ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ТЕСТОВ НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ СОВМЕСТИМОСТЬ К ИМПУЛЬСНЫМ ПОЛЯМ СВЕРХКОРОТКОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

March 31, 2012 by admin Комментировать »

Бердин С. Н., Гадецкий Н. П., Гапоненко Н. И., Магда И. И., Мутовина Н. В., Червонос Л. Н. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Украина, 61108, Харьков, ул. Академическая, 1 e-mail: imagda@online.kharkiv.com, тел:+38-057-240-4464

Аннотация – Описываются особенности конструкции стенда (ИС) для испытаний радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на электромагнитную совместимость (ЭМС) к импульсным полям сверхкороткой длительности (СКД).

I.  Введение

Развитие импульсных технологий больших мощностей, в первую очередь, в области СКД сопровождается увеличением уровня излучений, опасных для РЭА и компонентов. Неизбежность этого процесса вынуждает совершенствовать методы и технику испытаний РЭА ЭМС СКД. Обычно рабочая зона испытательного стенда СКД использует сверхширокопо- лосную (СШП) коаксиальную или полосковую линию, согласованную на конце, т.н. ТЕМ ячейку, подключенную к генератору импульсов СКД. Рабочий диапазон частот ТЕМ ячейки может достигать 107-101° Гц [1]. Ниже описывается ИС с объемом зоны тестов = 1 м3, рассчитанный на расширенный рабочий диапазон напряженности поля электромагнитной волны 10-1000 В/см при длительностях импульса 3-5 нс и фронта 250 пс (полоса частот 80 МГц-1.5 ГГц).

II. Особенности стенда СКД

Основными элементами ИС СКД являются: испытательная ТЕМ ячейка, высоковольтный аттенюатор- согласователь (ВАС), формирователь импульсного напряжения (ФИН) СКД, система управления работой стенда и измерительные средства.

ТЕМ ячейка обеспечивает тесты ЭМС для РЭА с максимальным размером до 0,7 м в пассивном и активном режимах. Ячейка выполнена в виде неоднородной полосковой линии с сохраняющимся по длине импедансом ~ 100 Ом, длиной 4.5 м и объемом однородной рабочей зоны = 1x1x1 м3.

Вход линии соединен с ФИН через СШП согласующий переход, а ее выход замкнут на согласованную нагрузку. Потенциальный электрод линии, образованный 16 проводниками круглого сечения (диаметр 11 мм), имеет в продольном сечении форму трапеции и переменный поперечный размер. Каждый из проводников нагружен своим резистором, а все вместе они образуют нагрузку для линии 100 Ом, обеспечивая ее согласование. Заземленный электрод линии (основание ячейки) выполнен в виде сплошного медного листа. Под ним расположен экранированный объем для размещения узлов энергообеспечения тестируемых объектов, технологического оборудования стенда и вывода кабелей питания аппаратуры и измерительных линий.

Высоковольтный аттенюатор-согласователь обеспечивает изменение амплитуды поля в ТЕМ ячейке, без изменения режима работы ФИН СКД, а также развязку ФИН и линии, необходимую для подавления сигналов, отраженных от тестируемых объектов в различных режимах тестов.

Конструкция ВАС предусматривает изменение коэффициента передачи 0…-20 дБ в заданном интервале рабочих частот, а также СШП согласование импедансов при переходе от коаксиального фидера ФИН СКД к полосковой линии. Для этого в коаксиальном переходе ВАС используется сменный потенциальный внутренний электрод, покрытый СШП поглощающим материалом, а также изменение профиля внешнего электрода. Форма профиля задается условием сохранения Z перехода в любом сечении сменного резистора Ro, имеющего радиус а и длину хо. Тогда в соответствии с [2], импеданс неоднородной линии Z(x)=60(£r)’1/2ln[r(x)/a] в любой ее точке х согласуется остающейся частью сопротивления R(x)=Rqx/xo, если профиль линии с диэлектриком задается как фс) = аехр[Я?о(£г)"1/2х/60хо].

Высоковольтный ФИН СКД. Для обеспечения указанных режимов испытаний ТЕМ ячейка запиты- вается от ФИН импульсами с амплитудой 100-150 кВ, длительностью по полувысоте 3-5 нс и фронтом

0,      25 нс с частотой повторения до 50 Гц.

ФИН СКД состоит из первичного источника импульсного напряжения и формирователя сигналов с пикосекундными фронтами (рис.1). Первичным источником импульсного напряжения ФИН (U до 130 кВ, tn = 4.5 мкс) является трансформатор Тесла. Импульсы наносекундной длительности (U ~ 100 кВ, tn =

4    нс) формируются несимметричной коаксиальной двойной формирующей линией (ДФЛ) с газовой изоляцией (азот, элегаз или их смесь; давление до 40 ати). ДФЛ заряжается от конденсатора С2 через газовый двухэлектродный разрядник S2 с резонансным повышением напряжения в 1,3 раза за время ~ 70 нс. При этом, скорость роста напряжения на коммутаторе линии S3, определяющая стабильность его срабатывания, составляет ~ 2-1012 В/с.

Рис. 1. Схема наносекундного формирователя.

Fig. 1. Schematics of nanosecond forming unit

Принцип формирования высоковольтных сигналов СКД основан на использовании эффекта задержки пробоя газа или жидкого диэлектрика [3] в перенапряженном зазоре. Это достигается за счет пропускания предварительно созданного высоковольтного наносекундного импульса через передающую линию, оканчивающуюся перенапряженным зазором (т.н. каскад сжатия). В описываемом ФИН

СКД фронт импульса формируется двумя последовательными каскадами сжатия, образованными отрезками коаксиальной линии передачи и газовыми разрядниками высокого давления (Р~40 ати) S4, S5.

