Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования МИЭМ "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" Факультет Электроники и телекоммуникаций Программа дисциплины Сверхширокополосные электромагнитные воздействия и защита РЭС Специальность: 210201.65 Проектирование и технология радиоэлектронных средств Автор программы: Балюк Николай Васильевич, доктор технических наук, профессор, balyknwwa@mail.ru Одобрена на заседании кафедры Радиоэлектроники и телекоммуникаций «___»____________ 2012 г Зав. кафедрой С.У. Увайсов Рекомендована секцией УМС Председатель Утверждена УС факультета Ученый секретарь «___»___________ 2012 г «___»_____________2012 г. Содержание Содержание ................................................................................................................... 2 Предисловие ................................................................................................................. 3 Учебные материалы по программе ............................................................................. 4 Почасовой график лекционного курса и практики ................................................... 5 Цель изучения курса .................................................................................................... 7 Контроль ....................................................................................................................... 7 Итоговая аттестация ..................................................................................................... 7 2 Предисловие Лекции по настоящей программе призваны повысить знания студентов в сфере обеспечения электромагнитной устойчивости и стойкости при проектировании узлов, блоков, аппаратуры и систем электронного оборудования, а также при оценке состояния объектов на этапах предварительных и государственных испытаний. Лекционный курс охватывает следующие профессиональные задачи: обеспечение стойкости объектов в условиях воздействия электромагнитных факторов природного и техногенного происхождения. разработку программ и методик испытаний объектов на стойкость к сверхширокополосному (СШП) электромагнитному импульсу (ЭМИ) с учетом требований национальных и международных стандартов. обоснование технических решений по обеспечению устойчивости и стойкости объектов на основе математических моделей на различных этапах проектирования с использованием инженерных методик расчета. выбор наиболее рациональных с точки зрения защиты от СШП ЭМИ технических решений на всех этапах жизненного цикла изделия; Повышение квалификации студента направлено на то, чтобы специалист мог в своей профессиональной деятельности: осуществлять сбор, отработку, анализ и систематизацию научно-технической информации по вопросам проектирования электронных средств (ЭС) с учетом воздействия мощных электромагнитных импульсов; изучать специальную литературу и другую научно-техническую информацию, достижения отечественной и зарубежной науки и техники в области испытаний и защиты электронных средств от действия СШП ЭМИ; осуществлять разработку конкурентоспособной продукции, отвечающей стандартизованным требованиям по мощным ЭМИ; проводить выбор методов и средств испытаний РЭС на воздействие СШП ЭМИ; участвовать в экспериментальных исследованиях воздействия мощных электромагнитных полей на аппаратуру, системы и объекты с целью определения их стойкости; рассматривать предложения по совершенствованию конструкции электронных средств, которые направлены на обеспечение требований стандартов, давать заключения о целесообразности использования средств обеспечения стойкости к ЭМИ; участвовать во внедрении разработанных технических решений и проектов, в оказании технической помощи и осуществлении авторского надзора при изготовлении, испытаниях и сдаче в эксплуатацию проектируемых изделий. Настоящий курс лекций направлен на то, что после его изучения студент будет знать: основные нормативные материалы по вопросам оценки стойкости объектов к СШП ЭМИ; технические характеристики существующей экспериментальной базы ЭМИ; методы и средства повышения стойкости электронного оборудования к внешним электромагнитным воздействиям; методики оценки параметров ЭМИ; 3 специальную научно-техническую литературу по методологии электромагнитной стойкости; проводить измерения параметров СШП ЭМИ и устройств на их основе; использовать пакеты программ по расчету воздействия СШП ЭМИ на РЭС. Материал лекций построен на основе знаний в области физики возникновения электромагнитного импульса, методов и средств воспроизведения параметров ЭМИ и методов и средств защиты. В курсе лекций рассматривается 12 основных тем: 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭМИ. 2. ПАРАМЕТРЫ ЭМИ. 3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭМИ НА РЭС И ЭВС. 4. НАЦИОНАЛЬНЫЕ И МЕЖДУНАРОДНЫЕ СТАНДАРТЫ ПО ЭМИ. 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БАЗА ЭМИ. 6. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ. 7. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ. 8. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИЙ. 9. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ. 10. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ. 11. КОНЦЕПЦИЯ ЗАЩИТЫ. 12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ПРОБЛЕМЕ ЭМИ Каждая тема включает несколько разделов и заканчивается контрольными вопросами. Учебные материалы по программе Учебные материалы по программе включают конспект авторских лекций на бумажном и электронном носителях, учебные пособия по ЭМИ. Базовые учебники: 1. Уилльямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. М.: Издательский дом "Технологии", 2004. 540 с. 2. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. -М.: Издательский Дом "Технологии", 2005. − 320 с. 3. Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. Учебное пособие для вузов. -М.: Издательский Дом "Технологии", 2005. − 352 с. 4. Уилльямс Т.,. Армстронг К. ЭМС для систем и установок. - М.: Издательский Дом "Технологии", 2004 г. 508 с. 5. Балюк Н.