1. Голиусов а.А., Дубровин а.С., Лавлинский в.В., Рогозин е.А. Методические основы проектирования программных систем защиты информации. Воронеж: вирэ, 2002. 96 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко, Н.В. Герасимова

ФЕРРИТОВЫЙ МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ВЕНТИЛЬ

Изложены возможность построения невзаимных приборов на основе ферритовых материалов в СВЧ диапазоне, конструктивные и технологические особенности, принципы выбора ферримагнитных материалов

В настоящее время широко применяют невзаимные устройства на базе многоплечных сочленений линий передачи с ферритовыми или ферритодиэлектрическими образцами - циркуляторы, вентили, обеспечивающие направленную передачу энергии из входного плеча в одно из соседних.

Магнитные устройства (вентили, циркуляторы и др.) стали необходимыми элементами измерительных приборов и исследовательских установок, используемых в СВЧ диапазоне. Применение вентилей для защиты генераторов в таких приборах вместо использовавшихся ранее простых (взаимных) аттенюаторов, пожирающих мощность прямой волны, дает большой выигрыш в точности и чувствительности.

Принцип действия ферритовых развязывающих приборов состоит в том, что электромагнитная энергия с входа на выход проходит практически без потерь (или с малыми потерями) и не проходит с выхода на вход, поглощаясь в самом приборе или в специальной нагрузке, что и обуславливает невзаимность. Это устройства, у которых вход развязан с выходом. В таких приборах невзаимность создается намагниченным ферритом.

Развязывающие невзаимные приборы СВЧ конструируются на основе ферритовых материалов, разработанных для определенного диапазона частот. Поликристаллические ферриты, получаемые спеканием смеси окиси железа Fe₂О₃ с окислами других металлов (Ni, Zn, Mn, Mg, Cu, Li и др.), принадлежат к ферримагнетикам, у которых некомпенсированные спины электронов соседних атомов посредством обменных сил ориентируются антипараллельно. В кристаллической решетке в этом случае можно выделить несколько подрешеток, каждая из которых имеет свой магнитный момент. У ферримагнетиков магнитные моменты одних подрешеток преобладают над антипараллельными им магнитными моментами других. Некомпенсированный момент определяет величину спонтанной намагниченности ферритов.

По химическому составу ферриты СВЧ представляют собой твердые растворы окислов металлов и Fe₂O₃, которые кристаллизуются в решетки либо типа шпинели (Ме²О • Fe₂O₃, где Me² - ион двухвалентного металла), либо типа граната (3Ме₂³О₃ •5Fe₂O₃, где Me³ - трехвалентный ион редкоземельного металла, обычно это Y, Gd, Еu).

Получение тех или иных заданных свойств обычно достигается созданием смешенных ферритов никель-цинковых, магний-марганцевых и др. феррошпинелей, иттрий-гадолиниевых феррогранатов и т. д. Для снижения спонтанной намагниченности насыщения ферриты разбавляют, например, окислами алюминия (ферроалюминаты) или хрома (феррохромиты).

Возможность построения невзаимных приборов на основе ферритовых материалов обусловлена уникальной для СВЧ полей магнитной проницаемостью этих материалов, находящихся в намагниченном состоянии.

Выбор марки материала феррита, и оценка его работоспособности в различных условиях окружающей среды, является наиболее важный задачей для конструктора и обусловливает совокупностью электромагнитных (электрических и магнитных) параметров.

Вентиль ферритовый микрополосковый предназначен для работы в аппаратуре в качестве развязывающего устройства, включается в СВЧ тракт со стандартным волновым сопротивлением 50 Ом и обеспечивает устойчивую работу всего изделия. Имеет рабочую полосу частот от 1550 до 1750 МГц и среднюю частоту f_cp = 1650 МГц, что определяет широкополосность прибора – 12 %. Максимально допустимые значения рабочей полосы частот составляют для дорезонансных вентилей 15 % . Заданная рабочая полоса частот определяет метод расчета конструкции вентиля. Широкополосность прибора, работающего в области магнитных полей до ферромагнитного резонанса, т.е. в области ненасыщенного феррита, а также требования к прямым и обратным потерям обеспечиваются выбором марки феррита с малым значением намагниченности насыщения - М50СЧ1-1. Для расширения полосы частот вентиля необходимо улучшать его согласование с помощью нанесения на его поверхность замедляющей структуры, расположенной в центральной области Y-сочленения и согласованными расширяющими трансформаторными шлейфами, выполненными в виде микрополосковых комбинаций планарно-распределенных индуктивных и емкостных элементов.

Принцип работы вентиля основан на уникальных свойствах ферритовых материалов. Это развязывающее невзаимное устройство электромагнитная энергия в котором с входа на выход проходит практически без потерь (или с малыми потерями) и не проходит с выхода на вход, поглощаясь специальной нагрузке R1 или в самом приборе. Это устройство, у которого вход развязан с выходом. Невзаимность в них создается намагниченным ферритом. Вентиль обеспечивает хорошую стабильность частоты и уровня мощности.

Электрическая принципиальная схема вентиля представлена на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема вентиля

Конструктивная схема вентиля включает в себя три одинаковые подводящие линии передачи, подключенные под углом 120° относительно друг друга, ферритовый резонатор W1, закрепленный строго по центру разветвления, образует магнитную систему магнитную систему.

Магнитная система ферритовых развязывающих приборов является одним из важных конструктивных узлов и во многих случаях определяет их массогабаритные характеристики. В качестве магнитных систем используются постоянные магниты.

Физический принцип работы вентиля может быть объяснен явлением дифракции плоской электромагнитной волны на ферритовом диске. При подаче сигнала на входное плечо на феррит падает плоская волна. Электрическое поле может быть представлено суммой падающей и рассеянной волн. Его амплитудное распределение на внешней поверхности феррита определяется длиной волны, диаметром феррита и его электромагнитными параметрами. При правильном подборе этих величин дифракционная картина стоячих волн на поверхности феррита имеет вид, показанный на рис. 2, а. Эта картина соответствует наличию в спектре электрического поля двух азимутальных пространственных гармоник, имеющих одинаковые амплитуды и разные направления распространения. А при подмагничивании феррита происходит изменение фазовых соотношений между этими гармониками, и узлы дифракционной картины смещаются по углу.

Так как компоненты тензора магнитной проницаемости зависят от величины подмагничивающего поля, то рассчитанным определенным значением этой величины добиваются смещения картины стоячей волны четко на центр развязанного плеча (рис. 2, б). В центрах входного и выходного плеч значения электрического поля приблизительно равны друг другу по амплитуде и противоположны по фазе и СВЧ электромагнитная энергия распространяется с малыми потерями в направлении, указанном стрелками.

а б

Рис. 2. Распределение электрического поля

электромагнитной волны

а - дифракционная картина стоячих волн на поверхности ненамагниченного феррита; б - смещение картины стоячей волны на поверхности намагниченного феррита на центр развязанного плеча

Таким образом, при заданных длине волны и диэлектрической проницаемости феррита диаметр подбирается так, чтобы обеспечить равенство амплитуд обеих пространственных гармоник. Правильный выбор величины внешнего магнитного поля смещает один из узлов в центр развязанного плеча, обеспечивая максимальную развязку при минимальных потерях. При изменении направления подмагничивающего поля на обратное картина распределения электрического поля поворачивается на 120°, в результате чего развязанное плечо становится выходным.

