Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ Исследовательский

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. Туполева

О.Ш. Даутов

Лабораторный практикум

по дисциплине

“ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

(Защита информации)

Казань 2011

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ Исследовательский

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. Туполева

О.Ш. Даутов

Лабораторный практикум

по дисциплине

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

(ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ)

Казань 2011

ДАУТОВ Осман Шакирович

Лабораторный практикум

по дисциплине

“ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

(ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ)”

Ответственный за выпуск О.П. Хабибуллина

Технический редактор С.В.Фокеева

ЛР № 020678 от 09.12.97

Формат 60х84 1/16. Бумага Печать

Печ.л. Усл.печ.л. Усл.кр.-отт. Уч.-изд.л.

Тираж Заказ А 25/Ф

Издательство Казанского национального исследовательского

технического университета им. А.Н.Туполева

Типография Издательства Казанского национального исследовательского

технического университета им. А.Н.Туполева

420111, Казань, к.Маркса,10

Лабораторная работа № 1

Исследование индукционного канала передачи информации.

Цель работы. Исследование канала передачи информации за счёт электромагнитной индукции. Ознакомление с методами расчета сигнала, наводимого в приемном контуре источником сигнала.

Сведения их теории.

Одним из видов каналов передачи информации является индукционный канал. Физически он может возникать за счёт переменного магнитного поля, окружающего источник передаваемой информации. Таким источником может служить отрезок линии передачи (рис. 1), замкнутая цепь и др.. При внесении в это поле замкнутого контура в нем возникает ЭДС индукции, связанная с

Рис.1 Индукционный канал передачи информации от двухпроводной

линии к приемной петле

передаваемым по линии сигналом. В данной лабораторной работе исследуются свойства индукционного канала передачи информации: связь ЭДС, возникающей в контуре, с геометрическими характеристиками источника информации( индуктора), приёмного контура, их взаимного расположения, параметров передаваемого сигнала. Для простоты в данной работе мы ограничимся системой электрически малых размеров, в которой можно пренебречь запаздыванием поля, при его распространении от источника к приёмнику.

На рис.1 представлен источник передаваемой информации в виде отрезка линии длиной и приемный контур в виде прямоугольной петли со стороной ,находящейся в магнитном поле линии передачи. Линия передачи служит источником (индуктором) переменного магнитного поля с индукцией , поток которого пронизывает приемный контур и наводит в нём э.д.с индукции .

Непосредственный расчёт по заданным токам источника с помощью магнитной индукции получается громоздким. Обычно используется вспомогательная векторная функция , называемая векторным потенциалом, связанным с токами индуктора в однородной среде соотношением:

(1) где магнитная проницаемость среды (для большинства сред магнитные свойства проявляются мало и в эти случаях её численное значение составляет Гн/м), -объёмная плотность тока источника, расстояние от точки наблюдения с координатами и точки интегрирования :

Интегрирование распространяется на объем занятый токами индуктора. Для линий передачи на расстояниях от неё намного больших по сравнению с размерами сечения проводником линии значение интеграла в формуле (1) определяется не плотностью тока, а полным током в сечении:

, (2)

где единичный вектор вдоль оси , полный ток в проводниках линии, а контур интегрирования образован прямым и возвратным отрезками линии передачи. В развёрнутом виде векторный потенциал в любой, удалённой от проводников на расстояния, много большие диаметра сечения проводника точке наблюдения в соответствии с формулой (2) можно представить следующим образом:

(3)

Напряженность электрического поля индукции связана с векторным потенциалом соотношением:

(4)

В случае неподвижных линии передачи и приёмного контура зависимость от времени векторного потенциала определяется током , а следовательно поле индукции может быть представлено в виде:

(5)

где точка над означает дифференцирование по времени.

Э.Д.С., наводимая в любом замкнутом контуре вблизи линии передачи может быть найдена с помощью контурного интеграла:

, (6)

Для практических расчётов удобнее использовать векторную форму соотношений Первичный векторный потенциал, создаваемый током индуктора , складывается из векторных потенциалов отдельных прямолинейных элементов индуктора. Направление обхода контура и его элементов будем отождествлять с направлением тока . Радиус векторы начальной и конечной точек го элемента обозначим соответственно . Связь с декартовыми координатами с радиусом вектором дается обычной формулой. В частности, радиус вектор текущей точки можно записать в виде:

(7)

Здесь и в дальнейшем единичные орты декартовой системы координат.

Векторный потенциал, создаваемый м элементом индуктора можно представить в виде:

(8)

где - радиус вектор текущей точки интегрирования, ( длина го элемента контура):

,

- магнитная проницаемость вакуума: (предполагается, что в окрестности индуктора нет магнитных сред.

единичный вектор, направленный вдоль элемента контура:

После выполнения интегрирования, векторный потенциал элемента имеет вид:

(9)

где векторный потенциал, создаваемый элементом при токе, равном единице.

Полный векторный потенциал, создаваемый индуктором, даётся выражением:

. (10)

Сигнал в приёмном контуре в соответствии с формулой (6) можно представить в виде:

(11)

где угловые точки контура ,

единичные векторы элементов приёмного контура,

длины элементов приёмного контура.

Задание на лабораторную работу.

Индуктором служит линия передачи, по которой распространяется импульс тока:

где длительность переднего и заднего фронтов импульса, полная длительность импульса ( ) длина стороны приёмного контура - см, магнитная проницаемость среды - .Для конкретного сочетания параметров, выбранных в соответствии с индивидуальным заданием из приведенной таблицы, исследовать наводимую в контуре э.д.с., как функцию времени.

Таблица вариантов индивидуальных заданий.

№ вар. 1 2 3

L [M] 5 10 15

Jo[mA] 10 15 20

d [mm] 1 1.5 2

D [cm] 10 25 40

Ниже приводится пример программы для MATHCAD 14 для аналогичных расчётов.

Э Д С С И Г Н А Л А В П Р И Ё М Н О М К О Н Т У Р Е О Т И Н Д У К Т О Р А

Т о к и н д у к т о р а

М а г н и т н а я п р о н и ц а е м о с т ь

У г л о в ы е т о ч к и и н д у к т о р а

Е д и н и ч н ы е о р т ы в д о л ь п р я м о л и н е й н ы х э л е м е н т о в и н д у к т о р а

Т е к у щ а я т о ч к а

В е к т о р н ы й п о т е н ц и а л , к а к ф у н к ц и я т е к у щ е й т о ч к и

П А Р А М Е Т Р Ы П Р И Ё М Н О Г О К О Н Т У Р А

У г л о в ы е т о ч к и п р и е м н о г о к о н т у р а

Е д и н и ч н ы е о р т ы э л е м е н т о в п р и ё м н о г о к о н т у р а

Д л и н ы э л е м е н т о в п р и е м н о г о к о н т у р а

С И Г Н А Л В П Р И Ё М Н О М К О Н Т У Р Е О Т И Н Д У К Т О Р А