автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование воздействия сверхширокополосных электромагнитных импульсов на кабельные коммуникации систем связи

На правах рукописи

Курочкин Владимир Федорович

Исследование воздействия сверхширокополосных электромагнитных импульсов на кабельные коммуникации систем связи

Специальность 05 12 13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата гехнических наук

Москва 2007

003058436

Работа выполнена на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и математики (технический университет)

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук, доцент

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Балюк Николай Васильевич, доктор технических наук, профессор Геков Владислав Викторович

Ведущая организация ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений»

Защита состоится «25 »мая 2007г в 16 часов на заседании диссертационного Совета Д 212 133 Об Московского государственного института электроники и математики (технического университета) по адресу 109028, Москва, Б Трехсвятшельский пер , д 3/12, зал Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭМ

Фирсов Александр Викторович

Автореферат разослан "¿£>¿7апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета к. т н, профессор

Н Н Грачев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее десятилетие в радиотехнике произошла своеобразная революция, связанная с практическим использованием нового типа радиоволн — повторяющихся коротких сверхширокополосных электромагнитных импульсов (СШП ЭМИ) Они имеют длительность до 10~10 с, фокусируются антеннами с размером порядка 1 м и достаточно просто генерируются современными полупроводниковыми приборами Спектральная плотность СШП ЭМИ распределена в интервале от сотен МГц до единиц ГГц, что и дало основание называть их сверхширокополосными На их основе в последние годы появились новые мощные стационарные и мобильные генераторы, излучающие периодические и однократные сверхширокополосные электромагнитные импульсы

Особенностью данного типа излучения является соразмерность длительности воздействующих импульсов с длительностью рабочих импульсов, сопровождающих обработку цифровой информации Кроме того, такие устройства обладают новыми качествами, отсутствующими у традиционных источников преднамеренных помех -сверхширокополосностью и большой амплитудой При воздействии СШП ЭМИ на аппаратуру и оборудование систем связи в их цепях наводятся сигналы, аналогичные рабочим, что приводит к нарушению их работы Кроме того, электронные компоненты и цепи, такие как микропроцессоры, составляющие сегодня основную часть используемых элементов, работают на все более высоких частотах и низких напряжениях и, таким образом, становятся все более восприимчивы к СШП ЭМИ

Проведенные первые экспериментальные исследования стойкости аппаратуры связи к воздействию СШП ЭМИ показали, что с уменьшением длительности фронта воздействующего поля снижается эффективность применяемых защитных устройств, усиливается проникновение электромагнитных полей через неоднородности в корпусах и увеличиваются амплитуды наведенных токов и напряжений на выходах антенно-фидерных устройств, кабелей и проводов, расположенных вне экранов или имеющих плетеные и витые экраны, что приводит к ложным срабатываниям или катастрофическим отказам аппаратуры Кроме того, при экспериментальных исследованиях воздействия СШП ЭМИ на кабельные коммуникации (КК) систем связи (СС) получены результаты, которые требуют углубленного анализа, в том числе и теоретического на основе разработки новых математических моделей воздействия

С учетом изложенного следует, что в настоящее время СШП ЭМИ являются но-

вой серьезной угрозой для систем связи, имеющих множество различных кабельных коммуникаций Существующие тенденции в развитии генераторов сверхмощных электромагнитных полей обуславливают необходимость проведения широких исследований, направленных на обеспечение стойкости современных систем связи к такого рода электромагнитным воздействиям Кроме того, учитывая насыщенность их аппаратурой со сложными электрическими цепями, их стойкость в условиях воздействия СШП ЭМИ в настоящее время в основном оценивается экспериментально с использованием установок СШП ЭМИ Это обусловлено тем, что до сих еще отсутствуют доступные и достоверные методы априорной оценки стойкости кабельных коммуникаций и систем связи в целом Экспериментальные методы тоже требуют совершенства и развития

Следовательно, задача исследования воздействия СШП ЭМИ на кабельные коммуникации СС является в настоящее время особенно актуальной Реализация общих требований и основных мероприятий, направленных на повышение стойкости систем связи к воздействиям СШП ЭМИ, непосредственно связана с достоверной (экспериментальной, расчетной или экспериментально-расчетной) оценкой уровней напряжений и токов, наведенных в кабельных линиях (КЛ), и определением оптимальных методов технических средств их эффективной защиты подключенных к ним элементов

Проблеме исследования воздействия ЭМИ на кабельные коммуникации систем связи и разработке мероприятий по защите посвящены работы ряда ученых и специалистов В этих работах представлены существенные результаты в области исследования воздействия ЭМИ на электрооборудование и аппаратуру системы электроснабжения, разработаны методические основы расчета воздействия полей ЭМИ и нормативные документы по оценке их воздействия на сооружения и их системы и выбору средств защиты Однако вопросы, связанные с исследованием воздействия таких электромагнитных излучений как СШП ЭМИ, остаются сегодня практически не изученными особенно для кабельных коммуникаций систем связи Таким образом, актуальность работы по рассматриваемой проблеме определяется

- необходимостью разработки и реконструкции систем связи, соответствующих по своему качеству новым требованиям, предъявляемым к их надежности и живучести в условиях воздействии СШП ЭМИ,

- слабой теоретической и экспериментальной изученностью воздействия полей СШП ЭМИ на кабельные коммуникации систем связи,

- отсутствием необходимых технических средств защиты оборудования систем связи от СШП ЭМИ и экспериментальных данных по эффективности применения существующих средств защиты

Объектом исследования диссертации выбраны полевые кабельные линии, которые сегодня вообще не исследованы и являются наиболее перспективными для использования при решении целого ряда задач народно-хозяйственного назначения

Целью настоящей диссертационной работы является исследование, разработка и совершенствование методов оценки воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии систем связи, разработка и обоснование методов и средств обеспечения их стойкости к действию СШП ЭМИ

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- исследование характеристик кабельных коммуникаций систем связи как объектов, подверженных воздействию ЭМИ большой мощности,

- выбор и обоснование перечня типовых кабельных линий систем связи для проведения исследований по оценке их уязвимости к действию СШП ЭМИ,

- обобщение существующих методов оценки воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии, уточнение и разработка новых математических моделей оценки воздействия СШП ЭМИ на системы кабельных линий СС с учетом внешних влияющих факторов,

- разработка типовых методик испытаний полевых кабельных линий на воздействие сверхширокополосных электромагнитных импульсов,

- экспериментальные исследования выбранных полевых кабелей на основе разработанных методик и программ испытаний на воздействие СШП ЭМИ,

- разработка рекомендаций по обеспечению стойкости исследуемых кабельных линий к воздействию СШП ЭМИ и предложений по совершенствованию требований к разрабатываемым средствам защиты от воздействия сверхширокополосных ЭМИ

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы экспериментальные и теоретические методы исследования Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях математического моделирования и электродинамики, теории цепей и методах экспериментальных исследований Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью принятых математических моделей исследуемых процессов, большим объемом статистических данных по экспериментальным исследованиям

На защиту выносятся:

1 Математические модели воздействия сверхтирокополоспых электромагнитных импульсов на сложные системы кабельных линий систем связи с учетом влияющих факторов, нелинейных нагрузок и реальных характеристик кабельных линий

2 Метод расчета амплитудно-временных параметров токов и напряжений, наводимых в кабельных линиях СС, проложенных в грунте, с учетом воздействием СШП ЭМИ

3 Математические модели воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии с различными типами экранов

4 Методики и результаты экспериментальных исследований воздействия СШП ЭМИ на полевые кабели систем связи

5 Научно-обоснованные требования к аппаратным средствам защиты кабельных коммуникаций систем связи на основе новых технологий и схемотехники

Научная новизна работы заключается

- в разработке и совершенствовании математических моделей расчета воздействия СШП ЭМИ на системы различных кабельных линий систем связи с учетом их конструктивны»: особенностей и условий прокладки,

- в разработке и совершенствовании методов экспериментальной оценки воздействия СШП ЭМИ на полевые кабельные линии систем связи,

- в новых теоретических и экспериментальных данных по стойкости полевых кабельных линий систем связи к воздействию СШП ЭМИ,

- в результатах оценки эффективности существующих и перспективных средств защиты и разработке научно-обоснованных требований к аппаратным средствам защиты кабельных коммуникаций СС на основе новых технологий и схемотехники

Практическая значимость результатов работы состоит

- в разработке расчетных методик и прикладных программ, позволяющих проводить оценку стойкости кабельных коммуникаций СС к воздействию СШП ЭМИ,

- в разработке экспериментальных методик и программ, позволяющих проводить экспериментальные исследования полевых кабельных линий к воздействию сверхширокополосных электромагнитных импульсов,

- в новых результатах экспериментальных исследований импульсной прочности ряда полевых кабелей к воздействию СШП ЭМИ, на основе которых определены

уровни воздействия СШП ЭМИ, при которых наступают сбои и отказы входных устройств и элементов СС Это позволяет создать базу данных по пороговым уровням поражения исследуемой аппаратуры,

- в разработке технических требований при создании специальных аппаратных средствам защиты кабельных коммуникаций систем связи от СШП ЭМИ на основе современных технологий и схемотехники, что позволит разработать методы и средства защиты современных и перспективных СС

Применение разработанных расчетных моделей, стратегии, программ и методик испытаний кабельных линий связи, предоставляют возможности проектирования СС устойчивых к воздействию новых мощных и опасных видов СШП ЭМИ на самых ранних этапах их проектирования

Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в НИР «Босфор», «Кулон», «Динамика» и др, выполненных при непосредственном участии автора Они нашли практическое применение на ряде предприятий промышленности при проектировании перспективных систем и средств связи, устойчивых к воздействию мощных ЭМИ (ФГУП «МНИРТИ», ФГУП «ВНИИ-ОФИ»), а также реализованы при разработке мероприятий по защите существующих СС и ТЗ на разработку новых перспективных систем связи, устойчивых к воздействию СШП ЭМИ Результаты также внедрены в учебный процесс МГИЭМ на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы»