Согласующие линии с трансформаторными шлейфами, выполненные в виде микрополосковых емкостных элементов с С1 по СЗ, служат для расширения полосы рабочих частот, т.е. улучшения согласования работы вентиля.

При уровне пропускаемой мощности 30 Вт для получения требуемого параметра целесообразно использование конструкции с уменьшенной величиной диаметра феррита с применением замедляющих структур. Так как режим работы вентиля происходит на низком уровне мощности, то отпадает необходимость в применении систем принудительного охлаждения, что заметно облегчает массу и уменьшает габариты изделия.

Габариты и масса вентиля обусловливают компактность конструкции. Уменьшенный диаметр ферритового диска является оптимальным с учетом требования по мощности. Микрополосковые платы с емкостными элементами и нагрузкой также имеют минимальные размеры и массу.

Прямые потери, развязка между входом и выходом, КСВН входа и выхода вентиля обусловлены выбором марки феррита с малым значением намагниченности насыщения - М50СЧ1-1 и величиной его диаметра. При указанной марке феррита, подбирается марка магнита - М21СА320-2 с его параметрами, такими как величина и направление подмагничивающего поля, а также диаметр и высота. Правильный расчет величины магнитного поля в развязанном плече обеспечивает максимальную развязку при минимальных потерях. Направление циркуляции определяет направление подмагничивающего поля. Отсюда следует конструктивное расположение на приборе входа и выхода.

В СВЧ ферритовых развязывающих приборах используют ферритовые детали в виде пластин прямоугольной формы, дисков с определенными размерами диаметра и толщины, которые получают при помощи механической обработке (резке, шлифовании, полировке) заготовок. Так как ферриты представляют собой твердые и хрупкие материалы, их обработка осуществляется целым комплексом технологических операций, обеспечивающим необходимые электрические параметры.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Турецкий, Н.В. Ципина, О.А. Черных

ДВУХКАНАЛЬНАЯ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКАЯ

ПРИСТАВКА К ПК

Современные радиоэлектронные средства отличаются своей конструкцией. В связи с быстрым ростом развития высоких технологий появляется необходимость в усовершенствовании радиоэлектронных средств. В данной работе рассматриваются вопросы конструирования двухканальной осциллографической приставки к ПК

Известно, что хорошо наладить некоторые устройства без осциллографа весьма проблематично. Однако осциллографы довольно дороги, громоздки и не мобильны, поэтому при наличии IBM – совместимый компьютер, значительно дешевле собрать относительно не сложную приставку к нему.

Целью данной работы является конструирование двухканальной осциллографической приставки к ПК.

В связи с компактными размерами и простотой в использовании эти приборы становятся просто идеальным инструментом для оперативных измерений, когда рабочее место ограничено или транспортировка измерительной аппаратуры к объекту измерений требует существенных как материальных, так и физических затрат.

Предлагаемая двухканальная осциллографическая приставка к ПК предназначена для наблюдения и исследования формы электрических сигналов, измерения временных и амплитудных характеристик электрических процессов. Полоса пропускания каждого из каналов – 0...50 МГц, коэффициент отклонения луча – 0,1...20 В/дел., входное сопротивление – 1 МОм, входная емкость – 20 пФ, длительность развертки – от 0,1 мхе до 100 мс/дел. Минимальные требования к ПК: 386, VGA, принтерный порт, MS DOS 3.3.

В рамках данной работы был разработан диагностический прибор для проверки узлов инжекторного двигателя на базе малогабаритных специализированных микросхем, изготовленных, в том числе и по КМОП – структуре.

Конструктивно двухканальная осциллографическая приставка состоит из корпуса, верхней крышки, печатной платы. Изготовление корпуса и крышки производятся из ударопрочного полистирола марки УПС–825ТГ ТУ 6–058–1901–81 [1], методом литья под давлением.

На дне основания корпуса крепится плата с ЭРЭ на стойках. Крепление ее к корпусу производится с помощью винтов 2,5 8.01 ГОСТ 10621-80. На передней панели располагаются органы управления прибором. Оформление внешнего вида передней панели соответствует требованиям технической эстетики и эргономики. На ней установлены разъемы типа СР50–73ФВ, переключатели МТ1, П2Г-3-8П3Н, ПГ7–36–16П1НВ, переменные резисторы СП–0,4–4,7 кОм, на которые одеваются ручки 41005–1 Platan. Крышка к корпусу крепится шурупами 1–3 45.016 ГОСТ 1144–80. Работа с прибором интуитивно понятна и проста.

Печатные платы с ЭРЭ покрывают лаковым покрытием с целью избежания окисления и коррозии выводов и печатных проводников.

При выборе и обосновании конструкции прибора учтены следующие общие требования конструирования:

– максимальная эксплуатационная надежность;

– минимизация малогабаритных показателей конструкции и унификации ее деталей;

– обеспечение легкого доступа к электрорадиоэлементам для контроля, ремонта и обслуживания прибора;

– минимизация взаимодействия тепловых полей, возникающих вследствие нагрева отдельных электрорадиоэлементов;

– обеспечение минимальных паразитных электромагнитных взаимосвязей, способных существенно изменить нормальное функционирование устройства.

Дальнейшее усовершенствование осциллографической приставки может идти по пути применения более современного контроллера в схеме с целью подключения приставки к USB-разъему и усовершенствования программного обеспечения с целью повышения функциональных возможностей.

Литература

1. Хабаров А. Двухканальная осциллографическая приставка к ПК// Радио, 2003. № 4. С. 23–25.

2. Рубашка В. Двухканальная осциллографическая приставка к ПК// Радио, 2004. № 12. С. 26,27.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

С.И. Попов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ УЯЗВИМОСТЕЙ

В ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

В статье проведен анализ открытых литературных источников по проблеме обеспечения безопасности информации с точки зрения определения информационных уязвимостей в локальных вычислительных сетях различной конфигурации

При рассмотрении особенностей локальных вычислительных сетей (ЛВС), которые имеют большое значение для выявления каналов несанкционированного доступа (НСД), определяющей является топология ЛВС.

Основными топологиями, используемыми при построении ЛВС, являются топологии типа "звезда", "общая шина" и "кольцо".

При использовании топологии типа «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству - концентратору.

Сеть состоит из одного узла-концентратора и нескольких, соединенных с ним терминальных узлов, непосредственно между собой не связанных. Один из несколько терминальных узлов могут являться концентраторами другой сети, в этом случае сеть приобретает древовидную топологию.

Управление сетью полностью осуществляется концентратором и осуществляется с помощью процедуры опроса: концентратор через определенные промежутки времени опрашивает терминальные станции - есть ли для него сообщение. Если есть, то терминальная станция передает сообщение на концентратор, если нет - то осуществляется опрос следующей станции. Концентратор в свою очередь может передать сообщение одному или нескольким терминальным станциям в любой момент времени, а терминальные узлы могут связываться между собой только через него. Обычно на терминальных узлах выполняется лишь локальная обработка данных, а обработка данных, имеющих отношение ко всей сети, осуществляется на концентраторе.

Топология "общая шина" предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. Все компьютеры в сети одновременно настроены на прием сообщения, но каждый узел может принять только то сообщение, которое предназначено только ему. Адрес идентифицируется контроллером сети, при этом в сети может быть только один узел с заданным адресом. Если два узла одновременно заняты передачей сообщения (коллизия пакетов), то один из них или оба ее прекращают, ожидают случайный интервал времени, затем возобновляют попытку передачи (метод разрешения конфликтов). Возможен другой случай - в момент передачи каким-либо узлом сообщения по сети, другие узлы начать передачу не могут (метод предотвращения конфликтов).

В случае использования топологии "кольцо" сеть строится в виде замкнутого контура однонаправленных каналов между станциями. В структуре передаваемого сообщения содержится адресная и управляющая информация, на основании которой станция принимает решение сделать копию сообщения и убрать его из кольца либо передать по выходному каналу на соседний узел. Если в текущий момент не передается никакого сообщения, станция сама может передать сообщение.

В кольцевых сетях используется несколько различных способов управления:

- гирляндная - управляющая информация передается по отдельным совокупностям (цепям) компьютеров кольца:

- управляющий маркер - управляющая информация оформляется в виде определенного битового шаблона, циркулирующего по кольцу (наиболее распространенный способ, получивший название token ring):

- сегментная - по кольцу циркулирует последовательность сегментов. Обнаружив пустой, станция может поместить в него сообщение и передать в сеть;

- вставка регистров - сообщение загружается в регистр сдвига и передается в сеть, когда кольцо свободно.

Результаты анализа особенностей топологии ЛВС с точки зрения информационной уязвимости представлены в таблице 1.

Описанные особенности основных топологий ЛВС и различные принципы передачи данных в них структурированы в рамках единой концептуальной модели взаимодействия открытых систем (OSI), которая содержит сеть уровней взаимодействия (снизу вверх): физический, канальный (или передачи данных), сетевой, транспортный, сеансовый, представительный, прикладной.

Таблица 1

Особенности топологии ЛВС с точки зрения информационной

уязвимости

Особенности топологии	"Звезда"	"Общая шина"	"Кольцо"
Достоин-ства	Легкость подключения новых устройств без реконфигурации сети. Центральный узел может осу-ществлять коммутацию каналов, сообщений и пакетов.	Нет центрального узла. Разрыв шины, изоляция одного устройства не влияют на работу остальных. Легкость расширения.	Нет центрального узла, с которым ассоциируются проблемы безопасности. Каждый узел имеет равноправные возможности для передачи сообщений.
Недостат-ки	В случае сбоя на центральном узле вся сеть выходит из строя. Центральный узел требует жесткой физической и логической защиты. Установленное соответствие "точка - точка", широковещательные передачи невозможны.	Пропускная способность может снижаться при повышении нагрузки. Возможность прослушивания сообщений, предназначенных другим узлам. Необходимы более жесткие средства аутентификации.	Разрыв кольца выводит систему из строя. При добавлении узла требуется реконфигурация сети. Передача сообщений через другие узлы снижает безопасность сети

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижних уровней. При этом каждая пара

уровней с помощью служебной информации в сообщениях устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей низких. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций.

Международный институт инженеров по электротехнике и электронике (1ЕЕЕ) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях (стандарты серии IЕЕЕ802). Практический интерес представляют стандарты IЕЕЕ802.3, IЕЕЕ802.4 и IЕЕЕ802.5, которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.

Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, Arcnet и Token Ring, которые основаны на стандартах IЕЕЕ802.3, IЕЕЕ802.4 и IЕЕЕ802.5 соответственно. Все они достаточно подробно рассмотрены в различных изданиях [1].

В различных источниках классификация угроз безопасности информации в ЛВС рассматривается с различных точек зрения, поэтому существует множество подходов к описанию способов НСД.

Комплексное рассмотрение вопросов определения информационной уязвимости в ЛВС нашло свое отражение в так называемой архитектуре безопасности (рекомендации МККТТ Х.800), которая является расширением эталонной модели взаимосвязи открытых систем (OSI). Поэтому в рамках указанной архитектуры и целесообразно рассматривать угрозы безопасности [2].

Под угрозой безопасности информации в ЛВС понимается действие или событие, которое может привести к разрушению, искажению и несанкционированному использованию ресурсов сети, включая хранимую, передаваемую и обрабатываемую информацию, а также программные и аппаратные средства. Угрозы принято делить на случайные (непреднамеренные) и умышленные (преднамеренные).

Источником первых могут быть ошибки в программном обеспечении, выходы из строя аппаратных средств, неправильные действия пользователей или администрации сети и т.п.

Умышленные угрозы, в отличие от случайных, преследуют цель нанесения ущерба пользователям (абонентам) сети и, в свою очередь, подразделяются на активные и пассивные.

Пассивные угрозы, как правило, направлены на несанкционированное использование информационных ресурсов, не оказывая при этом влияния на ее функционирование. Пассивной угрозой является, например, попытка получения информации, циркулирующей в каналах передачи данных, посредством прослушивания последних.

Активные угрозы имеют цель нарушения нормального процесса функционирования сети посредством целенаправленного воздействия на ее аппаратные, программные и информационные ресурсы. К активным угрозам относят, например, разрушение или радиоэлектронное подавление линий связи сети передачи с коммутацией пакетов, искажение сведений в пользовательских базах данных или системной информации сети, разрушение или искажение операционной системы сети включая нарушения протоколов обмена информацией внутри ЛВС) и т.п. Источниками таких угроз могут быть непосредственные действия злоумышленников, программные вирусы и т.п.

Искажение или ввод ложной информации, как правило, реализуется посредством внесения несанкционированных изменений в базы данных, в результате чего ее потребитель вынужден либо отказываться от нее, либо предпринимать дополнительные усилия для выявления изменений и постановления истинных сведений. В случае использования несанкционированно измененной информации потребитель подвергается опасности принятия неверных решений со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Несанкционированное использование ресурсов сети, с одной стороны, является средством нарушения конфиденциальности или целостности информации, а с другой - имеет самостоятельное значение, поскольку, даже не касаясь пользовательской или системной информации, можно нанести определенный ущерб абонентам или администрации сети.

Ошибочное использование ресурсов сети, будучи санкционированным, тем не менее, может привести к нарушению конфиденциальности и доступности указанных ресурсов. Данная угроза, чаще всего является следствием ошибок, имеющихся в программном обеспечении сети.

Несанкционированный обмен информации между абонентами сети, может привести к получению одним из них сведений, доступ к которым ему запрещен, что по своим последствиям равносильно нарушению конфиденциальности информации. Отказ от информации состоит в непризнании получателем (или отправителем этой информации) фактов ее получения или отправки соответственно.

Нарушение доступности представляет собой весьма существенную и достаточно распространенную угрозу, источником которой является сама сеть. Подобное нарушение особенно опасно в ситуациях, когда задержка с предоставлением ресурсов сети абоненту может привести к тяжелым для него последствиям. Так, отсутствие у абонента данных, необходимых для принятия решения, в течение периода времени, когда это решение еще может быть эффективно реализовано, может стать причиной его нерациональных действий.

Все множество потенциальных угроз по природе происхождения разделяются на два класса: естественные и искусственные. Естественные угрозы безопасности - это угрозы, вызванные физическими действиями на ЛВС и ее элементы стихийных природных явлений, не зависящих от человека. Более широк и опасен круг искусственных угроз информации в ЛВС, вызванных человеческой деятельностью, среди которых исходя из мотивов можно выделить:

- непреднамеренные (неумышленные) угрозы информации, вызванные ошибками в проектировании элементов сети и их программного обеспечения, случайными сбоями в работе технических средств и линий связи, воздействием на аппаратуру электромагнитных излучений при несоблюдении условий электромагнитной совместимости;

- преднамеренные (умышленные) угрозы информации, обусловленные возможностями контактного (физического, программно-математического) и бесконтактного (за счет физико-технических условий выделения информации) несанкционированного доступа (НСД) к ЛВС.