Рис. 2. Электрическое поле в поперечных сечениях ДФЛ: (а) области торца промежуточного электрода (г = 0.01 м), (б) между коаксиальными электродами.

Fig. 2. Electric field strength at two cross-sections of DFL: (a) at the edge of intermediate electrode (r = 0.01 m), (b) between coaxial electrodes На Рис.З приведены распределения тангенциальной компоненты электрического поля на наиболее напряженном участке поверхности диэлектрика узла подачи зарядного напряжения на ДФЛ. Изменение формы поверхности в области «тройной точки» позволило снизить напряженность тангенциальной компоненты электрического поля в этой области с 4,8 МВ/м (1) до 1,6 МВ/м (2).

Расчеты конструкции ДФЛ проводились с условием достижения максимальной удельной мощности при минимальном поперечном сечении ДФЛ [4], выравнивания напряженности поля Е в обеих линиях и снижения напряженности поля на торце промежуточного электрода. Данные, полученные для наиболее напряженных участков конструкции ДФЛ проверялись пакетом FEMLAB (рис.2 а,б) и, в случае необходимости, корректировались.

Fig. 3. Tangential component of electric field distribution at the surface of input insulator

III.  Заключение

Описаны принцип и особенности конструкции испытательного стенда ЭМС СКД с объемом рабочей зоны ок. 1 м3, диапазоном напряженности поля 10-1000 В/см и длительностями импульса 3-5 не и фронта 250 пс.

IV.  Список литературы

[1] J. P. Karst, Н. Grabe, Int. Symp. on EMC, Magdeburg, 1999, p. 271.

[2] J. Wey, F. Bieth, Very high-voltage divider, UWB Short- Pulsed Electromagnetics 6; Ed. by Mokole et al., Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2003, p.523.

[3]  Г. А. Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов, М.: Сов. радио. 1974, 325 с.

[4]  М. В. Бабыкин, А. В. Бартов. Препринт ИАЭ-2253. М.:

1972, 29 с.

TEST BED FOR ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY TESTS ON AFFECT OF ULTRA-SHORT PULSED ELECTROMAGNETICS

Berdin S. N., Gadetski N. P., Gaponenko N. I., Magda 1.1., Mutovina N.V., Chervonos L.N. National Science Center the Institute of Physics and Technology 1 Academicheskaya St., Kharkov 61108, Ukraine e-mail: imagda@oniine.kharkiv.com

Abstract – Design features of test bed with operation volume of 1 m3 for ultra-short pulsed (USP) electromagnetic compatibility (EMC) tests of radio-electronic equipment (REE) are presented.

I. Introduction

Development of high-power impulse technologies, first of all, in the area of USP, is accompanied by increase of undesirable electromagnetic radiation level, dangerous for REE and components. This process stimulates improvement the methods and means of EMC tests of REE coupled by USP’s. As a rule, the working area of a test bed is arranged as ultra-wide band (UWB) coaxial or strip line, matched to UWB load (а ТЕМ cell), which, in turn, is fed by high-voltage USP generator. The test bed designed as а ТЕМ cell with operation volume of = 1 m3, electric field strength range of 10-1000 V/cm, and impulse and front durations of 3-5 ns and 250 ps, correspondently, is described.

II. Design features of USP test bed

Basic elements of test bed are: test ТЕМ cell, high-voltage attenuator (HVA), forming pulse generator (FPG) USP, control system of the stand and measuring means.

ТЕМ cell provides EMC tests of REE with a maximum linear size up to 0.7 m in passive and active modes. It is executed as an inhomogeneous strip line with impedance ~ 100 Ohm, overall length 4.5 м and operation volume of 1x1x1 m3. The line is feeded by FPG through UWB matching unit, and terminates to a matched HV load. The potential electrode of the line made of 16 parallel 11-mm diameter conductors has a trapezoid form in longitudinal crossection and variable transversal size. The ground is made of wide copper sheet.

HVA plays a role of UWB absorber with a factor of 0-20 dB and provides variation of E-field amplitude without disturbing operation of FIG USP. HVA also prevents coupling between FPG and ТЕМ cell necessary for suppression signal reflected from objects in various modes of tests.

FPG USP generates HV pulses with amplitude of 100-150 kV, duration at HWHM of 3-5 ns, rise time of 0.25 ns, and repetition frequency up to 50 Hz. It consists of Tesla transformer as primary source (U up to 130 kV, fp=4.5 mks), and coaxial forming system, Fig. 1. Impulses of nanosecond duration (U ~ 100 kV, fp = 5 ns) are formed by an asymmetrical coaxial double forming line (DFL) with gas isolation (nitrogen, SF6 or their mixture; pressure up to 40 atm). A picosecond forming network uses two cascades of pulse compression that consist of coaxial transmission lines and peaking gaps operating in overstressing mode.

Features of DFL design assume the necessity for obtaining the maximum of specific power in coaxial line, equality of E-field strength in both lines, and minimizing E-field strength at the edge of intermediate electrode.

III. Conclusion

Principle and peculiarities of EMC USP test-bed design with operation volume ~ 1 m3, E-field of 10-1000 V/cm, and pulse duration of 3-5 ns and rise time of 250 ps are presented.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты