9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

121

Рис. 5. Эффективность экранирования двухслойных

корпусов ЭС на основе сетей из УНТ

Рис. 6. Эффективность экранирования металличе-

ских корпусов ЭС с использованием экрана индика-

ционного отверстия на основе оксида олова-индия

Рис. 7. Эффективность экранирования металличе-

ских корпусов ЭС с использованием экрана индика-

ционного отверстия на основе нанопленки.

На рис. 4–7 наблюдаются резонансные эффекты,

которые обусловлены выбранными размерами кор-

пуса ЭС.

Заключение

1. Использование экранов на основе сетей из

УНТ в корпусах ЭС позволяет обеспечить их эффек-

тивность экранирования на уровне 63-124 дБ.

2. Корпус на основе традиционных экрани-

рующих материалов (стали, в качестве основного

экранирующего материала, и оксида олова-индия, в

качестве экранирующего материала индикационных

отверстий) в наиболее защищенной области обеспе-

чивает эффективность экранирования в среднем на

25 дБ выше в сравнении с двухслойными корпусами

на основе нанокомпозитов.

3. В области корпуса ЭС, расположенной непо-

средственно за отверстием, двухслойные корпуса на

основе сетей из УНТ обеспечивают эффективность

экранирования в среднем на 19 дБ выше в сравнении

с корпусами из традиционных экранирующих мате-

риалов.

4. Использование нанопленок при экранирова-

нии индикационных отверстий корпусов ЭС позво-

ляет повысить эффективность экранирования в срав-

нении с традиционными прозрачными экранирую-

щими материалами в среднем на 20 дБ.

Литература

1. Electromagnetic Interference (EMI) Shielding

of Single-Walled Carbon Nanotube Epoxy Composites /

Ning Li, Yi Huang, Feng Du, et al. // Nano Letters. –

2006. – Vol. 6, - P. 1141-1145.

2. The influence of single-walled carbon nanotube

structure on the electromagnetic interference shielding

efficiency of its epoxy composites / Yi Huang, Ning Li,

Yanfeng Ma, et al. // Carbon. – 2007. – Vol. 8, - P. 1614-

1621.

3. Microwave shielding of transparent and con-

ducting single-walled carbon nanotube films / Hua Xu,

Steven M. Anlage, Liangbing Hu, et al. // Applied phys-

ics letters. – 2007. – Vol. 4, - P. 1-3.

4. Балюк Н. В., Кечиев Л. Н., Степанов П.В.

Мощный электромагнитный импульс: воздействия

на электронные средства и методы защиты. – М.:

Издательский Дом «Технологии», 2008. – 478 с

5. Маторин К.В. Экранирующие композицион-

ные материалы на основе сетей углеродных нанот-

рубок // Наноматериалы: Материалы Третьей Все-

российской школы-семинара студентов, аспирантов

и молодых ученых. Том II. Рязань, 2010. – С. 86-90.

122

ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ СВЯЗИ

ЭКРАНИРОВАННЫХ КАБЕЛЕЙ

В.

Ю.

ИРИЛЛОВ

ОССИЯ

М.

ОМИЛИН

ОССИЯ

Московский авиационный институт (государственный технический университет) «МАИ», e – mail: emc@mai.ru

Аннотация. Приведены алгоритм и результаты расчётов напряжений, наведённых на внутренних

проводниках, при условии протекания токов по экранам кабелей. Предложена схема установки для

экспериментального определения сопротивлений связи экранированных кабелей.

Abstract. This paper contains computational procedure and results of the calculations for voltages on inside

conductor of cable, induced by currents on their shields. The scheme of installation for experimental deter-

mination coupling resistances of shielded cables is suggested.

Под воздействием естественных и искусствен-

ных источников электромагнитных помех на внеш-

них поверхностях экранов кабелей индуцируются

токи, приводящие, в свою очередь, к появлению на-

ведённых напряжений между экранами и внутрен-

ними проводниками.

Величина наведённого напряжения может быть

оценена при помощи сопротивления связи. Сопро-

тивление связи на единицу длины [1] количественно

определяется отношением напряжения на внутрен-

них проводниках к току, протекающему по экрану

кабеля (рис. 1):

н.в.п.

св.

э.

Z ,

⋅

(1)

где

н.в.п.