Реализация результатов данной работы позволит повысить показатели устойчивости СС к воздействию СШП ЭМИ, сократить время восстановления СС при воздействии СШП ЭМИ, повысить устойчивость СС к новым видам мощных электромагнитных излучений В деле имеются 3 Акта о внедрении, полученных автором, результатов

Апробация работы. Основные результаты работы опубликованы в виде статей в научно-технических журналах по проблеме, докладывались и обсуждались на 9-ой Российской НТК "Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов", С Петербург, 200бг , международной конференции «Информационные и телекоммуникационные технологии в интеллектуальных системах», Катания, май 27 - июнь 03, 2006г, а также на научно-технических семинарах кафедры «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» МГИЭМ с 2005-2007г г

Публикации. Основные результаты исследований по данной проблеме опубликованы в 10 научно-технических журналах по данной проблеме

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 93 наименований и приложения на 64 листах Общий объем диссертации с приложением составляет 217 страниц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность исследований по обеспечению устойчивости кабельных линий к воздействию мощных ЭМИ, особенно к новым видам сверхширокополосного электромагнитного излучения Определены цель, задачи исследований и приведены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе выполнен анализ современного состояния вопроса по обеспечению стойкости кабельных линий систем связи к действию современных и перспективных электромагнитных излучений, таких как СШП ЭМИ Показана высокая эффективность воздействия СШП ЭМИ на элементы СС Широкополосность и высокая частота повторения СШП ЭМИ делают этот вид электромагнитного воздействия опасным для СС Поэтому особенно актуальной является задача защиты современных СС от СШП ЭМИ, при воздействии которых снижается эффективность применяемых защитных устройств

Сегодня СШП ЭМИ является очень слабо изученным поражающим фактором, способным выводить из строя современные системы связи и управления Проблеме исследования влияния СШП ЭМИ на радиоэлектронные системы и разработке мер защиты радиоэлектронных средств посвящены работы целого ряда отечественных и зарубежных ученых В Е Фортов, У Е Радаски, К И Баум, Н В Балюк, Л О Мырова, Э Н Фоминич, В В Хромов, А А Соколов, С А Сахаров, Л Н Кечиев и др

Слабым звеном работ в России в сравнении с результатами аналогичных работ в США, является не доведение научных разработок до создания действующих образцов техники, устойчивых к СШП ЭМИ Кроме того, в существующих методах оценки воздействия СШП ЭМИ не отражена специфика воздействия СШП ЭМИ на такие элементы СС, как протяженные полевые кабели Это в значительной мере обусловлено отсутствием совершенных методов оценки воздействия СШП ЭМИ на протяженные кабельные линии, несовершенством методов испытаний и методов измерений параметров СШП ЭМИ

Все перечисленные проблемы имеют общегосударственное значение Они самьгм интенсивным образом изучаются за рубежом, и недостаточно - в России Поэтому исследования устойчивости кабельных линий СС к воздействию СШП ЭМИ является чрезвычайно актуальной, требующей своего решения, научной задачей

В главе рассмотрены особенности построения СС с точки зрения поражающего действия СШП ЭМИ Данные системы имеют в своем составе разветвленные кабельные линии, которые являются основными элементами систем, подверженных воздействию СШП ЭМИ, по которым наводки поступают на вход аппаратуры, устанавливаемой на объектах СС Проведенные отечественные и зарубежные теоретические оценки и экспериментальные исследования воздействия СШП ЭМИ на радиоэлектронные системы показали, что уровни наводимых напряжений в элементах систем и кабельных линиях могут превышать значения их импульсной прочности Причем, величины наводок и чувствительность аппаратуры к ним в значительной степени зависят от целого ряда факторов Показано, что необходимость защиты указанных систем особенно возрастает в случае использования микропроцессоров и микросхем, которые особенно чувствительны к полям СШП ЭМИ

Рассмотрены характеристики и параметры СШП ЭМИ Анализ параметров СШП ЭМИ показывает, что пространственно - временная структура электромагнитных полей имеет сложный, не всегда поддающийся аналитическому описанию, характер, обусловленный сложностью физических процессов и различием источников, ответственных за образование СШП ЭМИ

Исследовано современное состояние методов оценки поражающего действия ЭМИ на кабельные линии В настоящее время для определения токов и напряжений, наводимых в кабельных коммуникациях ЭМИ ЯВ, используются различные методы, основанные на решении уравнений Максвелла как в строгой постановке, так и с различной степенью допущений и упрощений (методы, основанные на теории дифракции, интегральных уравнениях, методы теории цепей с сосредоточенными параметрами) Однако, применение данных методов для расчетов воздействия СШП ЭМИ на протяженные кабельные линии требуют своего обоснования и развития

Проведен также анализ современных средств зашиты от ЭМИ, который показал, что в настоящее время отсутствуют необходимая номенклатура средств защиты элементов СС Комплекс средств защиты, разработанный в 80-е годы, в настоящее

время предприятиями промышленности почти не выпускается Причем необходимо отметить, что все средства защиты разрабатывались применительно к действовавшим в то время параметрам ЭМИ наземного и высотного ЯВ Динамические характеристики (вольт-секундные) устройств защиты оборудования от ЭМИ ЯВ задавались и исследовались только до предразрядных времен 0,4 4 мкс, что не достаточно для им-пульсхгых напряжений, наводимых СШП ЭМИ Из приведенного анализа следует, что существующие методы и средства обеспечения стойкости СС в основном ориентированы на решение проблемы от воздействия ЭМИ ЯВ и не затрагивают сложнейший комплекс новых задач по воздействию СШП ЭМИ Данное обстоятельство требует проведения комплекса исследований по определению амплитудно-временных характеристик токов и напряжений, наводимых в кабельных линиях С С при воздействии СШП ЭМИ, исследования стойкости выбранных объектов исследования и вольт-секундных характеристик средств защиты в наносекундном временном диапазоне и разработке требований к средствам защиты от таких ЭМИ

На основании изложенного в главе обоснована актуальность диссертационной работы, поставлены цель и направления исследований

Вторая глава диссертации посвящена вопросам математического моделирования, разработке и совершенствованию методов расчета воздействия субнаносекундных импульсных полей на кабельные коммуникации СС

При проектировании кабельных линий СС устойчивых к действию СШП ЭМИ одной из главных задач является расчет величин токов и напряжений, наводимых во внешних элементах систем Взаимодействие электромагнитных полей с разветвленными проводящими коммуникациями, расположенными в грунте, описывается уравнениями электродинамики Получить решение в общем виде не представляется возможным в силу нестационарности полей СШП ЭМИ, большой протяженности и сложной топологии коммуникаций, неоднородности грунта, изменения электрофизических характеристик проводников и грунта при протекании по ним импульсных токов и т д Кроме того, проведенный анализ показывает, что в настоящее время нет достаточно универсальных методов расчета, которые позволили бы решить поставленную задачу с учетом реальных частотных спектров СШП ЭМИ и других влияющих факторов

Наиболее общее решение задачи взаимодействия полей СШП ЭМИ с коммуникациями может быть получено на основе теории дифракции электромагнитных волн Однако решение в такой постановке представляет значительные математические труд-

ности, обусловленные необходимостью учета геометрической формы объекта, и получено оно только для оценки токов в простейших случаях одного, двух параллельных, двух пересекающихся цилиндров бесконечной длины, возбуждаемых монохроматической волной Использовать полученные зависимости для конкретных расчетов не представляется возможным вследствие сложной геометрии коммуникаций

В работе показано, что для расчетных оценок токов и напряжений, наводимых в кабельных линиях, целесообразно использовать математический аппарат электродинамики и достаточно хорошо разработанный математический аппарат длинных линий, являющийся следствием уравнений Максвелла Система уравнений Максвелла в частотной области решается значительно проще, чем во временной для импульсных полей, какими являются поля СШП ЭМИ К тому же, электрофизические характеристики кабелей, проложенных в грунте, существенным образом зависят от частоты (особенно для спектра частот выше 10 МГц) Вследствие этого исследование процессов взаимодействия ЭМП с кабельными коммуникациями целесообразно выполнять в спектральной постановке с помощью прямого и обратного преобразований Фурье

В работе приведено строгое электродинамическое решение взаимодействия ЭМП с КЛ, проложенными в грунте Введение обоснованных допущений и упрощений в точное интегро-дифференциальное уравнение взаимодействия протяженного проводника с внешним ЭМП позволяет получить обычное неоднородное дифференциальное уравнение для спектральной плотности тока 1(х) в проводнике

= (1)

ах'

где Г-1 =—-—|ф°(5)й?т - комплексная величина, характеризующая поперечное 4%Сгр £

сопротивление проводника,

2 — 2п + 2вн - продольное сопротивление проводника,

2вц = | А°(3)ск - комплексное сопротивление, характеризующее влияние

4 и (

источника и потери в земле

В целях сокращения записи формул зависимость спектральных плотностей от частоты со в уравнении (1) далее не приводилось Уравнение (1) можно представить в виде

где у = л/ - постоянная распространения проводника Общее решение уравнения (2) имеет вид

/(*) = е~чх{Кх + Р(хУ) + еух(К2 + £(*)),

(3)

где = - волновое сопротивление проводника,

1 7

1 *2

где X/, х: - координаты начала и конца проводника,

КьКг - постоянные, определяемые из граничных условий на концах проводника, Р(х), 0(х) - интегральные функции от воздействующего поля Ех (х) Примешш к выражению (3) обратное преобразование Фурье получим распределение тока по длине проводника во временной области

1 «з

Величины У, Z, входящие в уравнение (1) для расчета тока в проводнике, определяются только характеристиками проводника и окружающего грунта Следовательно, зная распределение поля ЭМИ в грунте вдоль проводника, мы можем получить распределение тока в проводнике

Показано, что амплитудно-временные параметры токов и напряжений, наводимых импульсными электромагнитными полями СШП ЭМИ в кабельных линиях, существенным образом зависят от конструктивных особенностей внешних экранов (метал-лопокровов кабелей), их количества, толщины, материала, качества изготовления, наличия неоднородностей и т д

