Гизатуллин монография 1

Рис. 2.24. Графическое представление моделей исследуемых корпусов

Рис. 2.25. Сравнение экспериментальных результатов (а) и результатов имитационного моделирования (б)

Рис. 2.26. Сравнение экспериментальных результатов (а) и результатов имитационного моделирования (б)

Пример 3. Размеры прямоугольного отверстия – 100 ×30 мм (рис. 2.24, а). Точка измерения – в центре корпуса (рис. 2.27).

Пример 4. Размеры квадратного отверстия – 78 ×78 мм (рис. 2.24, а). Точка измерения – в центре корпуса (рис. 2.28).

91

Пример 5. Размер прямоугольного отверстия – 200 ×30 мм

(рис. 2.29). Внутри корпуса помещен прямоугольный объект с размерами 100×100×60 мм. Материал объекта – медь. Точка измере-

ния – в центре корпуса (рис. 2.30) [249].

Рис. 2.27. Сравнение экспериментальных результатов (а) и результатов имитационного моделирования (б)

Рис. 2.28. Сравнение экспериментальных результатов (а) и результатов имитационного моделирования (б)

Рис. 2.29. Графическое представление модели исследуемого корпуса

92

Рис. 2.30. Сравнение экспериментальных результатов (а) и результатов имитационного моделирования (б)

Пример 6. Размер прямоугольного отверстия – 200 ×30 мм

(рис. 2.29). Внутри корпуса имеется прямоугольный объект с размерами 50×50×60 мм. Материал объекта – медь. Точка измерения –

в центре корпуса (рис. 2.31).

Рис. 2.31. Сравнение экспериментальных результатов (а) и результатов имитационного моделирования (б)

Полученные результаты указывают, что расхождение между результатами численных и физических экспериментов в целом не превышает ±2 дБ до частоты 2 ГГц. Также, при численном эксперименте мы наблюдаем адекватное выявление резонансных частот корпусов, в том числе, и при их частичном заполнении.

93

В рамках данной работы [244, 246] для исследования эффективности экранирования современного корпуса цифрового СВТ, выбран корпус АТХ формата персонального компьютера. Для решения данной задачи разработана имитационная модель, в которой со стороны одной из границ области исследования воздействует электромагнитное поле в виде плоской электромагнитной волны создаваемой одним из широкополосных источников. Вектор электрической напряженности E направлен вертикально плоскости основания. Базовой величиной при всех исследованиях является величина напряженности 1 В/м. Границы области исследования моделируются идеально согласованным слоем и отодвинуты от корпуса СВТ до расстояния, при котором они не влияют на результаты исследований. Модель корпуса реализована в соответствии со всеми параметрами АТХ корпус персонального компьютера с установленными основными функциональными блоками (рис. 2.32).

Рис. 2.32. Графическое представление модели корпуса персонального компьютера

Параметры АТХ корпуса: размеры – 420 ×180×410 мм; толщина стенок – 0,7 мм; материал – сталь (проводимость – 2·10 6 См/м;

94

относительная магнитная проницаемость – 1000); имеются 96 конструктивных отверстий диаметром 3 мм (рис. 2.33, а). Материн-

ская плата и плата видеоадаптера представляют собой МПП размерами 310×240×2,65 мм и 170×200×2,65 мм, соответственно. Ра-

диатор процессора представлен в виде прямоугольного алюминиевого

параллелепипеда размерами 80×80×30 мм. Блок питания представлен в виде прямоугольного корпуса с размерами 150×140×80 мм.

Функциональные блоки компьютера (блок питания, дисковод жесткий диск, CD-ROM) учитывались как отдельные металлические корпуса соответствующих размеров. Внутренняя конструкция и начинка блоков не рассматривалось. Внутри корпуса, между функциональными блоками, в три ряда расположены 32 точки измерения напряженности электрического поля (рис. 2.33, б).

Рис. 2.33. Конструкционные отверстия в исследуемом корпусе (а) и расположение датчиков напряженности электрического поля внутри корпуса (б)

В качестве источников широкополосных электромагнитных воздействий рассматриваются: разряд молнии в дальней зоне; высотный ЯВ; СЭТ. ЭСР, в данном случае, не рассматривается, так как его механизм воздействия существенно отличается и его нельзя рассматривать как воздействие плоской электромагнитной волны.

95

ЭМИ разряда молнии рассчитывается на основании уравнений (2.1), (2.2) для параметров тока разряда молнии 0,25/100 мкс. В табл. 2.18 представлены сводные результаты исследования коэффициента экранирования корпуса персонального компьютера при воздействии ЭМИ разряда молнии. Максимальные (точка 1) и минимальные (точка 2) значения коэффициента экранирования (рис. 2.33) получены в различных областях внутри корпуса

(рис. 2.34).