−

напряжение между внутренними провод-

никами и экраном кабеля;

э.

−

ток, протекающий по

экрану кабеля;

−

длина кабеля.

Аналитические формулы для определения со-

противления связи имеют вид:

для кабелей со сплошными экранами [1,2]:

( )

св.

ω ,

1 d

2πr σ δ sh

+ ⋅

 

⋅ ⋅ ⋅

 

 

(2)

где

−

радиус экрана кабеля;

−

удельная прово-

димость материала, из которого изготовлен экран;

ω µ σ

= −

⋅ ⋅

толщина скин-слоя материала, из ко-

торого изготовлен экран;

−

толщина экрана кабеля;

для кабелей с экранами из оплёток

(

)

(

)

св.оп. св.

ω Z ω ωM,

j= +

(3)

где

в.

ωM ωk Zj j

= ⋅ −

комплексное сопротивление, ха-

рактеризующее неоднородности оплётки;

−

коэффи-

циент, определяемый свойствами экрана кабеля,

в.

−

волновое сопротивление кабеля.

Рис. 1. К определению сопротивления связи

экрана кабеля:

э.

−

ток, протекающий по

внешней стороне экрана кабеля;

н.в.п.

−

напряжение между внутренним проводником и

экраном кабеля;

−

длина кабеля;

−

радиус экрана

кабеля;

−

толщина экрана кабеля

Если известны амплитуда и частота синусои-

дального тока, протекающего по экрану кабеля, то

напряжение, наведённое на внутренних проводниках,

можно определить, используя формулы (2) или (3) и

(1).

Экспериментальное исследование кабелей с эк-

ранами различных типов позволяет установить час-

тотные зависимости сопротивлений связи

(

)

св.

Z f .

помощью аппроксимаций полученных кривых, на-

пример, функцией вида:

(

)

2 2

а.св.

Z f T f m f n

= ⋅ + ⋅ +

(4)

можно определить величину синфазного напряжения

на внутренних проводниках кабеля, по экрану кото-

рого протекает синусоидальный ток:

(

)

(

)

(

)

н.в.п. э. а.св.

U f I f Z f .

= ⋅ ⋅

(5)

123

Отметим, что точность вычисления

(

)

н.в.п.

U f

по

формуле (5) зависит от выбора аппроксимирующей

функции и погрешности при расчёте её коэффициен-

тов T, n и m.

Схема для исследования сопротивлений связи

экранированных кабелей приведена на рис. 2. Испы-

туемый экранированный кабель, нагруженный с обе-

их сторон на сопротивления

н.

R 1

МОм,

размеща-

ется на диэлектрической прокладке. Высокочастот-

ный генератор через токовый шунт и сопротивление

R 47

Ом,

соединяется с экраном кабеля. С помо-

щью измерительного приёмника снимаются значе-

ния напряжения, наведённого на внутренний про-

водник при протекании тока по экрану кабеля в час-

тотном диапазоне 0,1...30, МГц. Изображение стенда

для исследования сопротивлений связи приведено на

рис. 3. Частотные диаграммы сопротивлений связи

(

)

св.

Z f

образцов кабелей с экранами различных ма-

рок представлены на рис. 4.

При протекании по экрану кабеля импульсного

тока

э.

(t),

которому соответствует изображение по

Лапласу

э.

I (p),

синфазное напряжение в оператор-

ной форме на внутренних проводниках определяется

по формуле:

(

)

(

)

(

)

н.в.п. э. а.св.

U p I p Z p ,

= ⋅ ⋅

где

(

)

а.св.

Z p

−

операторная функция, модуль которой

аппроксимирует модуль сопротивления связи для

правых частей (2), (3) или (4).

Аппроксимирующая функция

(

)

а.св.

Z p

для

сплошного экрана может иметь вид:

( )

а.св.

2 2

Z p ,

T p mp n

+ +

(6)

где

T, m, n

−

коэффициенты, значения которых опре-

деляются при аппроксимации.

Для экрана в виде оплёток аппроксимирующая

функция, в зависимости от формы частотной диа-

граммы, может быть представлена формулами:

( )

а.св.

2 2

Z p pM;

T p mp n

= +

+ +

(7)

(

)

2 2

а.св.

Z p T p mp n.

