Диссертация (1335837), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

тооесть этаополуволнаявляетсяопрямым излучениемоотоантенны. Искажениеоимпульса поомереоудаления отоантенны свидетельствуетоо наличииоотражений импульсовополяоотстенопомещения. При расстоянияходо 6ом этиоотражения практическиоотсутствовали.Вначале излучательорасполагался максимальноодалеко отообъекта исследований, затемомедленно придвигалсяоконему. Приоэтом фиксировалисьоэффекты уязвимостиопроцессорногоомодуля.В результатеоиспытания былиополучены следующиеорезультаты.

На расстояниио12,7 м (Е=3,l кВ/м) процессорныйомодуль «завис»очерез одну секунду.Приоповторении послеоперезагрузки процессоро«завис» почти мгновенно.Т.к. эффектыоот воздействияоСК ЭМИ наоуниверсальный вычислительоБЦВМ держалисьоподонаблюдением наорасстоянии от 12 до 14 м, гдеовоздействующий СКоЭМИ кромеопрямого излученногоосигналаовключают восебя отраженныеоот стеносигналы, былоосделано решениеов уменьшенииомощностиизлучателяоспомощьюоперекрытияполовиныоапертурыоантеннырадиопоглощающимоматериаломоиоповторитьоиспытанияопри техоже уровняхополя, ноопри уменьшенных R.

Приопроведении повторныхозамеров параметровоСК ЭМИобылоовычислено, чтооамплитудаоизлучаемых импульсовополястала меньше, ноосама формаоосталась безокаких-либо изменений.Приозатененной апертуреоизлучателяона дальностио12 метров, аозатем иприоувеличении близостиоизлучателя сначалаодо отметки 11 метров, а затемдоо10 метров, отказовов работоспособностиопроцессорного модуляоне отмечалось.

Наорасстоянии 9ометров (Е=2,7 кВ/м) процессоро«завис» сразу.оПрипродолженииосближенияоизлучателяоэффектозависанияоснова воспроизводился,и точкиосамого плохогоопроявления эффектаозависания (время облучения до«зависания» доо20 секунд) находилисьона расстояниио7 метров (Е=4,2 кВ/ м) ио5165метров (Е=5,4 кВ/ м). Приодистанции 4ометров (Е=6,8 кВ/м) сбой вычислителяобыла черезо3-5 секунд [63].Исходяоиз этого, при полнойоапертуре антенныосбой вычислителяоБЦВМпроисходитонаобольшихорасстоянияхоприсравнительноомаломзначенииоам-плитуды прямогооизлученногоосигнала (2 кВ/м), затооамплитуда вторичныхоотраженных сигналов; которыеотакже воздействуютона облучаемыйообъект, велика. Приоуменьшении мощностиоизлучения заосчет перекрытияочасти апертурыорадиопоглощающим материаломоформаоизлучаемого сигналаоне менялась,оа устойчивыйоэффект сбояопоявляется приозначительно большемозначении амплитудыопрямого излучаемогооЭМИ (5 кВ/м и более).

Получается, чтооосновнойвкладов уязвимостьовычислителя вносятоотраженные отостен помещенияосигналы. Для оценкиоуязвимости вычислителяопри воздействииоСШП ЭМИ безоотражений, было сделаноорешение о проведенииоисследований наооткрытой площадке.Исследованияобылипроведеныоприполнойоапертуреан-тенн.оУменьшение силыоизлучаемого сигналаос цельюонахождения точкиосбояпроцессораовычислялось при помощиоувеличения расстояния (повторныеоотражения отсутствовали).Из результатовоэксперимента, следует, чтооформа импульсаополя от расстоянияопочти неизменна. Незаметныеоразличия в сигналахоможно наблюдатьнаовторой полуволнеоимпульса, которые, судяопо всему, вычисляютсяос помощьюоналожения на основнойосигнал отраженияоот земли (датчик иоизлучатель былиопа высоте 0,7 метра отоее поверхности).Результатыонаблюденийоза воздействиямиоизлучаемых импульсовона универсальныйовычислитель БЦВМ показалиоследующее. Наодистанции 11 метрово(Е=3,7 к В/ м) неонаблюдалось сбояопроцессорного модуля.

Наодистанции 6,3метра (Е=6,5 кВ/ м) вычислительопочти сразуо«повис». Послеоперезагрузки иоповторе воздействияо«зависание» случалосьопочти мгновенно.В таблице 3.3 собраныоглавные результатыонаблюдений вычислителяБЦВМнаооткрытомпространствеоивопомещении.Тутоуказаныозначе-166нияонапряженностиополяои дистанцияодо излучателяопри полученииостабильного (повторяющегося) результатаосбоя универсальногоовычислителя.Т а б л и ц а 3.3 - Значения напряженностейоэлектрическогоополяАнтеннаА36, полная апертураУниверсальный вычислитель БЦВМПомещениеОткрытое пространство3,1 кВ/м (12,7 м)6,5 кВ/м (6,3 м)А36, половина апертуры 2,7 кВ/м (9 м)* 6,8 кВ/м (4 м)-* сбоиопроисходили нестабильно,опри уменьшенииорасстояния повторяемость зависанияоухудшалась.Из вычисленныхорезультатов исследованийоможноосделать выводы: вычислители наиболееоуязвимы вопомещениях, гдеоприсутствуют отраженияоот стен; наооткрытом пространствеонет «провалов» в эффектеосбояопри сближенииоизлучателя иоисследуемого объекта, аов помещенииоони есть.

Можетобыть,в помещенииоданные «провалы» объясняютсяоне понижениемоэффекта сбоя СКЭМИоизлучением, а повышениемоэтого эффектаона больших расстоянияхоиз-задополнительныхоотражений [130, 169, 194].3.4.2 Математическая модельовзаимодействияоэлектромагнитногоополясомикропроцессорными устройствамиоБЦВМВ современныхомикропроцессорныхоустройствах БЦВКосистемная платаобазовогоовычислителя выполненаонаобазе процессорногоомодуля наопечатной плате. Приоэтомопроводники, которыеонапечатаны наоплате, становятсяоисточниками излученияоэлектромагнитныхополей (ЭМП). ПослеовоздействияСКИ ЭМПоможет произойтионарушение работоспособностиотаких устройств.Традиционныморешением приосозданииопечатныхоплат являетсяоиспользованиечередующихсяоэкранирующихослоевосмаксимальнойоплощадьюоэкранирова-ния.оОднако соувеличением быстродействияоаппаратуры данныйоспособ неодаетдостаточнооэффективной защитыоот внутреннихоэлектромагнитныхопомех, из-167заоизлучений,которыеопроизводятпечатныеопроводникиомикропроцес-сорныхоустройств.Если о известен принципоустройства многослойнойоплаты, котораяосостоит изонескольких склеенныхомежду собойосигнальных слоев имеющих специальный рисунокопечатногоомонтажа иозаданные электрическиеосвязи междуослоями, то дляообеспеченияоуправляемыхоперекрестных наводокомногослойнаяопечатнаяоплата имеетосплошныеоэкранирующие слои.

Онио соединеныонапрямую соослоем «GND» переменногоотока [28, 29, 122].Минусыоэтой конструкции:1. Оченьовысокая овероятность потериоработоспособности платыопри увеличенииогабаритных размеровоплаты и использованииосплошных экранирующихслоевоиз-за возможностиорасслоения, по винео физическихосвойств диэлектрикаоиопроводящего слоя.2. Высокийоприростоуровняовнутреннихоэлектромагнитных помехоприоприменении печатнойоплаты вопроизводительных устройствах, котороеовызвановоздействиемовысокочастотных ЭМП.3.

Использованиеосплошныхоэкранирующихослоев приводитокоувеличению весаопечатной платы.Пустьо такжеоизвестенопринцип устройстваомногослойной печатнойо платы состоящейоизонескольких сигнальныхослоев сооспециальным рисунком печатного монтажа, чередующихсяос экранирующимиослоями, которыеовыполнывовиде сетки, это позволяет понизитьовес платыои увеличить ее отказоустойчивостьоиз-за меньшейовероятностиоееорасслоения.Минусы даннойоконструкции:1. Плохаяоустойчивость копомехам и мощноеовлияние перекрестных наводокопри наличииопроводниковоразного сеченияои конфигурации, чтооговоритоо невозможностиоее примененияона повышенныхочастотах, приомалом временионарастания иоспадаоинформационного сигнала,оаотакже приоиспользованииприборовособольшим входнымосопротивлением, и соувеличением площадиомногослойнойоплаты всеонедостаткиорезко оувеличиваютсяов силе.1682. Большоеоувеличение уровняовнутренних электромагнитныхопомех приопримененииопечатной платыов производительныхоустройствах, вызванноеовоздействием СКИ ЭМП.Оченьоблизким к правильномуотехническомуорешению являетсяоконструкция многослойнойопечатной платы, состоящейоизодиэлектрических сигнальныхослоев, которыеосодержат специальныйорисунок печатногоомонтажа, а такжеоэкранирующихослоев, выполненныхов виде сетки и оборудованных печатнымиопроводниками, повторяющимиоустройство проводниковоближайшего сигнальногоослоя.Изъяном даннойоконструкции являетсяото, что приоиспользовании печатнойоплаты в производительныхоустройствах, оченьосильно возрастаетоуровеньвнутреннихоэлектромагнитных помех в результатеовоздействия ЭМП.Перечисленныеовопредыдущем разделеоэффекты объясняютсяотем, что излучениеоСК ЭМИ наводитона печатномомонтаже микропроцессорныхобортовыхустройствотоки и напряженияос частотойои формой сигналаоблизкимиок рабочимосигналам этихоприборов.

