Орлов П.Е.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Устройство обнаружения распространения сверхкоротких импульсов по линиям передачи

Для критичной аппаратуры (КА) важен мониторинг кондуктивных электромагнитных эмиссий в электрических цепях. Так, например, даже в процессе наземных испытаний в аварийных режимах работы космического аппарата возникают ситуации ухудшения электромагнитной обстановки (ЭМО), приводящие к аномалиям в логике функционирования [1]. Для придания результатам подобных испытаний большей объективности применяются приборы наземного контроля и регистрации помех, позволяющие регистрировать стохастические кондуктивные помехи в электрических цепях. Однако измерения с их помощью имеют свои недостатки – возможны внешние наводки на длинные измерительные цепи и потери (затухание) кондуктивных помех в измерительных цепях от точек контроля до самого измерителя. Это может приводить к снижению достоверности измерения. Очевидно, что для повышения достоверности результатов измерения параметров помех необходимо приблизить измеритель к точкам контроля, т.е. поместить его внутри КА. Стоит отметить, что при эксплуатации КА подобный подход дает возможность оперативного контроля состояния критичных цепей.

Рассмотрена задача диагностики многопроводных структур. Приведены результаты физического эксперимента по распространению импульсного сигнала в плоском кабеле. Подтверждена возможность бесконтактного определения наличия разрыва в проводнике кабеля посредством модального зондирования.

Цель данной работы – привести принцип работы бесконтактного устройства обнаружения распространения сверхкоротких импульсов по линиям передачи.

Структурная схема устройства приведена на рис. 1. Устройство обнаружения импульсов в многопроводных линиях передачи [2] содержит блок управления, предназначенный для координации работы узлов, входящих в состав устройства, генератор импульсов, соединенный с подключаемой линией, приемный блок, блок обработки сигналов. Устройство содержит также подключаемую линию и внешние проводники, образующие с ней такую результирующую структуру в неоднородном диэлектрическом заполнении, что возбуждаемые импульсами моды распространяются в структуре с неравными задержками, причем минимальная разность этих задержек больше длительности импульса.

Рис.Рисунок 1. Структурная схема устройства, реализующего
метод пассивного модального зондирования

Устройство позволяет обнаруживать импульсы в многопроводных линиях передачи, длительность которых меньше минимальной разности задержек мод результирующей структуры. Такое обнаружение не требует подключения к контролируемой линии.

Принцип действия устройства основан на том, что при распространении импульса в многопроводной структуре с неоднородным диэлектрическим заполнением из N проводников (не считая опорного) он может подвергаться модальным искажениям в виде разложения на N импульсов меньшей амплитуды из-за различия погонных задержек мод в линии. Таким образом, если проводники подключаемой линии вместе с внешними проводниками приводят к различию задержек мод, то информацию об импульсных сигналах, распространяющихся в подключаемой линии, можно получить по форме сигнала во внешних проводниках.

Принцип работы устройства обнаружения импульсов в МПЛП пояснен на примере компьютерного моделирования распространения импульса в отрезке связанных микрополосковых линий длиной 20 мм (геометрические параметры поперечного сечения (рис. 2а): толщина проводников t 0,105 мм; ширина проводников w 0,3 мм; расстояние между проводниками s 0,4 мм; толщина подложки h 0,29 мм). Структурная схема приведена на рис. 2б. Сопротивления резисторов R_акт соответствуют волновому сопротивлению подключаемой линии 100 Ом, значения сопротивлений R_пас соответствуют режиму холостого хода. В качестве сигнала воздействия выбран гауссов импульс с шириной спектра 0–2,3 ГГц; 0–20 ГГц. Результаты моделирования приведены на рис. 3. Точки получения формы сигналов обозначены: на входе подключаемой линии – U_вх, на конце внешних проводников – U_вых (рис. 2б).

а б

Рис.Рисунок 2. Поперечное сечение структуры, где
проводники: А – активный, О – опорный, П – пассивный

По результатам моделирования видно, что при ширине спектра воздействующего сигнала 0–2,3 ГГц в начале подключаемой линии (U_вх) сигнал на конце внешнего проводника (U_вых) отсутствует. Это объясняется тем, что длительность импульса, распространяющегося в подключаемой линии, больше, чем минимальная разность задержек мод результирующей структуры. При ширине спектра воздействующего сигнала 0–20 ГГц на конце внешних проводников появляются два импульса разной полярности. Таким образом, по наличию сигналов на конце внешних проводников можно обнаруживать импульсы в подключаемой линии без гальванической связи с ней.

Рис.Рисунок 3. Формы сигналов на входе подключаемой линии (–––) и на конце внешних проводников ( ) при ширине спектра воздействующего сигнала 0–2,3 ГГц (а) и 0–20 ГГц (б)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горностаев А.И., Капустин В.Н., Школьный В.Н., Кольцов А.В. Проблема непрерывного контроля кондуктивных помех на шинах питания бортовой аппаратуры при летной эксплуатации космических аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2011. №12

2. Патент РФ на изобретение №2456588. Газизов Т.Р., Заболоцкий А.М., Орлов П.Е. Устройство обнаружения импульсов в многопроводных линиях передачи. Заявка № 2010152388/28. Приоритет изобретения 21.12.2010. Опубликовано  20.07.2012 Бюл. № 20.