= + +

(8)

Рис. 2. Схема для экспериментального определения

частотной характеристики сопротивления связи:

1 – испытуемый экранированный кабель; 2 – токо-

вый шунт; 3 – высокочастотный генератор сигналов; 4

– измерительный приёмник;

н.

−

сопротивление

нагрузки

(

)

н.

R 1

МОм

Рис. 3. Общий вид стенда для исследования

частотных характеристик сопротивлений связи:

1 – высокочастотный генератор сигналов; 2 – изме-

рительный приёмник; 3 – испытуемый образец экра-

нированного кабеля; 4 – токовый шунт; 5 – измери-

тельный коаксиальный кабель; 6 – диэлектрическая

прокладка

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 5 10 15 20 25 30

ñâ.

Z ( f )

Рис. 4. Экспериментально полученные частотные

характеристики сопротивлений связи

(

)

св.

Z f

для

образцов кабелей с экранами типа: 1 – «ПарМЛ»;

2 – «

ПОМсК 6 10

»; 3 – «

ПОМСК 6 10

»;

4 – «

ПБМсП 6 10

»; 5 – «ПМЛ»

Для параметров экрана кабеля:

3 4 7

См

r 2 10 м.; d 10 м.;

σ 5,6 10 ;

− −

= ⋅ = = ⋅

r в.

Гн

µ 1; k 4,67 10 ; Z 50,0

Ом,

−

= = ⋅ =

коэффициенты аппроксимирующих функций сопро-

тивлений связи принимают значения:

в случае, если кабель имеет сплошной экран:

T 3,7323 10

с;

Ом

−

≈ ⋅ ⋅

м с

m 1,3556 10 ;

Ом

−

⋅

≈ − ⋅

n 74,0128 ;

Ом

≈ −

124

в случае, если кабель имеет экран, выполненный в

виде оплётки:

T 6,4932 10

с;

Ом

−

≈ ⋅ ⋅

м с

m 7,1742 10 ;

Ом

−

⋅

≈ ⋅

n 75,9561 .

Ом

≈

Для экспериментально полученной частотной за-

висимости сопротивления связи образца кабеля с экра-

ном типа «ПМЛ» (рис. 4, кривая 5) значения коэффи-

циентов (8) имеют вид:

Ом

T 1, 4409 10

с;

−

≈ ⋅ ⋅

Ом с

m 1,8648 10 ;

−

⋅

≈ ⋅

Ом

n 3,9234 10 .

−

≈ ⋅

Наведённое синфазное напряжение в операторной

форме на внутренних проводниках, при условии проте-

кания по экрану кабеля импульсного тока грозового

разряда

1 2

δ t δ t

э. э.m

(t) I (e e ),

− ⋅ − ⋅

= ⋅ − (9)

для кабеля со сплошным экраном выражается фор-

мулой

( )

( ) ( )

(

)

( ) ( )

2 1

э.m

н.в.п.

1 2 1 2

δ δ

U p ,

T p p p p p

δ p δ

−

⋅

= ⋅

⋅ − ⋅ − + ⋅ +

где

1 2

и p ,

−

корни полинома знаменателя в фор-

муле (6).

Операторное напряжение для кабеля с экраном-

оплёткой:

( )

( ) ( )

н.в.п. э.m

1 2

U p I pM

T p p p p

 

= ⋅ ⋅ + ×

 

− ⋅ −

 

(

)

( ) ( )

2 1

1 2

δ δ

δ p δ

−

+ ⋅ +

где

1 2

и p ,

−

корни полинома знаменателя в фор-

муле (7).

Для кабеля с экраном типа «ПМЛ», после ап-

проксимации экспериментально полученной частот-

ной характеристики

(

)

св.

Z f

модулем функции (8),

синфазное напряжение на внутреннем проводнике в

операторной форме имеет вид:

( )

(

)

(

)

( ) ( )

2 2

2 1

н.в.п. э.m

1 2

δ δ T p mp n

U p I .

p δ p δ

− ⋅ + +

= ⋅ ⋅

+ ⋅ +

На рис. 5 изображена временная диаграмма напря-

жения

(

)

н.в.п.

U t

на сопротивлении нагрузки, наведённого

импульсным током (9) с параметрами [1]:

э.m 1

I =30 кА;

δ 0,0138 10 ;

= ⋅

δ 1,6248 10

= ⋅

на

кабель длиной

0,5

м.

