели, индукционные ёмкости,усилители, микропроцессоры, системы потребления электроэнергии и т.д.Если от внутренних помех можно в какой-то мере избавиться путёмрациональной конструкции, установки дополнительных фильтров и т.д., тоот внешних источников основным средством защиты являются экраны.[20]В настоящее время производители современных САПР (системаавтоматизированногопроектирования)стараютсяучитыватьприпроектировании РЭС обеспечение целостности сигнала, уменьшениеперекрестных помех меж соединениями и т.д.

Это такие производители,6как Mentor Graphics Technologies, Cadence и Zuken. С этой целью онииспользуютматематическоемоделированиефизическихпроцессов,протекающих в аппаратуре при ее функционировании.ТрадиционноепостроениеСАПРопираетсянаприменениелокальных рабочих станций и рабочих станций, объединённых в локальновычислительные сети. Естественно, важным в этом аспекте являетсярасчёт эффективности экранирования от ЭМИ.Для крупных промышленных предприятий целесообразно созданиесобственныхвычислительныхцентровиприобретениеспециализированных дорогостоящих программных продуктов.Для фирм, специализирующихся в узкой области с относительномалымиобъёмамипроектныхработ,экономическицелесообразноиспользование интерактивной системы интернета по технологии клиентсервер.

При этом подходе на серверной стороне распределённойинформационной среды может быть реализован вычислительный центр,обслуживающий всех желающих, в том числе и малые фирмы. Однакоразвитие подобного подхода страдает от отсутствия методического ипрограммного обеспечения проектных процедур, ориентированных наприменение в среде интернет. [21] Нет таких программ и при расчётеэффективности экранирования неоднородных электромагнитных экранов,для встраивания в автоматизированные программы расчёта.Существующие пакеты, например пакет «Mathematica» фирмыWolfram Research Inc.

для решения задач в области ЭМС, системасхемотехнического моделирования NetSpice не могут быть включены вавтономную программу расчёта эффективности электромагнитных экрановв силу своей громоздкости.В настоящем диссертационном исследовании разработаны методырасчётаэффективностиэкранированиядлянеоднородныхэлектромагнитных экранов, с помощью компьютерных технологий, как на7локальной машине, в локальных сетях, так и с использованием технологииклиент-сервер.Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, заключения исписка использованной литературы. В приложении приведены актывнедрения и свидетельство об официальной регистрации программы дляЭВМ.В первой главе рассматриваются элементы электромагнитнойсовместимости, источники и рецепторы помех.

Выделяются новыемощные источники помех, такие как электромагнитное оружие, импульсвысотного ядерного взрыва, средства электромагнитноготерроризма.Даютсяаппаратуру.ихпараметры,Рассматриваютсямеханизмметодызащитывоздействиянааппаратурыотмощныхэлектромагнитных воздействий.Приводитсяаналитическийметодрасчётаэффективностиэкранирования, приводится обзор численных методов.Формулируется цель и задачи работы.

Целью работы являетсяповышениеэффективностиэлектромагнитныхпроектныхэкрановработрадиоэлектроннойприаппаратурысозданиизасчётсовершенствования метода расчёта и визуализации конструкторскогоэтапа проектирования экрана и внедрения «облачных» технологий .Вовторойаналитическимглавепредставленметодамрасчётаанализстатей,эффективностипосвящённыйэкранированияэлектродинамических экранов, описываются неоднородности экрана. Таккаквсовременноммирерасчётэффективностиэкранированияаналитическим методом рассматривает только бесконечно протяжённыйэкран, то предлагается на рассмотрение коэффициентный метод расчётаэффективности экранирования.8Представлены алгоритмы расчёта неоднородного электромагнитногоэкрана, которые в дальнейшем лягут в основу программных комплексов прасчёту эффективности экранирования.Третья глава включает разработку алгоритма расчёта экрана,разработку визуализации экрана для программного комплекса оценкиэффективности экранирования при конструкторском проектированииэлектродинамических экранов.

Рассмотрен выбор и обоснование языкапрограммирования,спомощьюкоторогоможнореализоватьпредставленные в работе алгоритмы.В четвёртой главе приводится методика применения разработанногопрограммного обеспечения по расчёту неоднородных электромагнитныхэкранов. Представлен программный продукт «SE Calculator», даноруководство пользования.