Уравнение (1) получено для расчета токов в металлопокровах кабелей, либо токов в жилах кабелей, не имеющих металлопокровов Уравнения взаимодействия ЭМП с кабельными линиями, имеющими (т-\) металлопокровов, в общем виде описываются системой телеграфных уравнений

(4)

—00

с1х

= 2 и,

(6)

где 1,11, Е - векторы токов, напряжений и напряженности воздействующего электрического шля, 2 и У - квадратные матрицы порядка т погонных параметров

Преобразуя уравнения (5), (6), исключив из них поочередно токи и напряжения, получим

методом волновых каналов

После соответствующих преобразований, каждое из матричных уравнений распадается на п независимых уравнений (где п - порядок исходных систем) Величины II и / являются векторами напряжений и токов волновых каналов Каждое из независимых уравнений является неоднородным уравнением второго порядка, аналогичного уравнению (2), решение которого имеет вид аналогичный (3)

Реализация решения данных уравнений на ЭВМ в общем виде с учетом прямого и обратного преобразования Фурье довольно затруднительна, так как на каждом шаге по частоте требуется решать системы матричных уравнений, что требует больших затрат машинного времени

Для проведения инженерных расчетов предложены упрощенные математические модели для наиболее характерных типов кабелей (без металлопокрова, с одним и двумя металлопокровами различных типов, с неоднородными (комбинированными) по длине металлопокровами, например, антенно-фидерные тракты (АФУ), позволяющие достаточно оперативно проводить соответствующие вычисления

Для определения количественных характеристик параметров токов и напряжений, наводимых С1ПП ЭМИ во внешних КЛ, необходимо иметь данные по первичным и вторичным параметрам цепей КЛ В работе приведены точные расчетные формулы и

(7)

»2

—1г1 - Р*1 = -УЕ ,

(8)

трансцендентные уравнения, необходимые для их определения, а также удобные аналитические соотношения, которые позволяют рассчитывать электрофизические характеристики цепей одиночных КЛ, применительно к воздействию импульсных ЭМГГ на-носекундного диапазона

На практике, однако, чаще приходится рассматривать и иметь дело с системами кабельных линий, которые могут включать в себя несколько типов кабелей, защитные тросы, дополнительные экраны и пр С позиции общей теории электромагнитного влияния рассматриваем эту систему, как многопроводную (п - проводную) линию Электромагнитные процессы, происходящие в жилах и оболочках каждой линии описываются, как было показано выше, системой телеграфных уравнений

Напряжения между металлопокровами описываются соотношением

= ~ ¿4(*+1)-4 "4+1 (9)

для т-ой цепи «внешний проводник-грунт»изменение напряжения будет иметь вид

--~ И^гт ' Л " %4т-4 Iт-1 + (^4/и-З + ^тт ) Ля ~ Ех" 0°)

"X ,=т+1

Для некоаксиально расположенных линий

= 1г-Евх\ к = т + 1,т + 2,...,п. (И)

Таким образом, системы уравнений (9), (10) и (11) определяют полную систему телеграфных уравнений, описывающие электромагнитные процессы в многопроводных кабельных линиях, проложенных в грунте

Разработанная математическая модель реализована на ЭВМ и позволяет рассчитать амплитудно-временные параметры токов и напряжений в сложных системах кабельных линий при воздействии СШП ЭМИ

Решение уравнений в частотной области не позволяет решать задачи с нелинейными процессами и нелинейными граничными условиями, что необходимо для исследования работы аппаратных средствах защиты, имеющих нелинейные характеристики

Для данных целей необходимо применять численные методы решения телеграфных уравнений во временной области (метод Рунге-Кутта, конечных неявных разностей, Монте-Карло и другие) которые позволяют учитывать изменения параметров линии по длине, параметры заземлигелей и защитных устройств с нелинейными характе-

ристиками В данном случае система уравнений (7), (8) записывается во временной области и дополняется граничными условиям!, которые учитывают возможности подключения в узлах системы кабельных линий заземлений, блоков оборудования, защитных устройств и других технических средств Указанные технические средства моделируются комбинациями сосредоточенных параметров - активных сопротивлений Я№ индуктивностей Ья и емкостей С„

Граничные условия для узлов кабельных линий записываются в следующем виде с1(и1(х,1)-и2(х,0)

1с(хЛ) = -Сн-

<к

- (и^) - и2(х,ф + 1Н

си

Л М=1с(0 + 1Л(0 -иг(х,г)^(11(х,1) + 12(х,х)) 2,

(12)

где /?„, С„ - сосредоточенные сопротивления, индуктивность и емкость, моделирующие блоки оборудования в узлах кабельных линии, и¡(х, I), Щх, ¡]- напряжения в цепях «жила-земля» и «металлопокровы-земля», 1с (')• 1л (0 - тогш в ветвях сосредоточенных нагрузок,

X - сопротивления заземлений в узлах системы линий Граничные условия включения аппаратного средства защиты - нелинейного ограничителя перенапряжений (ОПН) описываются уравнением

с/(0=Д,(/,(0) Ш, (13)

здесь и(0 - напряжение между жилой и металлопо-кровами кабеля, 13 (1) - ток в защитном устройстве, Я3 - сопротивление нелинейного элемента защитного устройства, зависящее от величины протекающего через него тока 1/1)

Данное уравнение нелинейно Поскольку процесс распространения токов и напряжений в КЛ описывается системой дифференциальных уравнений в частных производных, то для расчета воздействия ЭМИ на КЛ с учетом работы ОПН решается начально-краевая задача с нелинейными граничными условиями

Рис I Вольтамперная характеристика нелинейного элемента ОПН

В описанной модели связь между падением напряжения на нелинейном сопротивлении ОПН и током, протекающим через него, выражена через статическое сопротивление, которое численно равно тангенсу угла а между осью абсцисс и прямой, проходящей через начало координат и точку на вольтамперной характеристике (рис 1) При переходе от одной точки вольтамперной характеристики к другой статическое сопротивление изменяется При таком подходе для аппроксимации вольтамперной характеристики удобно использовать интерполяционные кубические сплайны Расчеты, выполненные при решении задач воздействия ЭМИ на КЛ с учетом работы средств защиты с нелинейными характеристиками, показали высокую точность указанной аппроксимации Вместе с тем, иногда удобно использовать не статическое, а динамическое сопротивление Дэ„ нелинейного элемента, под которым понимают отношение бесконечно малого приращения напряжения аТ/ к соответствующему приращению тока сИ -

В этом случае нелинейное сопротивление может бьтгь заменено эквивалентным линейным сопротивлением и источником ЭДС (см рис 1)

и = Е0+Ждн или / = -£-+/„, а* /0=-|з- (14)

Однако, здесь необходимо внимательно следить за тем, чтобы рабочая точка не выходила за пределы линейного (точнее говоря, приблизительно линейного) участка вольтамперной характеристики, что создает определенные неудобства при организации вычислений Вместе с тем, такая замена бывает удобна, поскольку вся схема становится линейной При таком подходе уравнение (14) будет иметь следующим вид

и(1) = Е0+11ди 13+13 (15)

си

В третьей главе проводится разработка экспериментальных методов оценки стойкости выбранных кабельных линий к воздействию СШП ЭМИ

Проведен анализ существующей экспериментальной базы для оценки стойкости кабельных линий к воздействию СШП ЭМИ Показано, что наиболее подходящим инструментом для испытаний на стойкость к воздействию СШП ЭМИ являются излучатели на базе антенных решеток из ТЕМ рупоров и отечественных полупроводниковых генераторов По имеющимся отечественным и зарубежным данным проведена оценка эффективности воздействия ЭМИ различных источников с амплитудой 100 кВ/м на

системы проводников Анализ приведенных данных показывает, что СПШ импульсы обладают высокой эффективностью воздействия на кабельные линии Эти обстоятельства имеют принципиальное значение при оценке наведенных токов и напряжений в различных элементах СС, так как приводят к необходимости уточнения расчетных моделей и требований к средствам защиты с точки зрения их вольт-секундных характеристик

Проведен анализ параметров существующих генераторов С1ПП ЭМИ и перспективных разработок, который показывает, что основные требования к средствам измерений и защиты от С1ПП ЭМИ должны разрабатываться, исходя из следующих параметров ЭМП

- напряженность электрического поля в диапазоне от 1 до 100 кВ/м,

- длительность фронта импульса - от 100 до 500 пс,

- длительность импульса - от сотен пикосекунд до единиц наносекунд,

- частота повторения импульсов - до 1000 Гц

Обоснован выбор кабелей для проведения экспериментальных исследований на воздействие СПШ ЭМИ с учетом того, что они являются наиболее типичными представителями из числа используемых в перспективных системах и средствах радиосвязи специального назначения

Попевой кабель П-274М Кабель предназначен для организации телефонной связи в тактическом звене управления с применением систем передачи со скоростями до 16 кбит/с (до 32кГц в аналоговом режиме), а также для развертывания абонентских соединительных линий на пунктах управления объединений, соединений и частей Токо-проводящая жила скручена из 4-х медных и 3-х стальных проволок номинальным диаметром 0,3мм и изолирована композицией полиэтилена низкого давления (высокой плотности) Диаметр изолированной жилы 1,7 ± 0,1мм Изолированные жилы скручены в пару с шагом не боле 80мм Поверх скрученной пары наложена оболочка из полиэтилена высокого давления для оболочек Длина кабеля при испытаниях составляла 500 м

Полевой кабель П-269 Кабель предназначен для развертывания абонентской и внутриузловой распределительной сетей связи на полевых узлах связи пунктов управления Длина кабеля при испытаниях составляла 100 м

Полевой кабель П-296 Кабель предназначен для развертывания полевых магистральных линий дальней связи, уплотненных в диапазоне частот до 2048 кГц Кабели представляют собой четыре токопроводящие жилы с полиэтиленовой изоляцией, скру-

