Буичкин Е.Н., Орлов П.Е., Куксенко С.П., Газизов Т.Р., Убайчин А.В.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Новый подход к компоновке плоских кабелей в необслуживаемых летательных аппаратах

Рассмотрена задача диагностики многопроводных структур радиоэлектронной аппаратуры. Приведены результаты эксперименых исследований распространения импульсных сигналов в плоском кабеле. Подтверждена возможность бесконтактного определения наличия разрыва в кабеле посредством модального зондирования.

При создании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) бортового базирования в составе необслуживаемых летательных аппаратов необходимо обеспечение высокой надежности, которая обеспечивается в том числе резервированием и компоновкой электронных модулей, подразумевающей требуемую электромагнитную совместимость. Последнее условие особенно актуально, поскольку растут уровни и частоты полезных сигналов и помех. Наличие заложенной избыточности в резервировании позволяет искать пути её рационального использования [1] даже в период штатной работы резервируемой цепи. Между тем существуют технические решения, реализация которых требует наличия одного или нескольких элементов, подобных основному. Примером является модальная фильтрация, требующая наличия рядом с активным проводником одного или нескольких пассивных [2]. Это позволяет не только передавать сигналы по проводникам, но и повысить помехозащищенность.

Цель данной работы – продемонстрировать подход компоновки плоских кабелей, отличающийся повышенной помехозащищенностью.

Наиболее близким по техническому решению является обычный способ резервирования плоских кабелей, когда резервируемый и резервный плоские кабели расположены произвольно по отношению друг к другу [3].

Недостатком этого способа является отсутствие полезных взаимных влияний, в частности за счет электромагнитных связей между проводниками резервного и резервируемого плоских кабелей во время работы одного их них.

Предлагается способ резервирования плоских кабелей, отличающийся тем, что проводники резервируемого кабеля располагаются на одном уровне, проводники резервного кабеля располагаются на другом уровне, при этом одноименные проводники резервируемого и резервного кабелей располагаются друг под другом в диэлектрическом слое.

Техническим результатом является уменьшение восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уменьшение уровня кондуктивных эмиссий от резервируемой цепи. В случае выхода из строя резервируемой цепи в резервной цепи будет достигаться аналогичный технический результат.

Технический результат достигается за счет того, что сигнал помехи, длительность которого меньше разности задержек мод в структуре, образованной проводниками резервируемой и резервной цепей, подвергается модальным искажениям: разложению на импульсы меньшей амплитуды (при рассмотрении сигнала во временной области).

Достижимость технического результата продемонстрирована на примере распространения импульсной помехи с ЭДС 2 В с длительностями фронтов и плоской вершины по 100 пс в структуре, образованной двумя (резервируемым и резервным) отрезками плоского кабеля, длиной 1 м (рис. 1). Вычисление параметров и форм сигнала выполнялось в программном продукте TALGAT [4]. Потери в проводниках и диэлектриках не учитывались. Геометрические параметры проводников структуры: d = 500 мкм, w = 65 мкм s = 60 мкм, t = 5 мкм. Толщина структуры H = 25 мкм, толщина слоя между проводниками h = 5 мкм, диэлектрическая проницаемость слоя ε_r = 4, диэлектрическое заполнение вокруг структуры – воздух (ε_r = 1). Номинал резисторов R3 и R6, R7 и R8 выбран равным 50 Ом; R1, R2, R4 и R5 – 1000 Ом (холостой ход). Резисторы R3 и R6, R7 и R8 представляют собой нагрузку резервируемой и резервной цепей соответственно. Резисторы R1, R2, R4, R5 введены в схему для учета гальванической связи резервного кабеля с землей резервируемой цепи.

251658240251659264251661312251662336251663360251664384

а б

Рис. 1. Поперечное сечение структуры, где проводники: А – активный; О – опорный; П – пассивный (а). Принципиальная схема (б)

Импульсная помеха подавалась между активным и опорным проводниками резервируемой цепи, функцию резервного плоского кабеля выполняют пассивные проводники. Результаты квазистатического моделирования временного отклика на ближнем и дальнем концах резервируемой трассы (точки V3 и V6 на рис. 1б) показывают два импульса разложения с амплитудами 0,22 и 0,32 В (рис. 2), что меньше уровня импульсной помехи (1 В) в начале линии. Разложение импульсной помехи на два импульса меньшей амплитуды (и, как следствие, уменьшение восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям) обусловлено разностью задержек мод в структуре.

Таким образом, результаты моделирования показывают, что предложенный способ компоновки плоских кабелей позволяет уменьшить восприимчивость резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уменьшить уровень генерируемых резервируемой цепью кондуктивных эмиссий.

Способ разработан за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-19-01232) в ТУСУРе, программное обеспечение создано в рамках выполнения проектной части государственного задания № 8.1802.2014/К Министерства образования РФ, моделирование выполнено при поддержке гранта РФФИ 14-29-09254.

Рис. 2. Сигналы в начале (–) и конце (─) активного проводника структуры

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Орлов П.Е. Уменьшение электромагнитного поля цепей с резервированием трасс / П.Е. Орлов, Т.Р. Газизов // Авиакосмическое приборостроение. – 2011. – № 11. – С. 3–6.

2. Improved design of modal filter for electronics protection / T.R. Gazizov, A.M. Zabolotsky, A.O. Melkozerov, E.S. Dolganov, P.E. Orlov // Proc. of 31-st Int. conf. on lightning protection, Sept. 2–7 2012. Vienna, Austria.

3. Денисенко В.В. Аппаратное резервирование в промышленной автоматизации // Современные технологии автоматизации. – 2008. – № 2. – С. 90–99.

4. Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT / С.П. Куксенко, А.М. Заболоцкий, А.О. Мелкозеров, Т.Р. Газизов // Докл. Том. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. – 2015. – № 2 (36). – С. 45–50.