Оценка наводимого в нагрузке вибратора напряжения при приеме видеоимпульсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

ВУНЦ ВВС «ВВА имени проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия

Оценка наводимого в нагрузке вибратора напряжения при приеме видеоимпульсов

А.П. Алимов, А.А. Волков,

Р. В. Антипенский

Аннотация. Дана оценка напряжения наводок в нагрузке вибратора при приеме одиночного видеоимпульса. Проведены расчеты временных зависимостей напряжения для разных значений длинны вибратора, угла прихода волны, длительности и формы видеоимпульса.

Ключевые слова: видеоимпульс, напряжение наводок.

Abstract. In this paper, interference voltage in dipole antenna load when receiving a single video pulse has been estimated. Time dependencies of voltage on different values of dipole antenna length, angle of arrival, as well as video pulse duration and shape have been calculated.

Keywords: video pulse, interference voltage.

видеоимпульс вибратор напряжение наводок

Введение

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам воздействия мощных импульсных электромагнитных полей (ЭМП) на радиоэлектронную аппаратуру, что обусловлено необходимостью решения ряда задач прикладного характера, к которым, в частности, относятся задачи радиоэлектронного подавления в широкой полосе частот и электромагнитного поражения радиоприемных устройств (РПУ). При решении задач для формирования ЭМП могут найти применение генераторы видеоимпульсов различных типов [1-3], в связи с чем вопросы оценки уровней стойкости РПУ к видеоимпульсному излучению актуальны.

Основным каналом проникновения ЭМП в РПУ является антенно-фидерный тракт, а электромагнитная стойкость устройства в целом определяется входным полупроводниковым прибором - смесительным диодом или транзистором усилителя радиочастоты [4, 5]. Поэтому для оценки уровней стойкости РПУ к деструктивному ЭМП необходимо знать амплитуду и длительность импульса напряжения (или тока), наведенного на входном полупроводниковом приборе. В случае узкополосных полей для определения наводимых в нагрузке приемной антенны напряжений и токов широко используется частотный метод анализа [6]. При этом, для антенн с выраженным многорезонансным характером, таких как вибраторные антенны, как правило учитывается только первый резонанс [7].

Видеоимпульсное излучение не имеет несущего колебания и обладает очень широким частотным спектром. Моделирование приема ЭМП такого типа вибраторной антенной целесообразно проводить во временной области без ограничений на отношение длины вибратора и пространственной протяженности импульса.

Цель работы - разработка модели и оценка наводимого в нагрузке вибраторной антенны напряжения при приеме видеоимпульсов.

Модель приема видеоимпульса вибраторной антенной

Геометрия задачи показана на рис. 1, где обозначено: - вектор напряженности электрического поля падающей волны; - тангенциальная составляющая вектора ; - угол падения ЭМП; - длина вибратора; - сопротивление нагрузки; - ось координат элементов вибратора.

Рис. 1. Прием вибраторной антенной электрического поля падающей волны

При решении задачи приняты следующие допущения:

- вибратор находится в свободном пространстве;

- омические потери в вибраторе отсутствуют;

- для вибратора применимо тонкопроволочное приближение;

- потери на излучение не зависят от частоты;

- фронт падающей волны плоский.

В каждой точке вибратора, до которой дошел фронт волны, возникает электрическое поле , которое на элементе длины вызывает электрический ток и разность потенциалов. Они, в свою очередь, распространяться по вибратору в виде бегущих волн.

В настоящее время разные методы расчета наводимых токов и напряжений в проводниках внешним ЭМП обзор которых дан в [8]. Наиболее оптимальным по вычислительным затратам, точности и удобству использования является метод линии передачи. В рамках этого метода пространственно-временные распределения тока и напряжения описываются системой телеграфных уравнений:

(1)

с граничными условиями:

(2)

где - скорость распространения ЭМП; - волновое сопротивление вибратора [9]; - диаметр вибратора; - сопротивление потерь на излучение; - проводимость потерь на излучение;  - коэффициент потерь на излучение [8]; - пространственно-временное распределение тангенциального поля в вибраторе.

Так как волновой фронт плоский, то:

,(3)

где - временная зависимость напряженности электрического поля падающей волны.

Напряжение в нагрузке вибратора равно:

.(4)

Решение системы (1) с граничными условиями (2) методом преобразования Лапласа для согласованного режима приводит к формуле:

,(5) где

(6)

Результаты расчета напряжения, наводимого в согласованной нагрузке при приеме видеоимпульса

Для описания принимаемого ЭМП взяты модели импульсов с гауссовой формой огибающей вида:

, (7)

где - максимальное значение напряженности поля в точке приема; - параметр, определяющий длительность импульса, - параметр, определяющий количество колебаний в импульсе.

На рис. 2 представлены формы видеоимпульсов при различных значениях параметра .