ченные в звездную четверку с шагом (60 ± 3) мм вокруг полиэтиленового корделя Противоположные жилы в четверке образуют рабочую пару Токопроводящая жила гибкая, многопроволочная, скрученная из семи отожженных медных проволок номинальным диаметром 0,35 мм Длина кабеля при испытаниях составляла 100 м

Для проведения их экспериментальных исследований определены средства воспроизведения и измерения воздействующих параметров СШП ЭМИ Для регистрации сигналов от измерителя параметров воздействия СШП ЭМИ используются цифровой стробоскопический осциллограф Текйганх БА8000 и экранированная кабина из состава Государственного специального эталона ГЭТ 148-93 При проведения испытаний объектов использовались также полеобразующая система ПС-1 из состава государственного специального эталона (ГСЭ) ГЭТ 148-93 единиц максимальных значений напря-женностей импульсных электрического и магнитного полей, полеобразующая система ПС-2 из состава ГСЭ, вТЕМ-камера из состава ГСЭ и активный пробник Р6209

Разработаны программы и методики экспериментальных исследований полевых кабелей на воздействие СШП ЭМИ В Программе (табл 1) определены «Перечень этапов исследований, количественные и качественные характеристики и последовательность их проведения»

Таблица 1

Перечень этапов исследований и исследуемые характеристики

№ этапа Наименование исследования Исследуемые характеристики

1 Определение параметров воздействующих СШП ЭМИ Амплитуда импульсов напряженности электрического поля, длительность фронта импульсов между уровнями 0,1-0,9 от амплитуды, длительность импульсов почя на уровне 0,5 от амплитуды, частота следования импульсов

2 Исследование влияния СШП ЭМИ на объект исследований Определение амплитудно-временных параметров наводимых помеховых сигналов Диагностика функционирования РТУ Определение параметров СШП ЭМИ, приводящих к нарушениям связи

3 Определение основных тактико-технических характеристик СШП ЭМИ Чувствительность, выходная мощность

Методика экспериментальных исследований кабелей - исследование амплитудно-временных параметров наводимых помеховых сигналов при воздействии СШП ЭМИ в кабелях предусматривает исследования в соответствии с рис 2 и 3 Ис-

следования проводятся в безэховой камере из состава ГСЭ, на открытой площадке, ли-

бо в помещении, при соблюдении условия достаточного удаления излучателя Г.ТТТТТ ЭМИ и объектов исследований от окружающих конструкций, для исключения влияния переотраженных электромагнитных импульсов поля Частоту следования импульсов устанавливают не менее 1 кГц Максимальную амплитуду наведенного поме-хового сигнала определяют по формуле

ипом = и ПОМ изм

X Клз X Кдел,, ( 16 )

где Клз - коэффициент деления линии запуска осциллографа, Кдел = ((550+50)/50) -делитель напряжения, образованный эквивалентами нагрузочных сопротивлений и входным сопротивлением осциллографа

Исследования проводят в различных плоскостях намотки кабеля - вдоль или перпендикулярно вектору напряженности электрического поля и перпендикулярно оси У или оси X

Антенная система

Рис 3 Схема ориентации кабеля

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям воздействия СШП ЭМИ на выбранные объекты, анализу полученных результатов и разработке требований к средствам защиты

Предварительно определены три критерия оценки стойкости и режимы эффективного воздействия СШП ЭМИ на выбранные изделия СС

Эффективность воздействия на элементы СС в случае, если рассматривать распространение СШП ЭМИ в свободном пространстве, зависит от многих параметров излучателя, в том числе амплитуда, длительность фронта, длительность импульса, частота следования импульсов, поляризация сигнала, диаграмма направленности, возможность оперативного поворота максимума диаграммы направленности Для определения влияния этих факторов были обоснованы необходимые характеристики воздействующих ЭМИ - плотность потока энергии, энергия в импульсе и импульсная мощность ЭМИ в плоскости мишени

Для СШП ЭМИ, представляющего собой прямоугольный видеоимпульс с длительностью и и амплитудой Е, при Ти > 1и получим

В табл 2 приведены обобщенные данные по амплитудно-временным характеристикам наведенных помеховых сигналов для всех типов исследуемых кабелей при различных ориентациях относительно воздействующих СШП ЭМИ

Проведен анализ полученных результатов, который показал, что амплитуды помеховых сигналов, наведенных в кабелях П-296 и П-269, даже при сравнительно невысоких уровнях воздействия СШП ЭМИ достигают значений до 1В, а в кабеле П-274М - до 2В Следовательно, они могут приводить, как минимум, к сбоям в работе аппаратуры, подключенной к кабельным линиям или выводить из строя входные элементы устройств, имеющие более низкий уровень электрический прочности

Амплитудно-временные характеристики наведенных помеховых сигналов достаточно сложным образом зависят от амплитудно-временных параметров воздействующих импульсов и ориентации кабелей относительно вектора воздействующего по-

К =—. Дом2 , = тгЩ^-К . Д* , р. = , Вт

¿д ¿В

Необходимая импульсная и средняя мощность источника равны

Р «10*^2-, Вт, 2В

ля Это говорит о том, что механизм возбуждения помехи в кабеле также достаточно сложен и не определяется каким-то одним процессом

Таблица 2

Максимальная амплитуда наведенных помеховых сигналов (размерность-мВ)

Положение П - 274М П - 269 П -296

Г5-84 РРв-1 Г5-84 РРв-1 Г5-84 РРС-1

А Плоскость намотки кабеля расположена перпендикулярно вектору напряженности электрического поля и оси Ъ 78 1700 79 925 61 396

- 2130 - 955 - 450

Б Плоскость намотки кабеля расположена вдоль вектора напряженности электрического поля и перпендикулярна оси У 90 1700 62 692 58 439

- 2130 - 955 - 450

В Плоскость намотки кабеля расположена вдоль вектора напряженности электрического поля и перпендикулярна осиХ 95 1750 77 675 9 391

- - - - - -

Г Воздействие на линейный участок кабеля при его ориентации перпендикулярно вектору напряженности электрического поля (вдоль оси X) 43 900 28 546 13 847

40 770 30 410 10 700

Д Воздействии на линейный участок кабеля при его ориентации параллельно вектору напряженности электрического поля (вдоль оси Т) 125 1700 43 593 26 662

100 1400 35 520 21 550

Примечание - Курсивом обозначены значения амплитуд, полученные расчетным путем

На рис 4, 5 приведены типичные осциллограммы воздействующего импульса и наведенного помехового сигнала

I бЗОПадУ

а

' 3 800«У

1000р*Й1У г

ЯЗСЮтУ \

. < г " м,

*

4 7<Ю(пУ } 10 «Юге«»

Рис 4 Осциллограмма воздействующего импульса напряженности ЭМП на выходе излучателя СШП ЭМИ при использовании возбуждающего генератора импульсов Г5-84 Координата У=1м Кр=100пс/дел

Рис 5 Осциллограмма наведенного помехо-вого сигнала при воздействии СШП ЭМИ на полевой кабель П-296 в положении «Б» Возбуждающий генератор импульсов Г5-84 Координата У=1 м Кр = 10 нс/дел

Анализ ампшпудно-временных параметров токов и напряжений, наводимых СШП ЭМИ, в исследуемых кабельных линиях СС, позволили сформулировать основные требования к средствам защиты, которые состоят в следующем

- защитные устройства должны сохранять высокую надежность и эффективность при нормальных режимах работы,

- иметь высокое быстродействие (время срабатывания - несколько наносекунд),

- обеспечивать такие уровни остающихся напряжений, при которых не происходит выходов из строя защищаемого оборудования и систем,

- иметь пропускные способности, обеспечивающие протекание токов требуемой амплитуды и длительности без разрушений элементов защитных устройств

Исходя из сформулированных требований, предъявляемых к средствам защиты, автором предлагается следующий комплекс дополнительных мер, направленных на повышение эффективности существующих решений по защите

а) принудительное затягивание форм импульсов токов и напряжений, наводимых СШП ЭМИ на вводах защитных устройств, за счет установки на входных цепях индук-тивностей устройства защитных проходов из ферромагнитных экранов,

б) применение для систем связи кабельных линий со сплошными проводящими оболочками, оптоволоконных линий и исключению из этого арсенала кабелей без защитных экранов и кабелей с сетчатыми экранами (по возможности), прокладка кабельных линий в стальных коробах, кожухах и кабелепроводах,

в) обязательное заземление защитных экранов кабельных линий в двух и более точках с электромагнитными экранами (ограждающими конструкциями),

г) применение в слаботочных системах комбинированных, многоступенчатых помехозащитных схем из таких элементов, как газовые разрядники, варисторы, диодные ограничители, И-С- и ЬС- фильтры на каждом кабельном проводе и установка по трассам кабельных линий (соединительных муфтах) дополнительных защитных устройств,

ж) предварительное шунтирование входных цепей защитных устройств на период воздействия СШП ЭМИ

В Заключении приводятся основные результаты и выводы по диссертационной работе в целом

В Приложение вынесены результаты экспериментальных исследований всех выбранных кабелей в различных режимах и условиях

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие научные результаты

1 Проведены исследования кабельных коммуникаций систем связи как объектов, подверженных воздействию СШП ЭМИ, и показано, что проблема их защиты от СШП ЭМИ стала актуальной в связи с созданием новых типов источников электромагнитной энергии, характеризующихся более высокими значениями электромагнитных полей и более короткими временными характеристиками

2 Установлено, что для обеспечения стойкости СС к воздействию СШП ЭМИ необходимо проведение комплекса исследований по оценке воздействия СШП ЭМИ на их кабельные коммуникации, разработка новых и уточнение существующих расчетных и экспериментальных моделей оценки воздействия СШП ЭМИ на кабельные коммуникации систем связи

3 На основе анализа общих законов электродинамики и теории цепей с распределенными параметрами и анализа существующих методов расчета воздействия ЭМИ на кабельные лини установлено, что