При бесконтактном доступе к информации возможные угрозы безопасности информации реализуются путем перехвата речевой информации в основном по акустическому каналу, визуальным наблюдением за элементами ЛВС, перехватом побочных электромагнитных излучений и наводок, перехватом информации в радиосетях связи.

При контактном НСД возможные угрозы безопасности информации реализуются как с использованием доступа, так и с использованием скрытых каналов.

При использовании доступа возможные угрозы безопасности информации реализуются путем:

- воздействия на ЛВС в целом, воздействия на ее элементы (в том числе на программное обеспечение);

- воздействия на каналы передачи данных;

- воздействия на систему полномочий (разрешений) пользователей сети.

Максимальными правами доступа в локальной вычислительной сети обладает администратор. Поэтому обычно задачей субъекта НСД является вскрытие пароля администратора и работа под его именем. Как было сказано ранее наиболее мощным программным инструментом управления сетью, обычно имеющимся в распоряжении администратора сети, являются, так называемые, "анализаторы протоколов сети", которые позволяют осуществлять следующие действия:

- удаленное управление ресурсами сети, доступ к узлам и ресурсам распределения сети;

- сбор статистических сведений о сетевом трафике;

- декодирование пакетов, пересылающихся в сети;

- проведение фильтрации данных во время их перехвата для следующего анализа.

Следует отметить, что доступ к информации в сети возможен также без обладания правами администратора. Если в сети не применяется никаких специальных мер защиты передаваемой информации по линиям связи, то для успешного НСД необходимы только знания характеристик интерфейса физического уровня и протоколов обмена информацией. Эта информация содержится в различных технических описаниях и стандартах, а также в алгоритмах анализаторов сетевых протоколов.

Возможные проявления различных видов угроз, представленных и описанных ранее зависят от многих аспектов:

- архитектуры (структуры) ЛВС;

- используемых протоколов (обмена, маршрутизации и т.п.) в сети;

- используемых видов линий связи ("витая пара", коаксиальный кабель, оптическое волокно).

В процессе анализа открытых литературных источников необходимо отметить, что основными направлениями НСД являются:

- модификация сетевого программного обеспечения, путем скрытного добавления новых функций;

- выдача субъектом НСД себя за санкционированного пользователя, для использования его полномочий;

- формирование сообщений об отказе от факта получения информации, которая на самом деле была получена или выдача ложных сведений о времени ее получения;

- формирование сообщения об отказе от формирования информации;

- формирование сообщения о том, что получателю в определенный момент времени была послана информация, которая на самом деле сформирована самим же нарушителем;

- несанкционированное расширение своих законных полномочий;

- несанкционированное изменение полномочий других пользователей (запись несуществующих пользователей, ограничение или расширение существующих полномочий);

- подключение к линиям связи между другими пользователями в качестве активного ретранслятора;

- сокрытие факта наличия некоторой информации (скрытая передача) в другой информации (открытая передача);

- изучение сведений о том кто, когда и к какой информации, аппаратуре или ресурсам сети получает доступ (анализ трафика);

- принудительное нарушение протокола с помощью введения ложной информации;

- перехват электронных излучений;

- принудительное электромагнитное облучение (подсветка) линий связи с целью получения паразитной модуляции несущей;

- хищение носителей информации и производственных отходов;

- считывание данных в массивах других пользователей;

- чтение остаточной информации в памяти системы после выполнения санкционированных запросов;

- использование недостатков языков программирования сетевых приложений и сетевых операционных систем;

- включение в библиотеки программ специальных блоков типа "троянский конь", "логическая бомба" или программных вирусов.

Обобщенно процесс реализации угроз НСД можно охарактеризовать следующим образом:

- сбор сведений о системе в целом;

- изучение системы защиты информации (СЗИ) в ЛВС и выделение слабых мест;

- анализ и разработка средств воздействия на СЗИ, используя новые информационные технологии, т.е. преодоление средств защиты происходит там, где субъект НСД имеет более мощные программно-технические средства;

- разработка средств воздействия на информацию;

- попытки вхождения в сеть, преодоление средств защиты и осуществление требуемого воздействия на информационный ресурс пользователей сети или общий сетевой ресурс.

Сбор сведений, в общем случае, осуществляется следующими путями:

- подбором соучастников, подслушиванием разговоров;

- изучением утерянных инструкций, документов;

- анализом периодических изданий по программному и аппаратному обеспечению вычислительных сетей и технической документации;

- перехватом сообщений передаваемых в ЛВС, в том числе ключей и паролей;

- организация краж с целью получения информации для последующего вхождения в ЛВС.

После получения необходимого объема предварительной информации осуществляется непосредственное вторжение в ЛВС. Используемые средства при этом зависят от количества информации, ее подлинности (достоверности), от разницы во времени между ее получением и попытками входа в ЛВС.

Так как практически все используемые в настоящее время сетевые операционные системы имеют систему разграничения доступа, то наиболее трудным шагом при НСД в ЛВС является добывание паролей пользователей и в первую очередь администратора сети. Иногда эта задача может быть легко выполнена благодаря плохой организации процедуры выдачи разрешений на доступ к базам данных ЛВС. Также халатное отношение пользователей к хранению паролей и ключей является облегчением пути вхождения в сеть при НСД (например, вписывание пароля в bat-файл входа в сеть). Кроме того, недостатки самих паролей дают возможность их раскрытия при наборе пароля на клавиатуре, при ошибочных исправлениях, в процессе раздачи паролей, во время замены утерянного пароля, а также при отсутствии регистрации нарушений при вхождении или когда одинаковый пароль используется неоднократно в одной и той же сети для различных пользователей.

Субъект НСД при вторжении в вычислительную сеть может использовать как пассивные, так и активные методы вторжения.

При пассивном вторжении субъект НСД только наблюдает за прохождением информации по линии связи, не вторгаясь ни в информационный поток, ни в содержание передаваемой информации. Как правило, субъект НСД выполняет анализ трафика, фиксируя пункты назначения и идентификаторы, или только факт прохождения сообщения, его длину и частоту обмена, если содержимое сообщения нераспознаваемо.

При активном вторжении нарушитель стремится подменить информацию, передаваемую в сообщении. Он может выборочно модифицировать или добавить правильное или неправильное сообщение, удалить, задержать все сообщения, передаваемые по сети.

В случае пассивного вторжения злоумышленник только наблюдает за сообщениями, передаваемыми по линии связи, не нарушая их передачу. Даже если не понятны сами данные, то субъект НСД может наблюдать за управляющей информацией, которая сопровождает сообщения, и таким образом выявить ряд важных характеристик сети. Так он может определять длину сообщений, время отправления, частоту информационного обмена.

Таким образом, на основе анализа открытых литературных источников определены основные угрозы НСД, которые позволяют проектировать системы защиты информации, адекватные реально существующим информационным уязвимостям.

Литература

1. Мельников В.В. Защита информации в компьютерных системах. - М.: Финансы и статистика; Электроинформ, 1997. - 368 с.