Таблица 2.18

Коэффициент экранирования корпуса персонального компьютера широкополосных электромагнитных воздействий

Рис. 2.34. Напряженность электрического поля разряда молнии внутри исследуемого корпуса во временной области (точка 1)

Таким образом, при реальной напряженности ЭМИ разряда молнии (до 10 кВ/м в дальней зоне) в наиболее критичных областях внутри корпуса СВТ могут возникать напряженности электрического поля до 0,34 В/м. Также, сравнение напряженностей электрического поля внутри корпуса позволило выделить наиболее опасные области в непосредственной близости от конструкционных отверстий.

96

На рис. 2.35, а приведен пример моделирования электромагнитной обстановки внутри исследуемого корпуса СВТ при воздействии ЭМИ высотного ЯВ. В табл. 2.18 представлены сводные результаты исследования коэффициента экранирования корпуса персонального компьютера при воздействии ЭМИ высотного ЯВ.

Один из типичных ЭМИ СЭТ также представляет собой двойную экспоненту и в данном примере имеет параметры: фронт – 0,1 нс; спад на уровне 50 % – 2,5 нс [244]. На рис. 2.35, б приведен пример моделирования электромагнитного поля внутри исследуемого корпуса при воздействии СЭТ. В табл. 2.18 представлены сводные результаты исследования коэффициента экранирования корпуса персонального компьютера при воздействии данного ЭМИ СЭТ.

Рис. 2.35. Напряженность электрического поля внутри корпуса персонального компьютера во временной области (точка 1): а – ЭМИ высотного ЯВ; б – ЭМИ СЭТ

2.5. Резонансные эффекты в линиях связи средств вычислительной техники при широкополосных электромагнитных воздействиях

В предыдущих разделах рассмотрены важные аспекты прогнозирования помехоустойчивости касательно изменения параметров внешних широкополосных электромагнитных воздействий при их прохождении через стены зданий и корпуса СВТ, но величина

97

наводимых электромагнитных помех зависит не только от данных параметров. Эффективность электромагнитного воздействия также в значительной степени определяется и его широкополосностью, которая обеспечивает взаимодействие электромагнитного излучения с различными линиями связи СВТ, с включением различных механизмов.

Внешнее широкополосное электромагнитное воздействие на СВТ внутри здания можно описать передаточной функцией G( jω), которая задается как [223]:

G ( jω) = Fвых ( jω)Fвх ( jω),

где Fвых ( jω) – спектр выходной функции (напряжения на линии связи с определенной структурой); Fвх ( jω) – частотный спектр

внешнего воздействия.

Общий характер зависимости передаточной функции представлена на рис. 2.36.

Рис. 2.36

Амплитуда влияния максимальна в резонансной области всей системы. Влияние ниже частоты f1 уменьшается ω, то же имеем и выше f2. Эффективность воздействия по энергии ηE для определенного импульса может быть определена как:

98

а эффективность воздействия по напряжению ηV как:

Эти величины служат мерой эффективности влияния кон-

кретного широкополосного электромагнитного воздействия, заданно-

го его спектром, на линии связи СВТ, заданную ее резонансным диапазоном влияния. Для определения отношения эффективности воздействия двух разных импульсов h(t) и f (t), с коррелированными спектрами Hвх( jω) и Fвх( jω), определяют относительную эффектив-

ность воздействия по энергии и по напряжению, соответственно:

Например, в [64, 223] приведены результаты оценки эффективности электромагнитного воздействия для проволочных проводников различной длины L (табл. 2.19, 2.20).

Верхняя и нижняя частоты диапазона были определены на половине высоты амплитудно-частотной характеристики проводников, нагруженных в средней точке на R = 50 Ом, при воздейст-

99

вии ЭМИ с электрической составляющей E, направленной параллельно проводнику.

Таблица 2.20

Эффективность электромагнитного воздействия на линии связи различной длины

Аналогично, может быть проведена оценка эффективности электромагнитных воздействий, рассматриваемых в рамках данной монографии широкополосных ЭМИ, на проволочные проводники различной длины L (табл. 2.21, 2.22).

Анализ приведенных данных показывает, что чем более широкополосны ЭМИ, тем больше эффективность воздействия на линии связи СВТ небольшой длины. При L < 1 м наибольшее влияние имеют рассмотренные ЭМИ СЭТ, т.е. на линии связи СВТ с

100