- для расчетных оценок токов и напряжений, наводимых СШП ЭМИ в кабельных линиях, целесообразно использовать математический аппарат электродинамики и теории длинных линий, являющийся следствием уравнений Максвелла,

- для учета частотных зависимостей электрофизических характеристик кабельных линий при оценке воздействия СШП ЭМИ необходимо применять частотные методы с использованием прямого и обратного преобразования Фурье

4 На основе проведенного анализа разработаны математические модели и программы расчета, позволяющие количественно оценивать воздействие СШП ЭМИ на сложные системы кабельных линий связи с учетом многообразия влияющих факторов, нелинейных нагрузок и реальных характеристик кабельных линий систем связи

5 Предложены методы расчета амплитудно-временных параметров токов и напряжений, наводимых в кабельных линиях, проложенных в грунте, с учетом специфики действия СШП ЭМИ Показано, что задача по расчету реакции этих кабельных линий на данные воздействия может быть решена методом волновых каналов

6 Разработаны и усовершенствованы математические модели воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии с различными типами экранов и получены аналитические формулы по расчету электрофизических характеристик кабельных линий связи

Все разработанные математические модели реализованы на современных ЭВМ и позволяют оперативно рассчитать амплитудно-временные параметры токов и напряжений, наводимых в кабельных линиях систем связи

7 Обоснован выбор объектов для проведения экспериментальных исследований на воздействие СШП ЭМИ полевые кабели типа П-296, П-269 и П-274М

8 Проведен анализ существующей экспериментальной базы для испытаний к воз-действиго СШП ЭМИ Показано, что наиболее подходящими для этих испытаний являются излучатели на базе антенных решеток из ТЕМ рупоров и отечественных полупроводниковых генераторов и соответственно определены средства для проведения исследований воздействия СШП ЭМИ на выбранные кабели

9 Разработаны программы и методики экспериментальных исследований выбранных полевых кабельных линий связи на воздействие СШП ЭМИ

10 Проведены экспериментальные исследования полевых кабелей П-296, П-269, П-274М, анализ которых показал, что

- амплитуда помеховых сигналов, наведенных в кабелях, может приводить к сбоям в работе аппаратуры, подключенной к кабельным линиям или выводить из строя входные элементы устройств, имеющие низкий уровень электрический прочности,

- амплитудно-временные характеристики наведенных помеховых сигналов сложным образом зависят от амплитудно-временных параметров воздействующих импульсов и ориентации кабелей относительно вектора воздействующего поля,

- частота воздействующей помехи лежит в области частот (100 МГц - 1ГГц)

11 Анализ динамических характеристик существующих средств защиты кабельных коммуникаций СС показал, что они в части быстродействия в ряде случаев не позволяют обеспечить их эффективную защиту от СШП ЭМИ, особенно, имеющих в своем составе, кабели без сплошных металлопокровов

12 Выполнен комплекс исследований амплитудно-временных параметров токов и напряжений, наводимых СШП ЭМИ в кабельных линиях СС и на основе их анализа и обобщения результатов расчета разработаны научно обоснованные требования к средствам защиты для слаботочных систем СС, которые наиболее восприимчивы к действию данных поражающих факторов

Предложенные методы защиты могут быть использованы при проектировании перспективных систем связи стойких к воздействию других мощных электромагнитных излучений

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Бородай П Н, Курочкин В Ф , Сахаров К Ю Исследование возможности создания мощного излучателя сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения // Технологии ЭМС -2005 - №4 (15) - С 25-29

2 Курочкин В Ф , Мырова Л О Прогнозирование тактики применения современных источников СШП ЭМИ, определение перечня возможных угроз и методов защиты от них средств связи, автоматизации и управления // Технологии ЭМС - 2005 - №4 (15) - С 20- 25

3 Курочкин В Ф , Мырова Л О Проблема устойчивости информационных систем управления к воздействию СШП ЭМИ БМ// КомпыоЛог - 2005 - №3 (69) - С 28-33

4 Курочкин В Ф Воздействие сверхширокополосного импульсного электромагнитного излучения на персональные компьютеры // КомпыоЛог - 2005 - № 6(72) -С 35-39

5 Курочкин В Ф , Мырова Л О Электромагнитный терроризм и его угроза // Сб трудов 3-й Международной конференции по информационным и телекоммуникацион-

ным технологиям в интеллектуальных системах ITT IS/05, июнь-02-09, 2005 Испания, г Санта Понса - С 166-169

6 Курочкин В Ф, Мырова JIО, Обеспечение стойкости информационных систем к воздействию излучений СШП ЭМИ // Труды международной конференции «Информационные и телекоммуникационные технологии в интеллектуальных системах» -Катания, Италия, май 27 - июнь 03, 2006 - С 9- 23

7 Курочкин В Ф Основные результаты исследований по проблеме защиты кабельных коммуникаций систем связи от СШП ЭМИ // Информационные и телекоммуникационные технологии - 2006 - №2 - С 24- 33

8 Курочкин В Ф Экспериментальные исследования сверхширокополосных электромагнитных импульсов на полевые кабели // Информационные и телекоммуникационные технологии - 2006 - №2 - С 17-23

9 Курочкин В Ф Методы измерения параметров полевых кабелей при воздействии сверхширокополосных электромагнитных импульсов // Сборник докладов 9-й Российской НТК по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности / Под ред Фоминича Э Н - С-П ВИТУ, 2006 - С 419-424

10 Курочкин В Ф Оценка воздействия сверхширокополосных электромагнитных импульсов на протяженные проводники // Сборник докладов 9-й Российской НТК по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности/Под ред ФоминичаЭН - С-П ВИТУ, 2006 -С 277-281

Подписано в печать 19 04 2007 Формат 60*84/1 В Бумага типогрэфсхзя № 2 Печать - риэография Уел печ л 1 Тираж 100 экз 3экэз_337

Московский государственный институт электроники и математики 109028 Москва Б Трехсаятательский пер 3/12

Центр оперативной полиграфии (095) 316-88-04, 916-89-25

Введение

Глава 1. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования.

1.1.Анализ состояния исследования воздействия СШП ЭМИ на кабельные коммуникации систем связи.

1.2. Общая характеристика кабельных коммуникаций систем связи как объектов, подверженных воздействию мощных электромагнитных импульсов.

1.3. Общая характеристика параметров существующих и перспективных сверхширокополосных электромагнитных импульсов.

1.4.Анализ существующих методов оценки стойкости кабельных коммуникаций систем связи к воздействию СШП ЭМИ.

1.5. Выводы по главе и постановка задач исследований.

Глава 2. .Разработка и совершенствование методов расчета воздействия СШП ЭМИ на кабельные коммуникации систем связи.

2.1. Физические основы взаимодействия сверхширокополосных электромагнитных импульсов с кабельными линиями.

2.2. Разработка математических моделей воздействия импульсных электромагнитных полей на кабельные линии различной конструкции.

2.3. Математическая модель взаимодействия ЭМИ ЯВ с системами кабельных линий связи.

2.4. Электрофизические характеристики кабельных линий, проложенных в грунте, при воздействии СШП ЭМИ.

2.5. Математические модели и алгоритмы расчета токов и напряжений в кабельных линиях с нелинейными граничными условиями.

2.6. Разработка методов решения и программ расчета токов и напряжений в кабельных линиях.

2.7. Выводы по главе.

Глава 3. Разработка экспериментальных методов оценки воздействия

СШП ЭМИ на кабельные коммуникации систем связи.

3.1. Анализ существующей экспериментальной базы для оценки стойкости кабельных коммуникаций систем связи к воздействию СШП ЭМИ.

3.2. Выбор объектов для проведения экспериментальных исследований.

3.3. Выбор средств для проведения экспериментальных исследований.

3.4 Разработка программ и методик экспериментальных исследований кабельных коммуникаций систем связи на воздействие СШП ЭМИ.

3.5. Выводы по главе.

Глава 4. Экспериментальные исследования и анализ результатов воздействия сверхширокополосных импульсов на кабельные коммуникации систем связи.

4.1. Критерии оценки стойкости кабельных линий к воздействию СШП

4.2. Режимы эффективного воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии

4.3. Экспериментальные исследования и анализ результатов воздействия

СШП ЭМИ на различные кабели.

4.3.1 Исследования параметров СШП ЭМИ, воздействующих на полевые кабели П-274М, П-269, П-296.

4.3.2. Результаты экспериментальных исследований для полевых кабелей

П-274М, П-269, П-296.

4.4 Разработка требований к методам и средствам защиты кабельных коммуникаций систем связи от воздействия СШП ЭМИ.

4.4.1 Анализ исходных данных при выборе защитных фильтров.

4.4.2. Функциональные задачи фильтрации и критерии выбора фильтров

4.4.3. Выбор фильтров для защиты кабельных линий от воздействия СШП

4.5. Выводы по главе.

В последнее десятилетие в радиотехнике произошла своеобразная революция, связанная с практическим использованием нового типа радиоволн - повторяющихся коротких сверхширокополосных электромагнитных импульсов с длительностью до Ю"10 с. Спектральная плотность СШП ЭМИ распределена в интервале от сотен МГц до единиц ГГц, что и дало основание называть их сверхширокополосными. На их основе в последние годы появились новые мощные стационарные и мобильные генераторы, излучающие такие периодические и однократные сверхширокополосные электромагнитные импульсы.

По общему мнению большинства зарубежных и отечественных экспертов, электромагнитное оружие на основе излучателей СШП ЭМИ будет являться одним из главных видов оружия в 21 веке. По их мнению уже в ближайшие 10-20 лет это оружие будет иметь то же стратегическое значение, что и ядерное оружие во второй половине 20 века ввиду того, что электромагнитное оружие высокоэффективно и при этом экологически чистое, относительно гуманное, действует скрытно, направленно и мгновенно. Оно может быть эффективно использовано, как в военных, так и в криминальных целях. Мировая научная общественность активно пытается привлечь внимание политиков и правительств к появлению новой угрозы для современного общества, пронизанного информационными технологиями.

Особенностью данного типа излучения является соразмерность длительности воздействующих импульсов с длительностью рабочих импульсов, сопровождающих обработку информации. Кроме того, такие устройства обладают новыми качествами, отсутствующими у традиционных источников преднамеренных помех - сверхширокополосностью и большой амплитудой. При воздействии СШП ЭМИ на аппаратуру и оборудование систем связи в их цепях наводятся сигналы, аналогичные рабочим, что приводит к нарушению их работы. Кроме того, электронные компоненты и цепи, такие как микропроцессоры, составляющие сегодня основную часть используемых элементов, работают на все более высоких частотах и низких напряжениях и, таким образом, становятся все более восприимчивы к СШП ЭМИ.

Проведенные первые экспериментальные исследования и испытания элементов аппаратуры связи с использованием существующих источников излучения показали, что с уменьшением длительности фронта воздействующего поля снижается эффективность применяемых защитных устройств, усиливается проникновение электромагнитных полей через неоднородности в корпусах и увеличиваются амплитуды наведенных токов и напряжений на выходах антен-но-фидерных устройств, кабелей и проводов, расположенных вне экранов или имеющих плетеные и витые экраны, что приводит к ложным срабатываниям или катастрофическим отказам аппаратуры. Кроме того, при экспериментальных исследованиях воздействия СШП ЭМИ на элементы систем связи выявлен ряд новых, до конца не исследованных эффектов, которые могут привести к выходу их из строя.

Данные тенденции в развитии генераторов сверхмощных электромагнитных полей обуславливают необходимость проведения широких исследований, направленных на обеспечение стойкости современных систем связи к такого рода электромагнитным воздействиям. Кроме того, учитывая насыщенность их аппаратурой со сложными электрическими цепями, их стойкость в условиях воздействия СШП ЭМИ в настоящее время в основном оценивается экспериментально с использованием установок СШП ЭМИ. Это обусловлено тем, что до сих еще отсутствуют доступные и достоверные методы априорной оценки стойкости кабельных коммуникаций и систем связи в целом. Экспериментальные методы тоже требуют совершенства и развития в силу своих больших особенностей и несовершенства.

С учетом изложенного следует, что в настоящее время СШП ЭМИ являются новой серьезной угрозой для систем связи, имеющих множество различных кабельных линий.

Следовательно, задача разработки и совершенствования методов оценки, в том числе экспериментальных, средств определения характеристик СШП

ЭМИ и результатов его воздействия на кабельные коммуникации (КК), также разработка и уточнение требований к средствам защиты, является в настоящее время особенно актуальной.

Реализация общих требований и основных мероприятий, направленных на повышение стойкости систем связи к воздействиям СШП ЭМИ, непосредственно связана с достоверной (экспериментальной, расчетной или экспериментально-расчетной) оценкой уровней напряжений и токов, наведенных в кабельных линиях, и определением оптимальных методов технических средств их эффективной защиты подключенных к ним элементов.

Проблеме исследования воздействия ЭМИ на кабельные коммуникации систем связи (СС) и разработке мероприятий по защите посвящены работы ученых и специалистов различных отраслей промышленности. В результате данных исследований получены значительные результаты в области исследования поражающего действия ЭМИ на электрооборудование и аппаратуру системы электроснабжения (СЭС): разработаны методические основы расчета воздействия полей ЭМИ и нормативные документы по оценке воздействия различных ЭМИ на сооружения и их системы и выбору средств защиты. Однако вопросы, связанные с исследованием воздействия таких электромагнитных излучений как СШП ЭМИ, остаются сегодня практически не изученными для кабельных коммуникаций систем связи.

Таким образом, актуальность дальнейшей работы над рассматриваемой проблемой определяется:

- необходимостью разработки и реконструкции кабельных коммуникаций систем связи, соответствующих по своему качеству новым требованиям, предъявляемым к их надежности в условиях воздействии новых видов мощных ЭМИ;

- слабой теоретической и экспериментальной изученностью воздействия на-носекундных электромагнитных полей на кабельные коммуникации систем связи к поражающему действию СШП ЭМИ;

- отсутствием необходимых технических средств защиты кабельных линий систем связи от СШП ЭМИ и экспериментальных данных по эффективности применения существующих средств защиты.

Объектом исследования диссертации являются: полевые кабельные линии, которые сегодня вообще не исследованы и являются наиболее перспективными для использования при решении целого ряда задач народнохозяйственного назначения.

С учетом изложенного целыо настоящей диссертационной работы является исследование, разработка и совершенствование методов оценки воздействия С1ПП ЭМИ на кабельные линии систем связи, разработка и обоснование методой и средств обеспечения их стойкости к действию СШП ЭМИ.

Научная новизна работы заключается: - в разработке и совершенствовании математических моделей расчета воздействия СШП ЭМИ на системы различных кабельных линий систем связи с учетом их конструктивных особенностей и условий прокладки; в разработке и совершенствовании методов экспериментальной оценки воздействия СШП ЭМИ на полевые кабельные линии систем связи; в новых теоретических и экспериментальных данных по стойкости полевых кабельных линий систем связи к воздействию СШП ЭМИ; в результатах оценки эффективности существующих и перспективных средств защиты и разработке научно-обоснованных требований к аппаратным средствам защиты кабельных коммуникаций СС на основе новых технологий и схемотехники.

Практическая значимость результатов работы состоит: . в разработке расчетных методик и прикладных программ, позволяющих проводить оценку стойкости кабельных коммуникаций СС к воздействию СШП

ЭМИ; в разработке экспериментальных методик и программ, позволяющих проводить экспериментальные исследования полевых кабельных линий к воздействию сиерхширокополосных электромагнитных импульсов;

- в новых результатах экспериментальных исследований импульсной прочности ряда полевых кабелей к воздействию СШП ЭМИ, на основе которых определены уровни воздействия СШП ЭМИ, при которых наступают сбои и отказы входных устройств и элементов СС. Это позволяет создать базу данных по пороговым уровням поражения исследуемой аппаратуры;

- в разработке технических требований при создании специальных аппаратных средствам защиты кабельных коммуникаций систем связи от СШП ЭМИ на основе современных технологий и схемотехники, что позволит разработать методы и средства защиты современных и перспективных СС.

Применение разработанных расчетных моделей, стратегии, программ и методик испытаний кабельных линий, предоставляют возможности проектирования СС устойчивых к воздействию новых мощных и опасных видов СШП ЭМИ на самых ранних этапах их проектирования.

4.5. Выводы по главе

1. Экспериментальные исследования полевого кабелей систем связи показали, что:

- амплитуда помеховых сигналов, наведенных в кабелях, может приводить, к сбоям в работе аппаратуры, подключенной к кабельным линиям или выводить из строя входные элементы устройств, имеющие низкий уровень электрический прочности;

- амплитудно-временные характеристики наведенных помеховых сигналов достаточно сложным образом зависят от амплитудно-временных параметров воздействующих импульсов и ориентации кабелей относительно вектора воздействующего поля;

- частота воздействующей помехи лежит в области высоких частот (от 100 МГц до 1ГГц).

2. Существующие защитные средства не в полной мере позволяют обеспечить эффективную защиту систем СС от действия СШП ЭМИ, особенно имеющих в своём составе кабели без сплошных металлопокровов. Поэтому необходима либо их доработка, либо разработка целевым назначением принципиально новых защитных устройств.

3. Результаты выполненных исследований позволили сформулировать научно-обоснованные требования к аппаратным средствам защиты применительно к воздействию СШП ЭМИ для слаботочных систем связи, которые наиболее восприимчивы к действию данных поражающих факторов.

4. При воздействии СШП ЭМИ на СС в первую очередь следует выделить расширение частотного диапазона до нескольких десятков гигагерц. Это существенным образом изменяет стратегию защиты элементов систем связи. Более высокие частоты определяют повыше-ную проникающую способность электромагнитной волны через защитные барьеры и апертуры в них.

5. Наличие сверхвысоких частот в спектре воздействующих СШП ЭМИ предъявляют особые требования к фильтрующим и ограничивающим компонентам СС. Отличительной чертой этих компонентов является максимальное быстродействие, что будет способствовать минимальной задержке при реакции на возмущение. Требования к индуктивным и емкостным параметрам фильтров определяются исходя из желаемого диапазона подавления кондуктивных помех при одновременной минимизации паразитных параметров компонентов. Для ограничителей помех в качестве основного показателя выступает емкость ограничителя, которая для информационных цепей должна находиться на уровне единиц и долей пикофарад. Это требует разработки новой элементной базы для защиты систем связи при воздействии СШП ЭМИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проблема исследования кабельных коммуникаций систем связи устойчивых к воздействию сверхширокополосных электромагнитных импульсов стала особенно актуальной в связи с разработкой новых источников излучения электромагнитной энергии, которые характеризуются более высокими значениями электромагнитных полей и более короткими временными характеристиками, лежащими в наносекундной области.

2. Полученные результаты анализа состояния работ по рассматриваемой проблеме показали, что для обеспечения надежного функционирования систем связи в условиях воздействия СШП ЭМИ необходимо проведение комплекса исследований по оценке воздействия СШП ЭМИ на их кабельные коммуникации, разработка новых и уточнения существующих расчетных и экспериментальных моделей оценки воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии, а также определение амлитудно-временных характеристик токов и напряжений, наводимых в них при воздействии полей СШП ЭМИ.

3. На основе использования общих законов электродинамики и теории цепей с распределенными параметрами и анализа существующих методов расчета воздействия ЭМИ на кабельные коммуникации установлено, что:

- для расчетных оценок токов и напряжений, наводимых СШП ЭМИ в кабельных линиях, целесообразно использовать математический аппарат электродинамики и теории длинных линий, являющийся следствием уравнений Максвелла;

- для учета частотных зависимостей электрофизических характеристик кабельных линий при оценке воздействия СШП ЭМИ необходимо применять частотные методы с использованием прямого и обратного преобразования Фурье.

4. На основе проведенного анализа разработаны математические модели и программы расчета, позволяющие количественно оценивать воздействие СШП ЭМИ на сложные системы кабельных линий связи с учетом многообразия влияющих факторов, нелинейных нагрузок и реальных характеристик кабельных линий систем связи.

5. Предложены методы расчета амплитудно-временных параметров токов и напряжений, наводимых в кабельных линиях проложенных в грунте, с учетом специфики действия СШП ЭМИ. Показано, что задача по расчету реакции этих кабельных линий на данные воздействия может быть решена методом волновых каналов.

6. Разработаны и усовершенствованы математические модели воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии с различными типами экранов и получены аналитические формулы по расчету электрофизических характеристик кабельных линий связи.

Все разработанные математические модели реализованы на современных ЭВМ и позволяют оперативно рассчитать амплитудно-временные параметры токов и напряжений, наводимых в кабельных линиях систем связи.

7. Анализ методов обеспечения стойкости систем связи к СШП ЭМИ показал, что в настоящее время отсутствуют достаточно проверенные и апробированные средства защиты элементов СС от СШП ЭМИ. В связи с этим особенно актуальным является проведение экспериментальных исследований кабельных линий СС к воздействию СШП ЭМИ и разработке требований к средствам защиты их от таких воздействий.

8. Обоснован выбор объектов для проведения экспериментальных исследований на воздействие СШП ЭМИ: полевые кабели П-296, П-269 и П-247М.

9. Проведен анализ существующей экспериментальной базы для испытаний к воздействию СШП ЭМИ. Показано, что наиболее подходящим инструментом для испытаний на стойкость к воздействию СШП ЭМИ являются излучатели на базе антенных решеток из ТЕМ рупоров и отечественных полупроводниковых генераторов и соответственно определены средства для проведения экспериментальных исследований воздействия СШП ЭМИ на выбранные кабели:

- излучатель СШП ЭМИ в составе: бездисперсионной 4-х ТЕМ рупорной фазированной антенной системы; фидера - разветвителя для согласования генератора и антенной системы;

- измеритель параметров воздействия СШП ЭМИ на основе полоскового измерительного преобразователя;

- генераторы высоковольтных импульсов напряжения для возбуждения излучателя СШП ЭМИ;

10. Разработаны программы и методики экспериментальных исследований выбранных полевых кабельных линий связи на воздействие СШП ЭМИ.

11. С целью проверки обоснованности допущений и приближений, принятых в математических моделях, проведены экспериментальные исследования выбранных полевых кабелей П-296, П-269 и П-274М, анализ результатов которых показал, что:

- амплитуда помеховых сигналов, наведенных в кабелях, может приводить, к сбоям в работе аппаратуры, подключенной к кабельным линиям или выводить из строя входные элементы устройств, имеющие низкий уровень электрической прочности;

- амплитудно-временные характеристики наведенных помеховых сигналов достаточно сложным образом зависят от амплитудно-временных параметров воздействующих импульсов и ориентации кабелей относительно вектора воздействующего поля;

- частота воздействующей помехи лежит в области высоких частот (от 100

МГц до 1ГГц).

В связи с этим для защиты от СШП ЭМИ аппаратуры, подключенной к кабелям, можно рекомендовать использование фильтров низких частот на входе и выходе кабельной линии.

Сравнение результатов эксперимента с результатами расчета позволили сделать вывод о возможности использования разработанных математических моделей.

12. Анализ динамических характеристик существующих аппаратных средств защиты кабельных коммуникаций СС показал, что они в части быстродействия в ряде случаев не позволяют обеспечить эффективную защиту от СШП ЭМИ, особенно имеющих в своём составе кабели без сплошных металлопокро-вов.

13. Выполнен комплекс исследований амплитудно-временных параметров токов и напряжений, наводимых СШП ЭМИ в кабельных линиях СС, и на основе их анализа и обобщения результатов расчета разработаны научно обоснованные требования к средствам защиты для слаботочных систем СС, которые наиболее восприимчивы к действию данных поражающих факторов. Предложенные методы могут быть использованы при проектировании перспективных СС стойких к воздействию других мощных ЭМИ.

14. При воздействии СШП ЭМИ на кабельные линии СС в первую очередь следует выделить расширение частотного диапазона до нескольких десятков гигагерц.1 Это существенным образом изменяет стратегию защиты кабельных коммуникаций систем связи. Более высокие частоты определяют повышенную проникающую способность электромагнитной волны через защитные барьеры и апертуры в них.

15. Наличие сверхвысоких частот в спектре воздействующих СШП ЭМИ предъявляют особые требования к фильтрующим и ограничивающим компонентам СС. Отличительной чертой этих компонентов является максимальное быстродействие, что будет способствовать минимальной задержке при реакции на возмущение. Требования к индуктивным и емкостным параметрам фильтров определяются исходя из желаемого диапазона подавления кондуктивных помех при одновременной минимизации паразитных параметров компонентов. Для ограничителей помех в качестве основного показателя выступает емкость ограничителя, которая для кабельных линий СС должна находиться на уровне единиц и долей пикофарад. Это требует разработки новой элементной базы для защиты СС при воздействии СШПЭМИ.

16. Результаты выполненных исследований позволили сформулировать научно-обоснованные требования к аппаратным средствам защиты применительно к воздействию СШП ЭМИ для слаботочных систем связи, которые наиболее восприимчивы к действию данных поражающих факторов.

17. Основными научными результатами работы являются:

- метод расчета амплитудно-временных параметров токов и напряжений, наводимых, в кабельных линиях, проложенных в грунте, с учетом специфики действия сверхширокополосных электромагнитных импульсов;

- математические модели воздействия СШП ЭМИ на кабельные линии систем связи различной конструкции;

- математическая модель взаимодействия СШП ЭМИ с системами кабельных линии систем связи;

- математические модели оценки токов и напряжений, наводимых в кабельных линии систем связи с нелинейными граничными условиями;

- программы, методики и результаты экспериментальных исследований воздействия СШП ЭМИ на полевые кабели П-296, П-269, П-274М;

- технические требования к средствам защиты кабельных коммуникаций от поражающего действия СШП ЭМИ;

- научно обоснованные рекомендации для обеспечения требуемого уровня стойкости элементов СС к воздействию СШП ЭМИ.

18. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в НИР « Босфор», «Динамика», «Кулон» и др.(имеются три Акта внедрения).

19. Личный вклад автора в совместных работах состоит в следующем: получены результаты анализа стойкости систем связи к воздействию СШП ЭМИ; проведен анализ методов защиты от СШП ЭМИ, определены критерии оценки устойчивости систем связи к воздействию СШП ЭМИ; получены результаты исследования возможных угроз от ЭМИ, рекомендации по повышению устойчивости кабельных коммуникаций систем связи.

1. Л.У. Риккетс, Дж. Э. Бриджес, Дж. Майлетта Электромагнитный импульс и методы защиты / Перевод с английского. - М.: Атомиздат, 1979. -327 с.

2. Вэнс Э.Ф. Влияние электромагнитных полей на экранированные кабели / Пер. с англ.-М.: Радио и связь, 1982. 120 с.

3. Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. М.: Издательский Дом «Технологии», 2005.

4. Бородай П.Н., Курочкин В.Ф., Сахаров Ю.К. Исследование возможности создания мощного излучателя сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения // Технологии ЭМС. 2005. - № 4(15).

5. Разумов Л.Д. Определение напряжений и токов в жилах кабелей связи с щелевыми экранами // Электросвязь. 1985. - №7. - С. 27-35.

6. Антонов А.Д. Требования к средствам защиты аппаратуры от высокочастотных электромагнитных излучении // Сборник докладов 6 Российской НТК "Электромагнитная совместимость технических средств и биологические объектов". С-Пб: 2000. -С.203-207.

7. ГСИ. ГОСТ 8.256-77. Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерения. М.: Изд-во Госстандарта СССР, 1977.

8. Prather W.D., Baum C.E. et al. Ultra-Wideband Sources and Antennas: Present Technology, Future Challenges. Ultra-Wideband Short-Pulse Electromagnetics 3. Edited by C.Baum et.al. Plenum Press, New York, 1997.

9. Альбетков C.B., Сахаров К.Ю., Соколов А.А., Туркин В.А. Генератор мощных электромагнитных импульсов с субнаносекундным фронтом // ПТЭ. 1993. - №6.

10. Crawford M.L., Workman J.L. Using a TEM-cell for EMC measurement of electronic equipment. National Bureau of Standards. Technical Note 1013, April, 1979.

11. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. -М.: Связь, 1971.

12. Подосенов С.А., Соколов А.А. Излучение и измерение импульсных электромагнитных полей. М.: Компания Спутник+, 2000.

13. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М.: Советское радио, 1971.

14. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977.

15. Калиткин Н.Н. Численные методы. -М.: Наука, 1978.

16. MICROCAP. Electronic Circuit Analysis Program, Version 4.0, 1987.

17. Skaggs G.A. High Frequency Exposure Chamber for Radiobiological Research, NLR Memo. Rep. 2218, Feb. 1971.

18. Carbonini L. Comparison of Analysis of a WTEM Cell with standard ТЕМ Cell for Generating EM Fields, IEEE Trans, on EMC, vol. 35, no. 2, May 1993, pp. 255-263.

19. Коровкин H.B., Селина E.E, Расчет на ЭВМ электрических цепей с распределенными параметрами, зависящими от частоты // Сложные электромагнитные поля и электрические цепи. УФА. - 1982. - №10.

20. Рамм Г.С. Вычисление тока, возникающего в антеннах под действием распределенной ЭДС // ИЭСТ- №4 -5. С. 243-268. -С. 213.

21. Дифракция электромагнитных волн на некоторых телах вращения: Сб. статей / М.: Советское радио.

22. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.: АН СССР.

23. Senior Т.В. The Scattering of electromagnetic wave ly a Speraid, Can/I/Phys., vol.44,№47,1966,p.1353.

24. Ландау JI. Д.,Лифшиц E.M. Электродинамика сплошных сред.-М: Наука, 1992.-664 с.