с экраном типа «ПМЛ».

0 0. 5 1 1.5 2 2. 5 3 3.5 4 4.5 5

x 10

-5

2.5

3.5

4.5

5.5

Рис. 5. Временная диаграмма напряжения, наведённого

на сопротивлении нагрузки импульсным током, инду-

цированным грозовым разрядом на кабель длиной

0,5

м.

с экраном типа «ПМЛ».

Литература

1. Кравченко В.И., Болотов Е.А., Летунова Н.И.;

под ред. Кравченко В.И.. Радиоэлектронные средства

и мощные электромагнитные помехи. М.: Радио и

связь, 1987. – 256 с.

2. Рикетс Л.У., Бриджес Дж. Э., Майлетта Дж.

Электромагнитный импульс и методы защиты: пере-

вод с англ./под ред. Н.А. Ухина. – М.: Атомиздат,

1979. – 327 с.

125

RESEARCH COUPLING RESISTANCES OF SHIELDED CABLES

IRILLOV

USSIA

OMILIN

USSIA

Moscow Aviation Institute (State Technical University) «MAI», e – mail: emc@mai.ru

Under the influence of natural and artificial sources of

electromagnetic disturbances on external surfaces of cables

shields the currents are induced. These currents resulting, in

turn, to occurrence induced voltages between shields and

inner conductors. Value of induced voltage can be estimated

via coupling resistance. Coupling resistance per unit length [1]

quantitatively defined by:

i.c.

sh.

Z ,

⋅

where

i.c.

−

voltage between inner conductors and

shield of cable;

sh.

−

current induced on cable shield;

−

length of cable.

Experimental investigation of cables with different

types of shields permits to establish frequency dependences

of coupling resistances

(

)

Z f .

Scheme for research coupling

resistances of shielded cables is shown on Fig. 1. Frequency

dependences of coupling resistances are shown on Fig. 2.

In case pulse current

sh.

(t)

with Laplace representation

(

)

sh.

I p ,

induced on the cable shield, common-mode voltage

(

)

i.c.

U p

on inner conductors can be defined by formula:

(

)

(

)

(

)

i.c. sh. a.c.

U p I p Z p ,

= ⋅ ⋅

где

(

)

a.c.

Z p

−

Laplace representation of function, which mag-

nitude approximates experimentally received curve

(

)

Z f .

For experimentally received curves

(

)

Z f

Laplace repre-

sentation of approximating function

(

)

a.c.

Z p

can be presented by:

(

)

2 2

а.c.

Z p T p mp n.

= + +

(1)

For experimentally received frequency dependence of

coupling resistance for sample of cable with shield «PML»

(Fig. 2, curve 5) values of coefficients (1):

9 10

Ohm Ohm s

T 1,4409 10 s; m 1,8648 10 ;

m m

− −

⋅

≈ ⋅ ⋅ ≈ ⋅

Ohm

n 3,9234 10 .

−

≈ ⋅

Time diagram of voltage

(

)

i.c.

U t ,

induced from cur-

rent

1 2

δ t δ t

sh. sh.m

(t) I (e e ),

− ⋅ − ⋅

= ⋅ − presented on Fig. 3.

Fig. 1. Scheme for experimental detection

(

)

Z f

1 – tested shielded cable; 2 – current shunt; 3 – high-

frequency signal generator; 4 – measuring detector;

−

load resistance

(

)

R 1 MOhm

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 5 10 15 20 25 30

c .

Z ( f )

Fig. 2. Experimentally received frequency dependences of

coupling resistances

(

)

Z f

for samples of cables shields.

0 0.5 1 1. 5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 10

-5

2.5

3.5

4.5

5.5

Fig. 3. Time diagram of voltage

(

)

i.c.

U t

for cable with

«PML» shield for parameters:

sh.m

0,5 m; I =30 10

А[1];

= ⋅l

6 6

1 2

1 1

δ 0,0138 10 [1]; δ 1,6248 10 [1]

s s

= ⋅ = ⋅ .

References:

1. V. I. Kravchenko, E. A. Bolotov, N.I. Letunova;

edited by V. I. Kravchenko. Radio-electronic devices

and powerful electromagnetic interferences M.: Radio

and communication, 1987. – 256 p.

