Research indexJournal article
Гибридный способ защиты от сверхкоротких импульсов на основе меандровой линии и газоразрядного устройства
Юрьевич, Петрович, Юрьевич and 2 others
cyberleninka.ru1 Jan 2024Open access
NobleIDark:/48914/w1/20260515/3083775FDOI10.24412/2410-9916-2024-2-149-172
Гибридный способ защиты от сверхкоротких импульсов на основе меандровой линии и газоразрядного устройства
Юрьевич, Петрович, Юрьевич and 2 others · cyberleninka.ru · 2024
NobleIDark:/48914/w1/20260515/3083775FDOI10.24412/2410-9916-2024-2-149-172
Free to read at the publisher
You can read the abstract here, or the full text at the publisher.
Abstract
Постановка задачи: с развитием радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) повышается ее быстродействие, уменьшаются рабочие напряжения и увеличивается плотность трассировки печатных плат, что увеличивает восприимчивость РЭА к различным электромагнитным воздействиям (ЭМВ). Известно, что ЭМВ могут представлять угрозу для современной РЭА. Так, генераторы мощных ЭМВ могут быть использованы злоумышленниками для дестабилизации или полного выведения из строя критичной инфраструктуры. Серьезную угрозу для РЭА представляет сверхкороткий импульс (СКИ). Известны традиционные устройства защиты от СКИ, но они имеют недостатки: низкие мощность и быстродействие, ограниченный ресурс срабатываний, а также, низкая радиационная стойкость из-за полупроводниковых компонентов в их составе. Это неприемлемо, например, для космической отрасли, из-за необходимости повышения срока активного существования космических аппаратов до 15 лет. В этой связи, необходим поиск новых подходов к защите РЭА, лишенных таких недостатков. Один из перспективных подходов к защите – разложение СКИ на последовательность импульсов меньшей амплитуды в меандровой линии (МЛ). Примечательно использование МЛ совместно с газоразрядными устройствами защиты с недостаточным быстродействием, обусловленным тем, что на возникновение электрического разряда требуется значительное время. По этой причине защищаемые цепи в РЭА должны выдерживать воздействие помехи до тех пор, пока устройство не сработает. В этой связи, воздействие мощного СКИ может быть губительным, поскольку газоразрядное устройство не успеет сработать из-за быстрого нарастания СКИ. Однако при совместном использовании МЛ с газоразрядным устройством можно попытаться исключить этот недостаток. Так, сначала СКИ будет разложен на последовательность импульсов меньшей амплитуды в МЛ (до 3 и даже 4 импульсов в одном витке МЛ и более в многокаскадных и многопроводных структурах), первый из которых, пройдя через газоразрядное устройство, может «подготовить» его к срабатыванию, а остальные уже будут ограничены газоразрядным устройством. При этом, чтобы защищаемые цепи выдержали воздействие СКИ до тех пор, пока не сработает газоразрядное устройство, СКИ в МЛ может быть разложен на последовательность импульсов с возрастающей амплитудой каждого импульса. Такое гибридное устройство позволит значительно улучшить эффективность защиты РЭА от СКИ меньшей длительности. Цель работы: продемонстрировать возможность ослабления СКИ в гибридном устройстве защиты на основе МЛ и газоразрядного устройства защиты. Используемые методы: анализ, а также вычислительный (на основе разных численных методов) и натурный эксперименты. Новизна: предложено гибридное устройство защиты от СКИ на основе МЛ и газоразрядного устройства, отличающееся совместным использованием их свойств. Кроме того, впервые сформулированы условия разложения СКИ в таких гибридных устройствах защиты. Результат: Выполнен детальный анализ влияния длительности воздействия на защитные характеристики газоразрядного устройства посредством моделирования с использованием SPICE-модели и натурных испытаний. По результатам анализа оптимизирована SPICE-модель для более наглядных результатов, а также сформулированы условия для своевременного срабатывания газоразрядного устройства. В результате, на выходе МЛ с газоразрядным устройством увеличено ослабление СКИ, в сравнении с только МЛ. Рассмотрены два различных воздействия и две структуры на основе МЛ. Продемонстрировано, как первый импульс с выхода линий подготавливает газоразрядное устройство к срабатыванию и остальные импульсы подавляются уже им. Несмотря на то, что в этом случае первый импульс (который подготавливает газоразрядное устройство к срабатыванию) проходит дальше и не ослабляется, его амплитуда все же меньше, чем у исходного импульса. Это важно для уменьшения нагрева чувствительных элементов РЭА. В этом случае максимальное ослабление СКИ в структурах 1 и 2 составило 25 и 44 раза соответственно. Дополнительно рассмотрен случай, когда газоразрядное устройство включено на входе в линию. В этом случае получен примечательный результат: выявлено, что такое включение предпочтительнее для максимального подавления СКИ. В этом случае максимальное ослабление СКИ в структурах 1 и 2 составило 102 и 143 раза. Практическая значимость: решение может использоваться в критичной РЭА для защиты от СКИ, например, в цепях питания.