25. Иванов Е.А. Дифракция электромагнитных волн на двух телах. Минск: Наука и техника, 1978. - 423 с.

26. Вайнштейн Л.А. Волны тока в тонком цилиндрическом проводнике // Ж.Т.У. -T.XXIX. -Вып.6. -1959. -С.673-688.

27. Лавров ГА., Князев АС. Приземные и подземные антенны. М.: Сов.радио, 1965.-472 с.

28. Алоллонский С.Н. Расчет электромагнитных экранирующих оболочек. -Л.; Энергоатомзидат, 1982. -144 с.

29. И.Аполлонский С.Н. Справочник по расчету электромагнитных экранов. -Л.: Энергоатомзидат, 1988. 224 с.

30. Михайлов М.И. и др. Электромагнитные влияния на сооружения связи / М.И. Михайлов, Л.Д.Разумов, С.А.Соколов. М.: Связь, 1979.-264 с.

31. Подосенов С.А., Соколов А.А. Нестационарное излучение V-образной антенны и линейного вибратора // Метрология. -1994. № 1. - С.26-34.

32. Mikheev O.V., Podosenov S.A., Sakharov K.Y., Sokolov А.А and Turkin V.A. "Approximate Calculation methods for pulse radiation of a TEM-horn array", IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 43, pp.67-74, Feb. 2001.

33. Михеев O.B., Сахаров К.Ю., Соколов А.А., Туркин В.А. Устройство для ввода высоковольтных импульсов напряжения в ТЕМ-рупорную антенну.

34. Farr E.G., Baum С.Е. et al. Multifunction impulse radiating antennas: theory and experiment, pp. 131-144, in Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnat-ics 4. Ed. by Heyman et al., Kluwer Academic / Plenum Publishers, N.Y., 1999.

35. Mikheev O.V., Podosenov S.A., Sakharov K.Yu., Svekis Y.G., Sokolov A.A., and Turkin V.A. "New method of calculating pulse radiation from an antenna with a reflector", IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol.39, no.l, pp. 48-54, Feb. 1997.

36. Mikheev O.V., Podosenov S.A., Sakharov K.Yu., Svekis Y.G., Sokolov A.A., Svekis Ya.G., Turkin V.A. Pulse Radiation of an Antenna with a Reflector. Thirteenth Internat. Wroclaw Symposium on EMC, June 25-28, 1996, pp. 102105.

37. Алмазов B.A., Груздев А.И., Комаров A.H. и др. Некоторые свойства терморезисторов на основе титаната бария.- Прикладная физика, 2001, №5, с. 21-23.

38. Алмазов В.А., Брусакова И.В., Дегтярев Д.А., Остапенко С.А. Оценка воздействия ЭМИ высотного ядерного взрыва на воздушные линии.-Технологии электромагнитной совместимости, 2005, №1, с.

39. Shlager K.L., Smith G.S., and Maloney Y.G.,. "Accurate analisis of ТЕМ horn antennas for pulse radiation", IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 38, pp.414-423, Aug. 1996.

40. Белоус В. Нейтронный залп // Советская Россия.- 4 января 1991 г.

41. Вайнштейн JI.A. Волны тока в тонком цилиндрическом проводни-ке//Ж.Т.У.-1959.-T.XXIX, вып. 6.-е. 673-688.

42. Wedepohl L.H., Wilcox D.I. Transient analysis of underground power trans-miisions//Proc. IEE. 1983. №120(2). P.253-257

43. Дифракция электромагнитных волн на некоторых телах враще-ния.//Сборник статей.-М.'.Советское радио, 1948.-146 с.

44. M.Abramovitz and I.Stegin, Habdboor or Mathematiral Functions, National Bureau of Standarts. 1964.

45. A. Agrawul, N. Price, S. Gurbaxani. Transient Resnonce of Multiordactor Transmissio linesn Exuter a nonniform Elektromagnetic Feld. IEEE Trans on Elektromagnetic Compatibility, vol. EMC-22, NO 2 mag 1980, p. 119-129.

46. Михайлов М.И и др. Разумов Л.Д., Соколов С.А. Защита сооружений связи от опасных и мешающих влияний / М.И.Михайлов, Л.Д.Разумов, С.А.Соколов. М.: Связь, 1978. - 288 с.

47. Изделие «Джоуль-28». Технические условия ЕАИГ.674361.004.ТУ, 1989. -112 с.

48. Алмазов В.А., Зеленов В.Е., Мирошниченко В.П. и др. Защита электрооборудования от перенапряжений. Прикладная физика, 2001, №5, с. 5456.

49. Бернас С., Цек 3. Математические модели элементов электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1982. - 312 с.

50. Дмитриев В.И., Стрижевский И.В. Теория и расчет влияния электрофи-цированной железной дороги на подземные металлические сооружения. -М.:Транспорт, 1967. 247 с.

51. Иванов Е.А. Дифракция электромагнитных волн на двух телах. Минск: Наука и техника, 1978. - 423 с.

52. Костенко М.В., Кадомская К.П., Левинштейн М.Л., и др. Перенапряжения и защита от них в воздушных и кабельных электропередачах высокого напряжения. Л.: Наука, 1988.-302 с.

53. Костенко М.В., Гумерова Н.И., Данилин А.Н. и др. Волновые прцессы и перенапряжения в подземных кабельных линиях,- СПб.: Энергоатомиздат, 1991.- 232 с.

54. Коровкин Н.В., Селина Е.Е. Расчет на ЭВМ электрических цепей с распределенными параметрами, зависящими от частоты//Сложные электромагнитные поля и электрические цепи. -УФА, 1982.-№10.-с.81-89.

55. Baum С.Е. Simulator Types and Facilities, Miscellaneous Simulator Memos, Memo 7, February 1976.

56. Ваиш С.Е. Prolog to From the Electromagnetic Pulse to High-Power Electromagnetics, Proceedings of the IEEE, vol. 80, no. 6, June 1992.

57. Prather W.D., Baum C.E., Torres R.J., Sabath F., Nitsch D. Survey of worldwide high-power wideband capabilities. IEEE Trans, on EMC, vol. 46, no. 3, pp. 335-344, Aug. 2004.

58. Leferink F.B.J. High field strength in a large volume: the balanced stripline ТЕМ antenna. 1998 IEEE EMC Symposium, Denver, 1998. Symposium Record, vol. 1, pp. 350-354.

59. Gubanov V.P., Korovin S.D., Pegel I.V. et. Al., "Compact 1000 pps high-voltage nanosecond pulse generator", IEEE Trans, on Plasma Science, vol. 25, no. 2, pp. 258-265.

60. Yang F.C. and Lee K.S.H., "Impedance of a two-conical-plate transmission line", Sensor Simulation Notes, Nov. 1976.

61. Подосенов С.А., Соколов А.А. О нестационарном излучении проволочной антенны бегущей волны // Зарубежная радиоэлектроника. 1995. -№4-С.12-18.

62. Содин Л.Г. Импульсное излучение антенны // Радиотехника и электроника. .-1998. Т.43. - №2- С. 166-174.

63. Ерохин Г.А. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн / Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. М.: Радио и связь, 1996. - 352с.

64. Baum С.Е. "Radiation of Impuls-Like Transient Fields", Sensor and Simulation Note 321, November 1989.

65. Сливков И.Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме. М.: Энер-гоатомиздат, 1986.

66. Champney P.D'S et al., "The development and testing of subnanosecond-rise kilohertz oil switches", in Proc. 8th IEEE Pulse Power Conf., June 1991.

67. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Визирь В.А. и др. Генератор гигаваттных импульсов сверхширокополосного излучения // ПТЭ. 2000. - № 2. -С.82-88.

68. Беличенко В.П., Буянов Ю.И., Кошелев В.И., Плиско В.В. О возможности расширения полосы пропускания малогабаритных излучателей // Радиоэлектроника. 1999. Т.44. - № 2. - С. 178-184.

69. Бородай П.Н., Курочкин В.Ф., Сахаров К.Ю. Исследование возможности создания мощного излучателя сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения // Технологии ЭМС, № 4 (15), 2005,- С.25-29.

70. Курочкин В.Ф., Мырова JI.O. Прогнозирование тактики применения современных источников СШПЭМИ, определение перечня возможных угроз и методов защиты от них средств связи, автоматизации и управления //Технологии. ЭМС, №4 (15), 2005.-С.20-25

71. Курочкин В.Ф., Мырова JI.O. Проблема устойчивости информационных систем управления к воздействию СШП ЭМИ БМ // КомпьюЛог, № 3 (69), 2005.- С. 28-33.

72. Курочкин В.Ф. Воздействие сверхширокополосного импульсного электромагнитного излучения на персональные компьютеры // КомпьюЛог, № 6 (72), 2005.-С. 35-39.

73. Курочкин В.Ф. Основные результаты исследований по проблеме защиты кабельных коммуникаций систем связи от СШП ЭМИ // Информационные и телекоммуникационные технологии. 2006. - №2.- С. 24-33.

74. Михеев О.В. Средства измерений и методы испытаний телекоммуникационных систем в условиях воздействия электромагнитных импульсов с субнаносекундной длительностью фронта: Диссертация кандидата технических наук. М., 2006. - 153 с.

75. Туркин В.А. Разработка излучателей сверхкоротких электромагнитных импульсов для испытаний радиотехнической аппаратуры: Диссертация кандидата технических наук. М., 2006. - 163 с.

76. Тяпин М.С. Экспериментальные исследования радиотехнических устройств на воздействие сверхширокополосных электромагнитных импульсов и разработка рекомендаций по обеспечению их стойкости: Диссертация кандидата технических наук. М., 2007. - 207 с.

77. Результаты экспериментальных исследованиий воздействия сверхширокополосных электромагнитных импульсов на полевые кабели П-296, П-269, П-274М

78. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ При экспериментальных исследованиях использовались средства измерений и вспомогательное оборудование, приведенное в табл. 1.