Методы защиты РЭС от мощных ЭМП. Методы защиты рэс от мощных электромагнитных помех
 Скачать 426.67 Kb.
|
|
Зонирование и группирование. Зонированием называют идентификацию и возможную интеграцию участков или областей с одинаковой ЭМО. для повышения стойкости РЭС к воздействию МЭМП необходимо, чтобы чувствительные к электромагнитному воздействию элементы РЭС располагались в зонах экранированной области с пониженным уровнем напряженности электромагнитных полей. Так как чувствительных к влиянию электромагнитных полей элементов в РЭС может быть достаточно много и каждый из них имеет свой порог чувствительности, по превышению которого элемент может выйти из строя, их объединяют в отдельные группы по одинаковым характеристикам или назначению. После того, как определена топология зон по интенсивности электромагнитных полей в экранированном объеме и проведено группирование элементов по сходным признакам, производят общую компоновку РЭС в корпусе-экране. Если не удается расположить группы элементов по зонам чувствительности так, чтобы была реализована концепция зонирования, применяют дополнительные меры к повышению стойкости РЭС к воздействию МЭМП (локальное или дополнительное частичнос экранирование, схемотехнические и пр.)  Рациональное заземление. Заземляющие системы можно разбить на две категории: защитные и рабочие заземления. Назначение защитных заземлений — поддерживать элементы конструкции при одном и том же потенциале, равном или близком к потенциалу «земли», и обеспечивать низкоомную нагрузку для опасных токов, которые по тем или иным причинам (при аварийных ситуациях, воздействиях молний и т. п.) могут возникать в РЭС. Как правило, защитные заземления должны иметь хороший низкоомный контакт с «землей», поэтому их часто называют наружными заземлителями. Рабочие заземления включают в себя заземление силового оборудования (сильноточных цепей), которое по своему функциональному назначению требует наличия заземления, и сигнальное или схемное заземление, которое обеспечивает опорный потенциал для электронных, аналоговых и цифровых схем. Цель подобной системы заземления — снизить уровень взаимовлияния между различными электронными схемами. При этом особенно важно отделить шумящие (создающие внутренние помехи) схемы от высокочувствительных. Так как защитные заземления не могут служить в качестве надежных «отводов» наводок от МЭМП, то для обеспечения мероприятий по повышению стойкости РЭС к воздействию МЭМП особый интерес представляет система схемных заземлений. По своему конструктивному исполнению система схемных заземлений может быть одноточечной, «плавающей», многоточечной и региональной. Размеры устройства могут оказаться сравнимыми с длиной волны помехи, что может вызвать резонансные явления в соединительных кабелях и привести к несовместимости защищаемых систем.  Рис. 4 – Варианты выполнения одноточечного заземления по системам: а — «еж»; б — «елочка» Помимо одноточечного способа заземления на практике применяется «плавающая» система заземления, при которой каждый экранированный объем имеет собственную систему заземления, обычно одноточечную. Такая система дорогостоящая, так как требует наличия изолирующих устройств связи (например, оптоэлектронных систем) между отдельными экранированными объемами РЭС и при прочих ее достоинствах опасна в эксплуатации в случае попадания одного из экранов под высокий «плавающий» потенциал.  Рис. 5. – «Плавающая» система заземления Единственной, практически реализуемой формой для многих систем является многоточечная система заземления. Здесь каждая подсистема РЭС экранирована, заземлена и связана друг с другом посредством кабелей. При этом требуется дополнительная защита вводов, хорошее экранирование кабелей и максимальное приближение их к «земле».  Рис. 6 – Многоточечная система заземления Комбинированными свойствами всех предыдущих систем заземления обладает региональная зональная система заземления. В этом случае в пределах каждой экранированной зоны сохраняется концепция одноточечной системы заземления. Однако все входы и выходы кабелей между зонами (подсистемами) должны иметь, как и в случае «плавающего» заземления, специальную систему изоляции (разделения) подсистем друг от друга. Как правило, многоточечное заземление дает хорошие результаты на высоких частотах. На низких лучше применять систему одноточечного заземления. Схемотехнические методы Схемотехнические методы защиты заключаются в целенаправленном изменении структуры отдельных схем или введении в них дополнительных элементов для ослабления влияния МЭМП на нормалыное функционирование РЭС. При этом общим требованием, предъявляемым к элементам, узлам и системам, обеспечивающим практическую реализацию схемотехнических методов, является минимальное их влияние на функционирование РЭС в нормальных условиях. Ограничение наводок по спектру. К ним относят фильтры, трансформаторы, дроссели. Фильтры. Основное назначение защитных фильтров — пропускать без значительного ослабления сигналы с частотами, лежащими в рабочем диапазоне РЭС, и подавлять частоты в остальном диапазоне, которому принадлежат мешающие излучения. Использование фильтров в качестве защиты от наведенных напряжений и токов в цепях РЭС при воздействии импульсных МЭМП (грозовых разрядов) сопряжено с определенными трудностями. Если усиленные составляющие спектра находятся в рабочем диапазоне частот одной из цепей защищаемого устройства, то реактивный фильтр ухудшает функционирование РЭС. L-образный фильтр вносит значительные добавочные потери из-за рассогласования полных сопротивлений. П-образные фильтры обычно обеспечивают максимум затухания для согласованной 50-омной системы, однако, они часто значительно менее эффективны в реальных рабочих условиях. Т-образный фильтр используют в первую очередь в ключевых схемах; он уменьшает уровень помех в линиях системы, не сокращает срок службы переключающих контактов, а в некоторых случаях и увеличивает их долговечность. Успешная работа любых высокочастотных фильтров зависит от соответствующей связи и хорошей изоляции между входом и выходом. Дроссели и трансформаторы.Обычно дроссель состоит из ферритового кольца с большими потерями, на которое намотана защищаемая линия связи; при этом включаемая последовательно в цепь обыкновенной наводки индуктивность подавляет ее сигнал, но в то же время пропускает сигналы дифференциальной наводки. В качестве защиты от наводок, возникающих в проводных и кабельных линиях связи, часто используют изолирующие трансформаторы. Недостатком этих трансформаторов является наличие нежелательной емкостной связи между первичной и вторичной обмотками, которая может стать причиной снижения его защитных свойств. Ограничение наводок по амплитуде. Как правило, в качестве амплитудных ограничителей наводок в цепях РЭС применяют защитные разрядники, основные функции которых — детектировать сигнал наводки, развязать, отразить или отвести энергию для предотвращения необратимых процессов в защищаемых системах. Различают два основных вида защитных разрядников: «жесткие» и «мягкие» ограничители. К «жестким» относят приборы с пробоем, которые используют по системе высокое сопротивление — низкое сопротивление — высокое сопротивление. Это искровые, газоразрядные промежутки, работающие в области тлеющего и дугового разряда; угольные заградители; зенеровские и выпрямительные диоды. «Мягкие» ограничители объединяют конденсаторы и варисторы — нелинейные сопротивления, зависящие от напряжения. Ни искровые разрядники, ни электромеханические приборы, такие, как реле для отключения схемы при перегрузке по напряжению или току, не пригодны для защиты чувствительных полупроводниковых приборов, поскольку для них недопустимы начальные выбросы, пропускаемые этими защитными приборами. Обычно смешанная комбинация защитных приборов (гибридные схемы) обеспечивает сглаживание фронта перенапряжения, ограничивает максимум напряжения значениями, близкими к рабочему напряжению системы, и рассеивает и (или) отводит остаточную энергию так, что в элементах защищаемой системы не возникают остаточные повреждения. Использование элементов оптоэлектроники. Это объясняется следующими факторами: использование в схемах оптоэлектронных элементов уменьшает количество замкнутых для электромагнитного поля контуров (носителями информации в оптоэлектронных приборах являются фотоны, которые электрически нейтральны); оптоэлектронные элементы пропускают информацию только в одном направлении, вследствие чего ослабляется влияние помех, действующих в выходных цепях схем РЭС. Симметрирование. Этот метод основывается на симметричности двухпроводных схем, в которых оба проводника и все подключенные к ним цепи имеют одинаковые полные сопротивления относительно земли и любого другого проводника. Цель симметрирования — сделать равными сигналы, наводимые в обоих проводниках; в этом случае они представляют собой продольный или синфазный сигнал, который можно скомпенсировать в нагрузке. Структурно-функциональные методы Структурно-функциональные методы защиты заключаются в изменении функциональных принципов построения РЭС или их отдельных частей и структуры используемых сигналов для повышения стойкости РЭС к воздействию МЭМП. Выбор оптимальной структуры сигнала. Чувствительность РЭС к воздействию МЭМП в значительной степени зависит от диапазона используемых несущих частот и принятой системы рабочих сигналов. Поэтому очевидным методом защиты в этом случае является увеличение энергии полезных сигналов, амплитуды, длительности и соответствующий выбор несущих частот принимаемых сигналов с учетом спектральных характеристик возможных МЭМП. При выборе структуры сигнала также необходимо учитывать, что: к уменьшению степени влияния МЭМП приводит обеспечение жесткой временной привязки последовательности возможных мест расположения единичных сигналов; вероятность ошибок, вызываемых импульсными помехами, в системе связи с фазовой модуляцией в два раза меньше, чем при когерентном приеме сигналов с амплитудной и частотной модуляциями (при одной и той же мощности полезного сигнала). Эффективным средством повышения достоверности обработки дискретной информации в условиях воздействия МЭМП является использование корректирующих кодов, позволяющих бороться с систематическими, случайными и групповыми ошибками. При выборе кода необходимо учитывать кодовое расстояние принятого кода; время, в течение которого отношение сигнал/ (шум + помеха) превышает допустимое значение. Одним из направлений повышения стойкости РЭС к воздействию МЭМП является использование алгоритмических методов. Например, в разрабатываемых РЭС может быть реализована программа с неполным алгоритмом декодирования, отказывающаяся от декодирования любой достаточно сомнительной последовательности единичных сигналов (может применяться, когда ошибка декодирования недопустима). Понижение чувствительности систем РЭС к воздействию МЭМП зависит не только от экранирования, заземления и т. п., но и от используемой системы модуляции или кодирования сигнала. Таким системам модуляции, как амплитудная, частотная и фазовая, присуще свойство помехозащищенности. Например, система с частотной модуляцией имеет очень слабую восприимчивость к амплитудным помехам. Для увеличения помехозащищенности можно использовать цифровые методы обработки сигнала, например амплитудно-, широтно- и частотно-импульсное кодирование. |