В., Кечиев Л.Н., Степанов П.В. Мощный электромагнитный импульс: воздействие на электронные средства и методы защиты - М.: Издательский Дом "Технологии", 2008 г. 478 с. 6. Балюк Н.В., Болдырев В.Г., Булеков В.П., Кечиев Л.Н., Кириллов В.Ю., Литвак И.И., Постников В.А., Резников С.Б. Электромагнитная совместимость технических средств подвижных объектов. Учебное пособие. - М.: МАИ, 2004 г. 4 Почасовой график лекционного курса и практических занятий № п/п Наименование лекции Часы 2 Тема 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭМИ Цель. Задачи. Направления исследований проблемы ЭМИ. Термины, основные понятия. Устойчивость и стойкость технических средств. Тема 2 ПАРАМЕТРЫ ЭМИ. 2 3 Описание ЭМИ - обстановки. Источники ЭМИ. Физика образования и общая характеристика ЭМИ. Амплитудновременные параметры и формы ЭМИ. Энергетический спектр ЭМИ. Практические занятия по изучению физики образования и параметрам ЭМИ. Тема 3 ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭМИ НА РЭС И ЭВС. Воздействие ЭМИ на технические средства. Наведенные помехи от ЭМИ. Токи и напряжения в элементах РЭС и ЭВС. Классификация ЭМИ – обстановки при воздействии ЭМИ на технические системы. Поражающее действие ЭМИ. Экспериментальные данные по воздействию ЭМИ на системы и объекты. Практические занятия по расчету воздействия ЭМИ на элементы аппаратуры и технические средства. Инженерные методы расчета. 2 1 4 5 Тема 4 СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО РАЗРАБОТКЕ НАЦИОНАЛЬНЫХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ ПО ЭМИ Основные положения. Электромагнитная обстановка. Описание электромагнитной обстановки для излученных и наведенных помех. Классификация условий ЭМИ - обстановки. Требования стандартов по параметрам ЭМИ. Нормы и общие технические требования к средствам защиты для излученных и наведенных помех. Средства измерений и испытаний. Технические требования и методы испытаний для аппаратуры и систем. Направления перспективных исследований по разработке международных стандартов. 2 2 8 2 Изучение материалов подкомитета 77с – сайт WWW. IEC.CH Практика по изучению стандарта МЭК 61000-2-13. Тема 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БАЗА ЭМИ. 6 Имитаторы ЭМИ. Концепция развития, принципы построения и требования. Стационарные и подвижные имитаторы. Формирование полей. Современное состояние экспериментальной базы ЭМИ в России и в ведущих странах мира. 4 5 6 7 8 9 10 Тема 6 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Параметры импульсов. Классификация методов измерений. Измерительно-регистрирующие комплексы. Средства измерений параметров нагружения, реакции объектов и аппаратуры. Методы измерения полей в различных временных и амплитудных диапазонах. Требования к средствам измерений Тема 7 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПОЛЕЙ, ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ. Методы измерения больших полей, токов и напряжений. Измерение реакции аппаратуры. Требования и погрешности. Тема 8 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИЙ. 2 Пироэлектрические системы. Методы измерения энергий, токов. Требования и погрешности. Тема 9 МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ. Методики выполнения измерений. Системы и программа измерений. Эталоны. Измерительные генераторы. 2 Тема 10 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ. Методы испытаний оборудования и систем. Требования. Воспроизведение полей, токов и напряжений. Прямые и косвенные методы испытаний. Выбор уровней жесткости при испытаниях на стойкость. Испытания на действие излученных и наведенных помех. Испытательное оборудование. Системы измерений. Испытательный объем. Испытательные установки для лабораторных и стационарных испытаний. Методика испытаний. Испытания подвижных и стационарных объектов. Испытания средств защиты. Метрологическое обеспечение испытаний. Схемы испытаний, испытательные приспособления и установки. Критерии оценки результатов испытаний. Оценка устойчивости. Испытания для обеспечения качества при производстве аппаратуры. Требования к документации. Результаты и отчеты по испытаниям. Решение практических задач по методам испытаний объектов, изучение стандартов МЭК серии 61000-4 и оборудования отечественных производителей. 11 Тема 11 КОНЦЕПЦИЯ 2 2 2 2 2 2 2 10 ЗАЩИТЫ. Управление потоком электромагнитных помех. Принципы защиты. Общие положения. Зонирование. Защита от излученных и наведенных помех. Сравнительный анализ принципов защиты от ЭМИ. Защитные устройства. 6 2 2 12 Выбор защитных устройств от излученных и наведенных помех. Требования к средствам защиты от ЭМИ. Схемы защиты. Концепция защиты зданий и аппаратуры от молнии. Практика конструирования. Методы повышения помехозащищенности: конструктивные, схемные и структурнофункциональные. 12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ПРОБЛЕМЕ ЭМИ. 2 Деловая игра на тему: «Разработка технических систем стойких к воздействию ЭМИ с учетом требований нормативных документов». 4 Направления перспективных исследований по проблеме ЭМИ. Электромагнитное оружие. Прогнозирование результатов воздействия ЭМИ и решение практических задач по защите от ЭМИ на уровне экспертных оценок. Прием рефератов. Зачеты. Посещение уникальной экспериментальной базы ЭМИ (по назначению) 6 4 Самостоятельная работа - 62 час Цель изучения курса Получение необходимого объема теоретических и практических знаний в области защиты электронных средств с учетом требований стандартов по ЭМИ, а также освоение соответствующих методов расчета для решения инженерных задач. Контроль Контроль осуществляется путем устного опроса и проверки рефератов, тематика которого согласовывается со слушателем. Итоговая аттестация Итоговая аттестация-зачет проводится по итогам устного опроса, проверки рефератов и проведения деловой игры на тему: «Разработка технических систем стойких к воздействию ЭМИ с учетом требований нормативных документов». Составитель д.т.н., профессор Балюк Н.В. 7