2. Методы и средства автоматизированной оценки и анализа качества функционирования программных систем защиты информации: Монография / М.А. Багаев, А.С. Дубровин, И.И. Застрожнов, О.Ю. Макаров, Е.А. Рогозин, В.И. Сумин. - Воронеж: ВГТУ, 2004. - 181 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Турецкий, Н.В. Ципина, В.В. Бухтояров

Автономное 32 канальное программируемое

светодинамическое устройство

В работе рассматриваются вопросы усовершенствования конструкции автономного 32-х канального светодинамического устройства с более высокими технико-экономическими показателями, предназначенного для организации светового оформления фасадов зданий, сооружений и внутреннего оформления помещений

Светодинамическое устройство с программируемыми алгоритмами позволяют реализовывать большое многообразие светодинамических эффектов: эстетического оформления баров, дискотек, казино, праздничной иллюминации, а также для организации световой рекламы и управлять независимо каждым из 32 световых элементов гирлянды соединительным линиям последовательного интерфейса.

Целью работы является конструирование автономного 32-х канального светодинамического устройства с более высокими технико-экономическими показателями, предназначенного для организации светового оформления фасадов здании, сооружений и внутреннего оформления помещений.

Основной контроллер собран на печатной плате размерами 127 x 190 мм, а выходные регистры — 127х135 мм из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм СФ-2-35-1,5 ТУ-16-503.161-83 с двухсторонней металлизацией. Рисунки печатных плат разрабатывались для нанесения "от руки", что должно упростить их изготовление в условиях радиолюбительской лаборатории. Соединения, показанные штриховой линией, выполняются тонким многожильным проводом в изоляции.

Фольгированный стеклотекстолита сохраняет свои свойства при температурах от –60ºС до 150ºС, что удовлетворяет требованиям и условиям эксплуатации контроллера и имеет меньшее влагопоглащение по сравнению с гетинаксом.

В устройстве использованы постоянные резисторы типа С1-4, переменные — СП3-38б, конденсаторы К10-17 (C1-C6, С8), К50-35 (С7, C9-C16); светодиоды — сверхъяркие, четырех цветов, на основной плате контроллера — диаметром 3 мм, а в выносной гирлянде — 10 мм типа КИПМ-15, размещённые в чередующейся последовательности.

В электронном блоке устройства горизонтально расположена печатная плата с ЭРЭ. Плата крепится четырьмя винтами, которые, проходят через корпус, стойки и печатную плату, крепятся в крышке.

Печатная плата изготовлена из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм СФ-2-35-1,5 ТУ-16-503.161-83, так как он сохраняет свои свойства при температурах от –60ºС до 150ºС, что удовлетворяет требованиям и условиям эксплуатации автономного 32 канального программируемого светодинамического устройства и имеет меньшее влагопоглащение по сравнению с гетинаксом. Метод нанесения рисунка – сеткографический, что позволяет изготовить ПП по II классу точности с металлизацией отверстий.

Плата изготовлена комбинированным методом из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм СФ-2-35-1,5 ТУ-16-503.161-83, так как он сохраняет свои свойства при температурах от –60ºС до 150ºС, что удовлетворяет требованиям и условиям эксплуатации электронного блока и имеет меньшее влагопоглащение по сравнению с гетинаксом. Метод нанесения рисунка – сеткографический, что позволяет изготовить ПП по II классу точности с металлизацией отверстий. Материал для изготовления был выбран согласно его хорошим электроизоляционным свойствам, большой технологичностью по сравнению с гетинаксом, при достаточной влагостойкости.

Большинство ЭРЭ установлены на плату по варианту Iа и IIв, которые позволяют осуществлять их подготовку и установку с помощью автоматизированного оборудования. Часть элементов устанавливаются вручную. Так как некоторые элементы не могут быть установлены и сформованы автоматически, то это снижает общую технологичность конструкции.

Литература

1. Воробьёв Н.И. Проектирование электронных устройств. - М.: Высшая школа, 1989.

2. Кауфман М., Сидман А.. Практическое руководство по расчётам схем в электронике. Справочник. В 2-х томах. - М.: Энергоатомиздат, 1993.

3. Парфёнова Е.М., Камышная Э.Н., Усачёв В.П. Проектирование конструкций РЭА. Пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1989. 271 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко, С.Г. Сидорчук

УСТРОЙСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТА «ДИСТОШН»

Изложены общие сведения о существующих устройствах реализации эффекта «дистошн», обоснование выбора оптимального схемотехнического решения и проектирования предложенного варианта гитарной приставки

Электрогитара является самым распространенным и любимым инструментом среди поклонников эстрадной музыки. Применение различных электронных дополнений — гитарных приставок — значительно расширяет спектр и тембровую окраску инструмента, позволяет реализовать многие звуковые эффекты: дистошн, вибрато, тремоло, вау-вау, файзер и т. д.

Использование технических средств играет определенную роль в процессе формирования звука инструмента и позволяет осмысленно подойти к концепции собственного звучания. Это играет далеко не последнюю роль в узнаваемости того или иного исполнителя, несмотря на то, что решающим фактором является индивидуальная манера игры, фразировка, звукоизвлечение, и каждый известный гитарист имеет и свой собственный неповторимый звук.

Современному музыканту, в том числе и гитаристу, недостаточно быть лишь хорошим исполнителем. Сегодняшний день диктует необходимость отлично ориентироваться в многочисленной технической информации, систематически отслеживать появление на рынке нового музыкального оборудования.

Современные преобразователи спектра сигналов электрогитары, можно подразделить на три группы. Первая группа преобразователей - это различного рода фильтры и эквалайзеры. Ко второй группе относятся ревербераторы, флэнжеры, лесли-приставки и дилеи, к третьей - различные фаз-устройства, приставки типа дистошн и овердрайв. Промежуточное место между этими группами преобразователей занимают октаверы, модуляторы, секвенсеры и т. д. Для красивого звучания электрогитары целесообразно использовать комбинацию из этих устройств, правильно согласуя их входное и выходное сопротивление и уровни сигналов.

В использовании преобразователей, относящихся к первой и второй группам, проблем практически нет, однако, приставки, относящиеся к третьей группе, имеют либо недостаточную чувствительность, либо наличие неприятных призвуков при затухании струны, недостаточную плотность звука, его прозрачность и т. д.

Преобразователи типа дистошн и овердрайв состоят из эффективного компрессора, ограничителя амплитуды сигнала и активного фильтра нижних частот (ФНЧ) или полосового фильтра. Спектр выходного сигнала сформирован следующим образом. При уровнях входного сигнала менее 1 мВ во всей полосе частот, а также при максимальном уровне входного сигнала, порядка 200 мВ, в полосе частот за пределами рабочего диапазона гитары (более 3...6 кГц) искажения спектра отсутствуют вовсе или они крайне незначительны. Кроме того, на частотах менее 100 Гц и более 3...5 кГц амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет плавный спад с наклоном порядка 4...6 дБ на октаву. В полосе частот 600...2000 Гц отдельные преобразователи могут иметь острый максимум, поднимающийся над АЧХ в этой полосе на 4... 15 дБ. Некоторые преобразователи дополнительно могут включать в себя октаверы, являющиеся их состав ной частью.

Среди гитарных приставок, создающих различные звуковые эффекты, наибольшей популярностью пользуются приставки типа "дистошн". В основе схемотехнического решения большей части известных приставок "дистошн" лежит один из трех вариантов построения усилителя-ограничителя: с ограничением в выходном каскаде, инвертирующий "логарифмический", и неинвертирующий "логарифмический". Упрощенная схема и характеристика усилителя-ограничителя с ограничением в выходном каскаде приведена на рис. 1.

Переход от усиления к ограничению (участок 1 - 2) очень резкий - сигнал возрастает с увеличением глубины обратной связи R2/R1, а на участке 2 - 3 амплитуда выходного сигнала неизменна.