126

ПРИМЕНЕНИЕ ФУНКЦИЙ СВЯЗИ ДЛЯ РАСЧЁТА ЭФФЕКТИВНОСТИ

ЭКРАНИРОВАНИЯ ГИБКИХ МАТЕРИАЛОВ

В.

Ю.

ИРИЛЛОВ

ОССИЯ

М.

ОМИЛИН

ОССИЯ

Московский авиационный институт (государственный технический университет) «МАИ», e – mail: emc@mai.ru

Аннотация. Предложен алгоритм расчёта напряжений, наведённых на корпусах экранированных

бортовых устройств или элементах конструкции подвижного объекта, в случае воздействия электри-

ческого (магнитного) полей при помощи функций связи.

Abstract. This paper contains computational procedure for voltages, induced on frames of shielded on-board devices

or structural elements of moving craft in case of electric (magnetic) field affecting on it, via coupling functions.

Гибкие материалы обладают рядом преимуществ

при экранировании бортовых устройств подвижных

объектов. Они имеют малую удельную массу и позво-

ляют легко изменять свою форму.

Эффективность экранирования гибких материа-

лов может быть косвенно оценена с помощью функ-

ций связи. Функции связи устанавливают соотноше-

ния между напряжённостями электрического (или

магнитного) поля и напряжениями на элементах кон-

струкции или корпусах экранированных бортовых

устройств подвижного объекта:

н.к. н.к.

E H

U U

F ; F ,

E H

= =

где E – напряжённость электрического поля; H – на-

пряжённость магнитного поля;

н.к.

−

напряжение на

корпусе бортового прибора или элементе конструк-

ции подвижного объекта.

Экспериментальное исследование гибких мате-

риалов позволяет установить частотные зависимости

функций связи конкретных типов материалов. В

свою очередь, аппроксимация экспериментальных

частотных зависимостей аналитическими функциями

позволяет оценить эффективность экранирования

при воздействии импульсных электрического и маг-

нитного полей, создаваемых, например, электроста-

тическими разрядами.

Схема для экспериментального определения

функций связи при воздействии электрического поля

приведена на рис. 1. В соответствии со схемой испы-

таний, для определения функции связи рецептор, рас-

положенный на заземлённой проводящей подложке,

изолирован от неё диэлектрической прокладкой и ук-

рывается гибким экранирующим материалом (рис. 2).

В качестве рецептора может использоваться

конструкционный элемент, имитирующий корпус

бортового устройства, изолированный от корпуса

подвижного объекта. При экспериментальном иссле-

довании функций связи использовался рецептор в

форме куба с длиной ребра

a 50

мм.,

изготовлен-

ный из медной фольги. Изображение стенда с распо-

ложением рецептора, закрытого гибким экранирую-

щим материалом, приведено на рис. 3. Частотные

диаграммы функций связи

(

)

F f

для ряда гибких

экранирующих материалов, полученные в результате

экспериментальных исследований в частотном диа-

пазоне 0,1...30, МГц, представлены на рис. 4.

Рис. 1. Схема установки для определения функции

связи гибких материалов при воздействии электриче-

ского поля: 1 – рецептор ЭМП; 2 – испытуемый гиб-

кий экранирующий материал; 3 – измерительный

приёмник (ИП); 4 – генератор сигналов высокочас-

тотный (ГС); 5 – ТЕМ-камера; 6 – центральный элек-

трод ТЕМ-камеры;

н.

R 50

Ом

= −

сопротивление

нагрузки

Рис. 2. Схема расположения рецептора на

электропроводной подложке: 1 – электропроводная

подложка; 2 – диэлектрическая прокладка; 3 – испы-

туемый гибкий экранирующий материал; 4 – рецеп-

тор.

Аппроксимация экспериментальных кривых по-

линоминальной функцией

(

)

2 2

а.E

F f T f mf n

= + +

позволяет получить аналитическое выражение для

нахождения величины наведённого напряжения при

заданной частоте воздействующего синусоидального

127

электрического поля на экранированный гибким ма-

териалом корпус бортового устройства:

Рис. 3. Расположение рецептора, закрытого гиб-

ким экранирующим материалом, в нижней секции

ТЕМ – камеры: 1 – рецептор, закрытый одним из

испытуемых экранов; 2 – диэлектрическая подлож-

ка; 3 – измерительный кабель

0,00005

0,0001

0,00015

0,0002

0,00025

0,0003

0 5 10 15 20 25 30 35

F ( f )

Рис. 4. Частотные диаграммы функций связи для

гибких экранирующих материалов типа: 1 – 1,2П31-

Н3; 2 – 1П4-Н1; 3 – 1П12-Н5; 4 – Карбопон-В-22; 5 –

ТТМарт.5299-02.