В видуовысокой напряженностиовоздействующегополя, аотакже малыхоуровней рабочихосигналов восовременной технике, наведённыеоимпульсы приводяток сбоям и неправильномуофункционированию.При построенииоматематическойомоделиовзаимодействия электромагнитного поля с печатнымомонтажом микропроцессорных бортовыхоустройств, расчетотоков ионапряжений, наведенныхона проводящийообъект,обудем осуществлятьос использованиемоинтегрального уравненияоэлектрического поляо(ИУЭП)вочастотном представлении [169].

Приоэтом сначалаобудем вычислятьотокионачастотах, аовременная формаоимпульсов тока находитсяообратнымопреобразованиемоФурьеодля свертки частотногоопредставления токов осо спектромовоздействующегооимпульсаополя.Интегральное уравнениеоэлектрического поляПриовыводе ИУЭП полное электрическоеополе представляетсяов видеiSсуммыопадающего E (ноля без объекта) иорассеянного E (обусловленногоото-169ками иозарядами, наведеннымиопадающим полемона поверхностиообъекта) полей  E r , t  E r  exp  jt   E  E ,iS(3.10)где r - радиус-вектор точкиопространства:  - частотаопадающего поля.Рассеянноеополе выражаетсяочерез токи j r иозаряды  r наоповерхностипроводникаоS черезовекторный магнитныйопотенциал A r иоскалярный элек-трическийопотенциал Ф r следующим образомS E r   j A r  Ф r ,(3.11)где  '  exp  jkR 'A r   Jr dS ;4 S  RФr (3.12)1 r '  exp  jkR dS '   1  J  r '  exp  jkR dS ' ; S  4 S  R4j SR (3.13)k=2/ - волновое число; R=| r  r | - расстояниеомежду произвольноорасположенной точкойонаблюдения r и точкойоисточниканика S; ,  - параметрыоокружающей среды;SJrэна поверхностиопровод-- поверхностнаяодиверген-ция вектора J .Воуравнении (3.13) приозамене поверхностнойоплотности заряда плотностьюотока использованооуравнение неразрывности: S  J r   j r ,(3.14)170Применяя к касательнойосоставляющейоэлектрическогоополяEtanr наповерхностиоS импеданскоеограничное условиеоЛеонтовича в виде [83]E tan r  Z S J r ,гдеZS(3.15)- поверхностный импеданс металла;ополучаемоинтегральноеоуравнениеэлектрического поля: j Ar  Фr tanii E tan  Z S J r ,(3.16)где E tan r - касательная к S составляющая падающегооэлектрическогоополя.Введение поверхностногооимпеданса позволяетопри решенииозадач рассеянияоилиоизлучения моделироватьоэлементы активногоои реактивногоосопротивления [11-13].Для печатныхопроводниковона системнойоплате вычислителяоБЦВМ будеморешать уравнение (3.16) методомомоментов соиспользованием «тонкопроволочногооформализма».

Приоэтом исследуемаяолинияомоделируется участкамиопроволокиокруглогоосечения, и делаютсяоследующиеоприближения: ток течетотолько в направленииоосиопроволоки; плотностиотока и зарядаоаппроксимируютсяонитямиотока I и заряда наооси проволоки; условиео(3.15) применяетсяотолько к аксиальнойокомпоненте поляонаповерхностиопроволоки.С цельюочисленного решенияоуравнения (3.16) геометрияообъекта аппроксимируетсяопрямолинейными проволочнымиоотрезками (рисунок 3.15). Каждомуоместуосоединенияодвух проволочныхоотрезков (неграничному узлу) поставимов соответствиеобазисную функцию, отличнуюоот нуляолишь наосоответствующейопаре отрезков, гдеоона имеетовид (рисунок 3.16):171  r n  r fn r    In,(3.17)где n - номероузла;знаки «-» и «+» в качествеоиндексов приписаны первому (W n ) и второму(Wn) отрезку вопаре, соответственно;I  - длинаопроволочного отрезкаоW n ;r n - радиус-вектор второгоо(отличного от n-го узла) концаопрополочногоотрезка W  .Рисунок 3.15 - Отрезокопроволоки и егооаппроксимацияРисунок 3.16 - Модуль базиснойофункции, соответствующейоn-му узлуТок наопроволочной структуре аппроксимируетсяоразложением пообазисным функциямNI     I n f n , n  1...N ,n 1(3.18)172где N – числообазисныхофункций (т.е.

Характеристики

Список файлов диссертации