Схема и характеристика инвертирующего "логарифмического" усилителя-ограничителя представлена на рис. 2. Выходной сигнал ограничивают диоды VD1 и VD2 в цепи обратной связи. Участок 1 - 2 перехода от усиления к ограничению здесь более плавный.

Рис. 1. Схема и характеристика усилителя-ограничителя

с ограничением в выходном каскаде

Рис. 2. Схема и характеристика инвертирующего

"логарифмического" усилителя-ограничителя

Характеристика неинвертирующего "логарифмического" усилителя сходна с характеристикой предыдущего варианта, представлена на рис. 3.

Несмотря на простоту исходных схемотехнических решений, при построении приставок "дистошн" возникает несколько проблем, суть которых заключается в следующем.

1. В результате вращения плоскости колебания струны сигнал с гитары промодулирован по амплитуде. Это приводит к тому, что на участке 1 - 2 характеристики (рис. 2) огибающая входного сигнала многократно пересекает порог ограничения, что создает неприятные для слуха дополнительные звуки. Для их ослабления требуется усилитель-ограничитель с плавным перегибом характеристики. Но для получения сигнала, богатого высшими гармониками, наоборот, нужен усилитель с резким перегибом.

Рис. 3. Схема и характеристика "логарифмического" усилителя-ограничителя

2. Для увеличения длительности звучания на участке 0 - 1 поднимают коэффициент усиления, но при этом возрастает и уровень помех - шум входного усилителя, магнитные наводки на звукосниматель. Уровень помех на выходе может быть сравним с номинальным выходным напряжением, эти помехи становятся причиной дополнительных искажений на участке 1 - 2 (рис. 2). Уменьшение усиления на начальном участке характеристики на рис. 3, хотя и снижает уровень помех почти до нуля, но приводит к дополнительным звукам при затухании сигнала.

З. В усилителе второго варианта, и особенно третьего, вершина прямоугольного импульса не будет плоской из-за наличия остаточного наклона на участке характеристики 2 - 3 (рис. 2, 3). При больших же уровнях сигнала амплитудная модуляция приводит к изменению формы его вершины на выходе. В результате амплитудная модуляция переходит в тембровую, которая значительно заметнее.

Таким образом к усилителю – ограничителю предъявляются противоречивые требования. Частичное решение проблемы дасет использование компрессора перед "дистошном". Но это резко усложняет устройство в целом. Значительно лучшие результаты можно получить, используя триггер Шмитта и управление огибающей выходного сигнала, но это, с точки зрения музыканта, устройства уже другого класса, к тому же более сложные. В предлагаемом варианте схемотехнического решения (рис. 4) уровень ограничения сигнала изменяется вместе с его огибающей, в результате амплитуда сигнала всегда больше напряжения ограничения. Это позволяет строить усилитель по схеме, представленной на рис. 3 и ограничивать его усиление на начальном участке характеристики. Кроме того, при отсутствии сигнала уровень шумов практически равен нулю.

Изучив несколько вариантов устройств расхода реализации эффекта «Дистошн», предпочтение отдается вариантам приставок по звучанию близких к приставкам на лампах. Это схемы с использованием полевых транзисторов.

Такое устройство реализации эффекта «Дистошн» позволяет получить сочный, насыщенный обертонами звук. Ее применение совместно с дополнительными "исказителями" сигнала нецелесообразно.

Для снижения уровней шума и фона рекомендуется применять приставку с заземленной аппаратурой и блоками питания с высоким коэффициентом стабилизации.

Приставка содержит электронный переключатель и блок преобразования спектра. Переключатель содержит триггер и полевые транзисторы, работающие в переключательном режиме. Предположим, что при включении питания на инверсном выходе триггера устанавливается напряжение низкого уровня, а на прямом - высокого, которое закрывают транзисторы, отключая вход и выход блока преобразования спектра. Сигнал проходит с входа приставки на выход, минуя преобразователь спектра.

Кратковременное нажатие на кнопки переключения приводит к переключению триггера: теперь на инверсном выходе устанавливается напряжение высокого уровня, а на прямом - низкого. Светодиод сигнализирует о работе приставки в режиме "Дистошн". Транзисторы открываются и подключают соответственно вход и выход приставки к преобразователю спектра. При последующем нажатии на данную кнопку переключатель возвращается в исходное состояние.

В режиме "Дистошн" сигнал подается на логарифмический усилитель-ограничитель, производящий предварительное преобразование. Далее с выхода буферного каскада на полевом транзисторе сигнал поступает на перестраиваемый фильтр. Подстроенными резисторами регулируют: тембр, частоту, коэффициент усиления на резонансной частоте. С выхода фильтра через регулятор "уровень 1" сигнал подается на вход второго, основного преобразователя. Степень ограничения сигнала регулируют переменным резистором "Драйв". Затем сигнал поступает на второй фильтр. Соответствующим резистором регулируют его добротность (в приставке "Crock metall" этот регулятор обозначен как "presence"). Переменным резистором "Частота" регулируют степень насыщенности сигнала высшими гармониками.

С выхода второго фильтра преобразованный сигнал поступает на выход приставки.

В темброобразующих цепях нежелательна установка керамических конденсаторов из-за их склонности к микрофонному эффекту.

Приставку питают от батареи "Корунд" или внешнего источника напряжением 9... 12 В.

При разработке изделия необходимо выбирать методы конструирования, обеспечивающие снижение стоимости, в том числе и энергоемкости; уменьшение объема и массы; расширения области применения микроэлектронной базы; увеличения степени интеграции, микроминиатюризации межэлементных соединений и элементов несущих конструкций; магнитную совместимость; высокую технологичность; однородность структуры; максимальное использование стандартизации.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко, Н.В. Герасимова

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ФЕРРИТОВЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ВЕНТИЛЕЙ

Изложена методика расчета электрических и конструктивных параметров ферритовых микрополосковых вентилей и даны практические рекомендации

Требования, предъявляемые к вентилям в зависимости от их применения, могут быть разнообразными: по вносимым потерям Р_вн, развязке Р_раз, коэффициенту стоячей волны К_стU в заданном диапазоне частот и температур, массогабаритным характеристикам, уровню пропускаемой мощности и т. д. При проведении предварительных расчетов возможны различные варианты оптимизации. Чаще всего задача ставится таким образом: найти геометрические размеры сочленений, требуемое поле подмагничивания, при которых в полосе частот 2Δf / f₀ и температурном интервале от Т_мин до Т_макс при заданной марке феррита (M_s и ε_ф), высоте подводящей линии и параметрах сред, заполняющих линии, можно гарантированно получить:

• развязку не менее заданного уровня (Р_раз ≤Р_{раз мин});

• вносимые потери, не превышающие допустимый уровень (Р_вн ≤ Р_{вн макс}).

В зависимости от конкретной цели постановку задачи можно несколько изменить, например, отнести параметры феррита к числу искомых. В любом случае требуется найти такое сочетание варьируемых параметров, при котором наилучшим образом выполняются требования, предъявляемые к характеристикам вентиля. Такая задача, по сути, является задачей параметрической оптимизации. Как и в большинстве задач подобного рода, в применении к технике СВЧ, вначале необходимо выбрать конструктивную схему устройства. При проектировании вентилей это означает решить вопрос о выборе типа согласующих четырехполюсников (параллельные или последовательные шлейфы, трансформаторы импедансов в виде отрезков линий, заполненных диэлектриком и т. д.). На этой же стадии определяется режим работы вентиля – зарезонансный или дорезонансный. Эта задача решается разработчиком.