(

)

(

)

(

)

н.к. в. а.E в.

U f F f E f ,

= ⋅

где

(

)

а.E

F f

−

значение аппроксимирующей функции

на частоте электрического поля, воздействующего на

корпус бортового устройства, экранированного гиб-

ким материалом;

(

)

в.

E f

−

напряжённость синусои-

дального электрического поля на частоте

в.

f ;

в.

−

частота воздействующего поля.

В случае воздействия периодического несину-

соидального поля:

( ) ( ) ( )

н.к. в. а.E в.k

k 1

U f F f E f ,

= ⋅

 

 

∑

где

(

)

в.k

E f

−

значение k-ой гармоники напряжённо-

сти периодического несинусоидального электриче-

ского поля;

(

)

а.E

F f

−

значение аппроксимирующей

функции связи на частоте

(

)

в.k

f , k 1,2, ..., N .

В операторной форме расчёт импульсного на-

пряжения, наведённого на корпус бортового устрой-

ства, экранированного гибким материалом, выполня-

ется по формуле:

(

)

(

)

(

)

н.к. а.E

U p E p F p ,

= ⋅

где

(

)

н.к.

U p

−

наведённое напряжение в операторной

форме;

(

)

E p

−

напряжённость электрического поля в

операторной форме;

(

)

а.E

F p

−

аппроксимирующая

функция связи в операторной форме.

Аппроксимация экспериментально полученных

кривых функций связи модулем полинома

(

)

2 2

а.E

F p T p mp n

= + +

(1)

позволяет определить операторное синфазное на-

пряжение

(

)

н.к.

U p

в соответствие с формулой (5).

Так, для материала ТТМарт.5299-02 (рис. 4,

кривая 5) коэффициенты функции (1), полученные в

результате аппроксимации, принимают значения:

T 3, 29091 10

м с;

−

≈ − ⋅ ⋅

m 5,54133 10

м с;

−

≈ ⋅ ⋅

n 3, 28357 10

м.

−

≈ ⋅

При воздействии импульсного электрического

поля, создаваемого, например, электростатическим

разрядом, изменение напряжённости которого выра-

жается формулой:

1 2

δ t δ t

E(t) E (e e ),

− ⋅ − ⋅

= ⋅ −

наведённое напряжение в операторной форме имеет

вид:

( )

(

)

(

)

( ) ( )

2 2

m 2 1

н.к.

1 2

δ δ T p mp n

U p .

p δ p δ

⋅ − ⋅ + +

+ ⋅ +

(2)

Временная диаграмма наведённого синфазного

напряжения при использовании материала типа

ТТМарт.5299-02 для следующих значений величин,

входящих в (2):

m 1

В 1

E 100 ;

δ 3.57 10 ;

м с

= = ⋅

δ 2.0 10 ,

= ⋅ −

приведена на рис. 5.

0 0.5 1 1. 5 2 2. 5 3

x 10

-9

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

Рис. 5. Временная диаграмма синфазного напря-

жения, наведённого импульсным электрическим по-

лем, при использовании материала типа

«ТТМарт.5299-02».

128

APPLICATION OF COUPLING FUNCTIONS OF FLEXIBLE MATERIALS

FOR SHIELDING EFFICIENCY COMPUTATION

IRILLOV

USSIA

OMILIN

USSIA

Moscow Aviation Institute (State Technical University) «MAI», e – mail: emc@mai.ru

Flexible materials possess variety of advantages.

They have small weight and allow changing the form

easily. Shielding efficiency of flexible materials can be

indirectly estimated via coupling functions. Coupling

functions establish relations between electric (magnetic)

field intensity and voltages on structural elements or

frames of shielded on-board devices of moving craft:

i.f. i.f.

E H

U U

F ; F ,

E H

= =

where

(

)

E H

−

electric (magnetic) field intensity;

i.f.

−

voltage on structural element or frame of shielded on-

board devices of moving craft;

Experimental investigation of different type’s flexi-

ble materials permits to establish frequency dependences

of coupling functions

(

)

F f .

Scheme for research cou-

pling functions of flexible materials is shown on fig. 1.

Frequency dependences of coupling functions are shown

on fig. 2.

In case pulse electrical field

E(t)

with Laplace repre-

sentation

(

)

E p

affecting on frame of shielded with flexible

material on-board device or structural element of moving

craft, induced voltage

(

)

i.c.

U p

can be defined by formula:

(

)

(

)

(

)

i.f. а.E

U p E p F p ,

= ⋅

где

(

)

а.E

F p

−

Laplace representation of function, which mag-

nitude approximates experimentally received curve

(

)

F f .

For experimentally received curves

(

)

F f

Laplace repre-

sentation of approximating function

(

)

a.E

F p

can be presented by:

(

)

2 2

а.E

F p T p mp n

= + +

(1)

For experimentally received frequency dependence

of coupling function for sample of flexible material

«TTMart.5299-02» (Fig. 2, curve 5) values of coeffi-

cients (1):

11 14

T 3, 29091 10 m s; m 5,54133 10 m s;

− −

≈ − ⋅ ⋅ ≈ ⋅ ⋅

n 3, 28357 10 m.

−

≈ ⋅

Time diagram of voltage

(

)

i.f.

U t ,

induced on frame of

shielded with flexible material «TTMart.5299-02» on-board

device, from electrical field

1 2

δ t δ t

E(t) E (e e ),

− ⋅ − ⋅

= ⋅ −

pre-

sented on Fig. 3.

Fig. 1. Scheme for experimental detection

(

)

F f

1 – receptor of electromagnetic interferences from electric

field simulated frame of on-board device; 2 – tested flexible

material; 3 – measuring detector; 4 – high-frequency

signal generator; 5 – TEM-cell; 6 – centre electrode

of TEM-cell;

−

load resistance

(

)

R 50 Ohm

0,00005

0,0001

0,00015

0,0002

0,00025

0,0003

0 5 10 15 20 25 30 35

F ( f )

Fig. 2. Experimentally received frequency dependences of

coupling functions

(

)

F f

for samples of flexible materials

0 0.5 1 1. 5 2 2 .5 3

x 10

-9

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

Fig. 3. Time diagram of voltage

(

)

i.f.

U t

in case of use

flexible material «TTMart.5299-02» shield for parameters:

E =100 ;

7 9

1 2

1 1

δ 3,57 10 ; δ 2 10

s s

= ⋅ = ⋅

129

ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ

КАБЕЛЕЙ ОТ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭСР

В.

Ю.

ИРИЛЛОВ

ОССИЯ

М.

В.

АРЧЕНКО

ОССИЯ

Московский авиационный институт (государственный технический университет) МАИ, e-mail: emc@mai.ru

Аннотация. Приведены результаты исследования зависимости эффективности экранирования бор-

товых кабелей космического аппарата от переходного сопротивления между экраном и корпусом

разъема кабеля.

Abstract. In the paper some results of research shielding efficiency spacecraft on-board cables from tran-

sient resistance between shield and cable frame connector are described.

Космические аппараты подвергаются воздейст-

вию факторов космического пространства, одним из

которых является электризация, приводящая к диф-

ференциальному заряжению диэлектрических мате-

риалов космических аппаратов и как следствие появ-

лению электростатических разрядов (ЭСР). Электро-

статические разряды на борту космических аппара-

тов являются источником излучаемых и кондуктив-

ных помех в виде импульсов электромагнитного по-

ля и конструкционных токов. Воздействие ЭСР соз-

дает помехи на внутренних проводниках бортовых

кабелей и приводит к ухудшению качества функцио-

нирования бортовой аппаратуры: появлению сбоев и

отказов. Лучшим путем проникновения электромаг-

нитных помех ЭСР являются бортовые кабели, по-

этому одна из задач обеспечения защиты бортовой

аппаратуры от воздействия ЭСР - повышение эффек-

тивности экранирования бортовых кабелей[1].

Эффективность экранирования кабелей зависит

не только от материала и структуры экрана, но и от

величины сопротивления между экраном и корпусом

разъема кабеля – переходного сопротивления[2]. Ве-

личина переходного сопротивления зависит от тех-

нологии соединения экрана кабеля с корпусом разъ-

ема. Несоблюдение требований технологии соедине-

ния приводит к увеличению переходного сопротив-

ления и, как следствие, к уменьшению эффективно-

сти экранирования всего кабеля.

Для определения зависимости эффективности

экранирования кабелей от переходного сопротивле-

ния при воздействии ЭСР были проведены лабора-

торные исследования кабелей с различной техноло-

гией заделки разъемов. Эффективность экранирова-

ния оценивалась по измеренной величине наведен-

ного напряжения на внутренних проводниках экра-

нированных кабелей от ЭСР. Коэффициент эффек-

тивности экранирования определяется по следующей

формуле:

mн

K lg20=

где |U

| – модуль напряжения разряда; |U

mн

| – модуль

амплитудного значения импульсного напряжения на

сопротивлении нагрузки.

Длина исследуемых образцов составляла 1 м.

Диаграмма переходных сопротивлений для иссле-

дуемых кабелей, построенная в порядке возрастания

среднего переходного сопротивления разъемов кабе-

ля, условно обозначенных X1 и X2, показана на рис.

1. Внутренние проводники исследуемых кабелей

представляют собой экранированную витую пару с

волновым сопротивлением R

~ 150 Ом, нагружен-

ную на согласованные сопротивления нагрузки R

150 Ом. Экран витой пары заземлялся с двух сторон.

Рис 1. Диаграмма переходных сопротивлений разъемов кабелей

130

Исследования зависимости эффективности эк-

ранирования образцов бортовых кабелей от переход-

ного сопротивления проводились в соответствии со

схемой рис. 2.

Рис. 2. Схема исследования эффективности экранирования бортовых кабелей на воздействие контактного

разряда.

а – контактный ЭСР в пластину связи, б – контактный ЭСР в середину образца, в – контактный ЭСР в

разъем имитатора внешнего бортового устройства, г – схема с индуктором тока[3]; 1 – горизонтальная плос-

кость связи; 2 – диэлектрическая прокладка; 3 – испытываемый образец; 4 – имитатор внешнего бортового уст-

ройства (ВБУ); 5 – имитатор бортового устройства; 6 – два резистора по 470 кОм [4]; 7 – оптический кабель; 8 –

передающий оптический модуль; 9 – приемный оптический модуль; 10 – цифровой запоминающий осцилло-

граф; 11 – перемычка металлизации; 12 – контактный разрядный электрод; 13 – разъемы бортового кабеля.

Для проведения испытаний образец кабеля (3),

подключенный к имитаторам бортового устройства

(5) и внешнего бортового устройства (4), был распо-

ложен на горизонтальной проводящей металличе-

ской пластине (1), находящейся на диэлектрическом

столе и соединенной с шиной заземления лаборато-

рии через 2 сопротивления в соответствии с ГОСТ Р

51317.4.2-99. Испытываемый образец кабеля вместе

с имитатором внешнего бортового устройства был

изолирован от проводящей плоскости диэлектриче-

ской прокладкой (2). Внутри имитатора бортового

устройства размещался передающий оптический мо-

дуль. Имитатор бортового устройства устанавливал-

ся на проводящую поверхность горизонтальной

плоскости связи и соединен перемычкой (11) с ме-

таллической пластиной. Расстояние от испытуемого

объекта до стен и проводящих конструкций лабора-

тории было не менее 1 м.

Для исключения воздействия электромагнитных

помех от генератора ЭСР на осциллограф (9) исполь-

зовалась аналоговая оптоволоконная линия, предна-

значенная для передачи измеряемого напряжения

помехи через оптический кабель (7). Оптический

приемный модуль (8) располагался на расстоянии

более 5 метров от места проведения испытаний и

подключался к цифровому запоминающему осцил-

лографу (9). В данной схеме эксперимента реализо-

ван один из возможных способов соединения борто-

вого кабеля с корпусом космического аппарата. Кон-

тактный безыскровой электростатический разряд

создавался генератором ESD-30N при напряжении

разряда U

= 14 кВ.

Результаты измерений эффективности экрани-

рования приведены в табл. 1.

ПОМ

ПрОМ

> 5 м

Генератор ЭСР

emtest ESD 30N

пер

5 13