Рис. 2. Модели видеоимпульсов при  нс и: а) ; б)

Проведен расчет напряжения, наводимого в нагрузке вибратора с длиной  м и диаметром  см биполярным импульсом (рис. 2а). На рисунках 3-6 показаны графики нормированных временных зависимостей напряжения в согласованной нагрузке вибратора , соответственно для длительностей  нс, 10 нс, 30 нс и 100 нс при различных углах падения ЭМП на антенну.

Рис. 3. Зависимости напряжения наводимого в нагрузке вибратора от угла падения ЭМП биполярного импульса с длительностью  нс

Рис. 4. Зависимости напряжения наводимого в нагрузке вибратора от угла падения ЭМП биполярного импульса с длительностью  нс

Рис. 5. Зависимости напряжения наводимого в нагрузке вибратора от угла падения ЭМП биполярного импульса с длительностью  нс

Рис. 6. Зависимости напряжения наводимого в нагрузке вибратора от угла падения ЭМП биполярного импульса с длительностью  нс

Из представленных графиков видно, что форма временной зависимости напряжения в нагрузке вибратора зависит от направления прихода ЭМП и от длительности принимаемого видеоимпульса. Причем, угловая зависимость формы наводимого напряжения в нагрузке наблюдается при приеме видеоимпульса с длительностью . Наибольший уровень наводок наблюдается при длительности импульса  нс и угле прихода ЭМП .

Заключение

Таким образом, на основе теории линии передачи получено выражение напряжения в согласованной нагрузке вибратора при приеме видеоимпульса произвольной формы. Проведен расчет временных зависимостей напряжения при приеме биполярного видеоимпульса с заданными параметрами. Установлено, что форма наводимого напряжения в нагрузке при приеме видеоимпульса зависит от угла падения фронта волны на вибратор, а наибольший уровень наводок наблюдается при длительности импульса .

ЛИТЕРАТУРА

1.Белоконь И. Н., Гончаров А. Н., Иванов Е. В., Кудряшов А. С. Анализ технологий генерации мощного импульсного радиочастотного излучения и перспективы их развития // Технологии ЭМС, 2010, №1. - С. 49-65.

2.Месяц Г. А. Импульсная энергетика и электроника. М.: Наука, 2004. - 704 с.

3.Рукин С. Н. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывателями тока (обзор) // Приборы и техника эксперимента, 1999, №4. - С. 5-36.

4.Ланов В. В., Саркисьян А. П. Некоторые аспекты проблемы создания СВЧ средств функционального поражения // Зарубежная радиоэлектроника, 1993, №11. - С. 3-10.

5.Добыкин В. Д., Куприянов А. И., Пономарев В. Г., Шустов Л. Н. Радиоэлектронная борьба. Силовое поражение радиоэлектронных систем / под ред. А. И. Куприянова. М.: Вузовская книга, 2007. - 468 с.

6.Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. М.: Энергия, 1975. - 528 с.

7.Кравченко В. И., Болотов Е. А., Летунова Н. И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи. М.: Радио и связь, 1987. - 256 с.

8.Мырова Л. О., Челиженко А. З. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям. М.: Радио и связь, 1988. - 296 с.

9.Щелкунов С. А., Фрис Г. Т. Антенны (Теория и практика). М.: Советское радио, 1955. - 604 с.

REFERENCES

1.Belokon I. N., Goncharov A. N., Ivanov E. V., Kudryashov A. S. Analysis of technologies for generating high-power pulsed radio-frequency radiation and the prospects for their development // Technologies EMS, 2010, №1. - pp. 49-65.

2.Month G.A. Pulse Power and Electronics. M.: Science, 2004. - 704 p.

3.Rukin S. N. Generators of powerful nanosecond pulses with semiconductor current interrupters (review) // Instruments and Experimental Technique, 1999, No. 4. - p. 5-36.

4.Lanov V.V., Sarkisyan A.P. Some aspects of the problem of creating microwave means of functional damage // Foreign Radioelectronics, 1993, No. 11. - p. 3-10.

5.Dobykin V.D., Kupriyanov A.I., Ponomarev V.G., Shustov L.N. Radio electronic warfare. Power defeat of electronic systems / ed. A.I. Kupriyanov. M.: University book, 2007. - 468 p.

6.Markov G. T., Sazonov D. M. Antennas. M.: Energy, 1975. - 528 p.

7.Kravchenko. I., Bolotov. A., LetunovN. I. Radio electronic means and powerful electromagnetic interference. M .: Radio and communication, 1987. - 256 p.

8.Myrova L. O., Chelizhenko A.Z. Ensuring the resistance of communication equipment to ionizing and electromagnetic radiation. M .: Radio communication, 1988. - 296 p.

9.Schelkunov S. A., Fris G. T. Antennas (Theory and Practice). M.: Sovetskoye Radio, 1955. - 604 p.

Размещено на Allbest.ru