Выбор области определения варьируемых параметров должен соответствовать условиям физической, конструктивной и технологической реализуемости. Если к варьируемым параметрам отнесены намагниченность насыщения феррита и его диэлектрическая проницаемость, а также диэлектрическая проницаемость сред, заполняющих проводящую линию и отрезки линий, образующие согласующие четырехполюсники, то область определения обусловлена набором существующих марок ферритов и диэлектрических материалов. При этом параметры могут меняться только дискретно. Дискретно (причем в очень небольших пределах) может меняться и высота подложки (в случае микрополосковых вентилей). Волновые сопротивления отрезков линий, соединения которых образуют согласующие четырехполюсники, ограничивается обычно практически реализуемыми значениями 6 Ом ≤ Z_o ≤ 100 Ом. Ширина области связи подводящей линии с резонатором 2φ ≤ 1,2 рад.

Выбор определенного набора варьируемых параметров в качестве начального приближения существенно влияет на расчет. Поэтому обычно в качестве начального приближения выбирают данные, полученные в результате расчета приближенными методами, или данные, найденные в результате численного анализа решений уравнений циркуляции для конкретных условий (определенные марки феррита, определенные рабочие частоты). Можно использовать метод масштабного моделирования, заключающийся в том, что для расчета в заданном диапазоне длин волн используют результаты разработки вентиля в другом диапазоне с помощью пересчетных коэффициентов.

Конструктивная схема полоскового вентиля, выполненного на несимметричной полосковой линии, приведена на рис. 1.

В точке циркуляции для такого прибора должны выполняться два соотношения между геометрическими размерами прибора и электродинамическими параметрами феррита, которые называются уравнениями циркуляции. Расчетный радиус R_ф, определяется по формуле

, (1)

где R_ф - расчетный радиус, который является радиусом металлического диска сочленения или радиусом круга металлизации на поверхности ферритовой подложки, мм;

λ, - длина волны, см;

ε_ф - диэлектрическая проницаемость ферритового диска;

- магнитная проницаемость феррита, Гн/м.

Рис. 1. - Конструктивная схема полоскового вентиля

Высота ферритового диска h определяется по формуле

, (2)

где Z_o - волновое сопротивление полосковой линии, Ом;

k/μ - коэффициенты невзаимности феррита;

α_z - коэффициент затухания распространяющейся волны, дБ.

Коэффициент затухания распространяющейся волны α_z определяется по формуле

(3)

где w - ширина полосковой линии, мм.

Уравнения (1) и (2) совместно с выражениями, определяющими магнитную индукцию В

B=μ₀(Hⁱ+M),

где Hⁱ – напряженность внутреннего постоянного магнитного поля, А/м;

μ₀ = 4π10^-7 – магнитная постоянная, Гн/м;

М – намагниченность насыщения, А/м

и внутреннее поле Hⁱ

Hⁱ=H^e-N_zM,

где N_z – размагничивающий фактор (фактор формы) в направлении подмагничивания, в данном случае оси z;

H^e – напряженность внешнего магнитного поля, А/м,

позволяют провести конструктивный расчет прибора, причем в результате расчета могут быть определены лишь два параметра, а остальные должны быть заданы или выбраны.

В зависимости от заданных параметров методика расчета может быть построена различным образом. Наибольший практический интерес представляет вариант расчета по заданной высоте h и по максимальной полосе рабочих частот (по определенной величине подмагничивающего поля). Этот вариант наиболее часто встречается на практике. Однако, как правило, характеристики приборов, реализованных на основе такого расчета, являются не оптимальными с точки зрения полосы рабочих частот или он позволяет рассчитать приборы с оптимальными характеристиками в полосе рабочих частот, но при этом значение высоты h получается сравнительно большим.

Необходимо отметить также некоторое различие в методиках расчета вентилей, работающих в области магнитных полей до и за ферромагнитным резонансом, которое определяется тем, что в дорезонансной области магнитных полей ферриты обычно работают в ненасыщенном состоянии, а за резонансом они всегда намагничены до насыщения.

Если исходными данными для расчета вентиля являются: средняя длина волны λ (частота f), высота h, волновое сопротивление полосковой линии Z₀, марка феррита, которая выбирается по диэлектрической проницаемости ε_ф, намагниченности насыщения M_s, или зависимости намагниченности от подмагничивающего поля для ненасыщенного феррита, то в начале целесообразно выбирать поле Нⁱ, при котором наступает насыщение феррита (обычно это значение равно от 1,6 до 4 кА/м).

Относительное внутреннее поле подмагничивания σ определяется по формуле

, (4)

где γ - плотность феррита ,кг/м².

Расчетный коэффициент феррита k/μ определяется по формуле

, (5)

где или - соответственно относительные намагниченность и намагниченность насыщения, А/м .

При ферромагнитном резонансе σ = 1. Компонента k определяет величину невзаимности ферритового материала. Обычно для оценки невзаимности пользуются отношением k/μ. Если k/μ = 0, то невзаимность феррита исчезает.

Магнитная проницаемость феррита определяется по формуле

, (6)

Далее определяется радиус R_ф и высота h, по формулам (1) и (2). На практике действительный размер должен быть на значение от 0,5 до 1,5 мм больше расчетного.

Ориентировочные значения полосы рабочих частот для таких приборов по уровню развязки L_pa3 ≥ 20 дБ определяются соотношением

. (7)

Реальные значения полосы рабочих частот от 10 до 15 % для дорезонансной области магнитных полей. Расширение полосы рабочих частот может быть получено при включении в плечи вентиля четвертьволновых трансформаторов. Схема полосковой структуры с таким трансформатором приведена на рис. 2. Расчет подобных приборов производится при заданной высоте h.

Определяется величина волнового сопротивления входной полосковой линии Z_0В по формуле

(8)

Величина волнового сопротивления линии трансформатора, Z_0Т определяется по формуле

, (9)

где Z₀ - величина волнового сопротивления полосковой линии со стороны входа, Ом;

Z_0В - величина волнового сопротивления полосковой линии со стороны вентиля, Ом.

Рис. 2. - Расчетная схема полосковой структуры с четверть волновым трансформатором

Значение угла φ выбирается в пределах от 27 до 30° /1/ для определения значения ширины подводящей линии в месте подсоединения к проводящему диску.

Определяются геометрические размеры полосковой структуры с четверть волновым трансформатором /1/.

w=2R_фsinφ=(0,9 – 1,0)R_ф, (10)

, (11)

где

Конструктивная схема прибора, приведенная на рис. 3 дополняется полосковой структурой с четверть волновым трансформатором, приведенном на рис. 2.

L

Наибольшей эффективностью отличаются конструкции, у которых в металлическом диске Y-разветвления. Так как вентиль должен работать на сравнительно небольших уровням мощности, целесообразно использовать конструкции с уменьшенной величиной диаметра ферритового диска D_ф|, Для его уменьшения использют замедляющие структуры, расположенные в центральной части Y-сочленения, емкостные и индуктивные сосредоточенные или распределенные элементы, включаемые в плечи вентиля.

О

Рис. 3. Схема вентиля

бразованы замедляющие структуры, состоящие из комбинаций планарно-распределенных индуктивных и емкостных элементов. Основой конструкции является ферритовый диск с нанесенной на его поверхность полосковой схемой, которая переходит в полоски, рассчитанные определенным образом и выполненные на поликоровых подложках толщиной 1 мм. Полосковая структура вентиля должна обеспечивать хорошее согласование прибора в определенном объеме, в котором находится ферритовый образец. Применение этого метода позволяет расширить полосу рабочих частот до 25 %.

Для вентилей сантиметрового диапазона длин волн требуемые значения емкости лежат в пределах до единицы пикофарад. Конструктивное выполнение конденсаторов определяется величиной емкости, рабочей длиной волны, общей конструкцией вентиля, условиями его работы. Небольшие величины емкости реализуются с помощью разомкнутых шлейфов длиной менее четверти длины волны, выполненные на поликоровой подложке. Конструктивное выполнение емкости, реализуемое с помощью разомкнутого шлейфа, приведено на рис. 4.

П оликор - это керамика на основе окиси алюминия. Обладает высокой механической прочностью, твердостью, стабильностью размеров во времени и при воздействии технологических процессов изготовления полосковых схем (воздействие кислот, щелочей, растворителей). Механическая обработка керамики производится алмазным инструментом

и

Рис. 4

ли с помощью ультразвуковых и лазерных методов. Поликор допускает воздействие высоких температур при технологических процессах. Диапазон рабочих температур от минус 60 до 700°С. Водопоглощение очень мало.

Полосковые вентили в настоящее время являются наиболее распространенными развязывающими приборами. Это обусловлено простотой и технологичностью их конструкции, сравнительно высокими электрическими характеристиками практически во всем диапазоне СВЧ и простотой настройки и регулировки.

Литература

1. Вамберский М.В., Абрамов В.П., Казанцев В.И. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ/ Под ред. М.В. Вамберского. М.: Радио и связь, 1982. 136 с.

2. Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ Под ред. В.И. Вольмана. М.: «Радио и связь», 1984. 328 с.

3. Ферриты и магнито диэлектрики: Справочник / Под ред. Н.Д. Горбунова, Г.А. Матвеева. М.: Сов. радио, 1978. 176 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 624.156

Л.С. Очнева, Н.Э. Самойленко, Е.С. Менделеев

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ТЕСТИРОВАНИЯ ПРИБОРОВ АТС

Представлено устройство контроля и тестирования приборов АТС, его функциональные возможности, структурная схема и обоснование используемой элементной базы для реализации данного типа приборов

Устройство контроля и тестирования приборов (УТК) автоматизированной телефонной станции АТС разных типов позволяет обеспечить возможность проверки различных систем цифровой связи и возможность их перепрограммирования для проверки других типов оборудования телефонной сети. Интенсивное применение цифровых системы передачи (ЦСП), использующих принципы импульсно-кодовой модуляции и предназначенных для организации многоканальной передачи по городским соединительным линиям между автоматическими телефонными станциями, а также по междугородным линиям связи, объясняется существенными достоинствами этих систем по сравнению с аналоговыми системами передачи. Основные особенности ЦПС:

- высокая помехоустойчивость; представление информации в цифровой форме - в виде последовательности импульсов с малым числом разрешенных значений и с детерминированной частотой следования - позволяет осуществлять регенерацию этих импульсов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации; цифровые методы передачи используются при передаче сигналов по городским многопарным кабелям с бумажной изоляцией и по волоконно-оптическим трактам, отличающимся высоким уровнем дисперсионных искажений и большой нелинейностью электронно-оптических и оптоэлектронных преобразователей;

• независимость качества передачи информации от длинны линии связи; благодаря регенерации передаваемых сигналов искажения в пределах регенерационного участка ничтожны; поэтому в цифровых системах качество передачи информации практически не зависит от длинны линии связи;

• стабильность параметров каналов; стабильность параметров каналов (остаточного затухания, частотной характеристики, величины нелинейных искажений) определяется в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме;

• эффективность использования пропускной способности при передаче дискретных сигналов; в ЦСП дискретные сигналы могут вводиться непосредственно в групповой тракт этих систем; при этом скорость передачи дискретных сигналов приближается к скорости передачи группового сигнала; так дискретные сигналы, вводимые в групповой тракт вместо одного канала, могут передаваться со скоростью 50 - 60 кбит/с; при передаче же дискретных сигналов по каналу ТЧ методами тонального телеграфирования скорость передачи обычно не превышает 10 кбит/с;

• возможность построения цифровой сети связи - разработка ЦСП наряду с созданием цифрового коммутационного оборудования позволяет реализовать весь аппаратурный комплекс сети связи на чисто цифровой основе, при этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети связи, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной цифровой сети, обладающей высокой надежностью, кроме того, передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяет реализовать весь аппаратурный комплекс цифровой сети связи на чисто электронной основе; использование цифровой сети однотипного оборудования, осуществляющего операции каналообразования и коммутации, позволяет повысить экономическую эффективность сети связи;

• высокие технико-экономические показатели ЦСП - большой удельный вес цифрового оборудования в аппаратурном комплексе цифровых систем передачи определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем; имеются широкие возможности для организации автоматизированного пооперационного контроля при производстве аппаратуры ЦСП; высокая стабильность параметров каналов цифровых систем передачи устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры, в частности узлов линейного тракта, в процессе эксплуатации, что существенно повышает технико-экономические показатели цифровых систем; высокая степень унификации узлов, в том числе таких массовых, как индивидуальное оборудование и регенераторы, также упрощает эксплуатацию систем и повышает надежность оборудования; основу радиокомпонентной базы ЦСП составляют цифровые интегральные схемы, массовый выпуск которых осуществляется промышленностью; широкое применение интегральных схем резко уменьшает трудоемкость изготовления оборудования ЦСП и позволяет значительно снизить стоимость и габариты этого оборудования.

Аппаратура ЦСП была разработана специально для решения проблем связанных с аналоговой аппаратурой уплотнения, и позволяет в несколько раз повысить пропускную способность кабеля без использования дорогостоящих и сложных в обслуживании линейных концентраторов более ранних моделей. Низкая стоимость оборудования, высокая надежность и легкость установки и управления делают его особенно привлекательным. Построение ЦСП должно проектироваться с применением математических методов оптимального построения сетей и с учетом требований по надежности и живучести. Надежность работы любого оборудования обеспечивается систематическими тестированиями и проверками. Для этого разрабатывается специализированная проверочная аппаратура, позволяющая поддерживать высокое качество связи.

УКТ применяется для контроля любого оборудования или входящих приборов АТС, линейного искания и т.д., через реле соединительных линий. Устройство подключается с исходящей стороны, имитируя работу исходящего комплекта АТС.

УКТ располагает следующими функциональными возможностями:

• установление соединения по трёх или четырёх проводным физическим соединительным линиям;

• набор одного номера или списка номеров (до 10 номеров в списке);

• поддержка различных способов тестирования;

- управление выполнением теста;

- ведение статистики выполнения теста;

• ведение протоколов установления соединений. В протоколах сохраняются все события и временные метки, соответствующие этим событиям;

• световая индикация принимаемых/передаваемых линейных сигналов четырьмя светодиодами;

• прослушивание линии в ходе установления соединения через встроенный громкоговоритель.

УТК подключается к исходящему согласующему устройству, имитирует исходящую АТС (координатную) или АТСШ (декадно-шаговую) и устанавливает соединение частотным, импульсным (батарейным) или смешанным (переход с частотного на батарейный) набором.

Работу УТК можно проследить, используя его структурную схему, приведенную на рисунке.