Σχεδιασμός και δοκιμή μιας γεννήτριας DEW χαμηλής τεχνολογίας για τον προσδιορισμό της ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας τυπικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων

Αφηρημένη:

Αυτό το άρθρο περιγράφει την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών περιβαλλόντων υψηλής ισχύος (HPEM) στη λειτουργία όλων των βασικών στοιχείων των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας. Οι ζώνες συχνοτήτων ορίζονται για τα περιβάλλοντα HPEM. Η προσοχή εστιάζεται ιδιαίτερα στα κατευθυνόμενα ενεργειακά όπλα (DEW) και στις σκόπιμες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (IEMI). Περιγράφεται επίσης μια ταξινόμηση των γεννητριών DEW και IEMI ως προς το επίπεδο πεδίου E και την απόσταση στόχου από το άνοιγμα της κεραίας της γεννήτριας DEW ή IEMI. Η κύρια εστίαση αυτού του άρθρου είναι στον σχεδιασμό και τη δοκιμή μιας γεννήτριας DEW χαμηλής τεχνολογίας που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας τυπικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

Επιπλέον, εξηγείται επίσης η επαλήθευση της ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας για ένα απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα χωρίς επαρκή προστασία έναντι του πεδίου E. Το αποτέλεσμα αυτού του άρθρου είναι ο καθορισμός των ορίων E-πεδίου για λειτουργία χωρίς σφάλματα, καταστάσεις δυσλειτουργίας των δοκιμασμένων κυκλωμάτων και μη αναστρέψιμη καταστροφή των κυκλωμάτων. Το μετρούμενο Ε-πεδίο συγκρίθηκε με τη βασική θεωρία ακτινοβολίας μικροκυμάτων και τα αποτελέσματα προσομοίωσης στο λογισμικό COMSOL Multiphysics (COMSOL, Inc. 100 District Avenue Burlington, MA 01803 USA).

Η ανοσία είναι ο αμυντικός μηχανισμός του οργανισμού. Το σώμα μπορεί να αναγνωρίσει και να εξαλείψει κάθε ξένο υλικό που εισβάλλει από έξω.

Παλιά, κατεστραμμένα, νεκρά, εκφυλισμένα αυτοκύτταρα και ικανότητα αναγνώρισης και αντιμετώπισης μεταλλαγμένων και μολυσμένων από ιούς κυττάρων στο σώμα. πότε

Όταν η ανοσία είναι χαμηλή, είναι εύκολο να υποφέρεις από ασθένειες. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη χαμηλή ανοσία είναι ο παράγοντας ηλικία: υπάρχουν δύο ανοσολογικοί παράγοντες στη ζωή.

Στάδια χαμηλής ανοσίας, δηλαδή παιδική και μεγάλη ηλικία. Στην έρευνά μας, διαπιστώσαμε ότι το Cistanche deserticola μπορεί να ενισχύσει την ανοσία, οι πολυσακχαρίτες Cistanche deserticola και η βερμπασκοσίδη μπορούν να αυξήσουν τη δραστηριότητα των ενζύμων της καρδιάς και του εγκεφάλου, να ενισχύσουν τη φαγοκυττάρωση των περιτοναϊκών κυττάρων και την απόκριση πολλαπλασιασμού των λεμφοκυττάρων, ενισχύοντας έτσι την ανοσία.

Κάντε κλικ στο προϊόν συμπληρώματος cistanche deserticola

Λέξεις-κλειδιά:

περιβάλλον υψηλής ισχύος ηλεκτρομαγνητικό (HPEM). κατευθυνόμενα ενεργειακά όπλα (DEW). σκόπιμη ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (IEMI). ηλεκτρομαγνητική ανοσία μαγνητρόν; παρέμβαση; κεραία; βελτιστοποίηση; ηλεκτρομαγνητική ανοσία.

1. Εισαγωγή

Ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας αποτελείται από βασικά στοιχεία παραγωγής, μεταφοράς, διανομής και χρηστών ή καταναλωτών. Μεγάλοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής προγραμματίζονται με βάση τις προβλεπόμενες ανάγκες ηλεκτρικής ενέργειας για κάθε ημέρα και πραγματοποιούνται παγκόσμιες δημοπρασίες για να επιτευχθεί το καλύτερο αποτέλεσμα τιμής και αξιοπιστίας για τον καταναλωτή. Λόγω της αυξανόμενης τάσης χρήσης περισσότερων οικολογικών πηγών ηλεκτρικής ενέργειας όπως τα ηλιακά συστήματα [1,2], τα αιολικά πάρκα [3,4] κ.λπ., το δίκτυο μεταφοράς έχει πολύ μεγαλύτερες απαιτήσεις όσον αφορά τη δομή του [5,6 ], σταθερότητα [7], βελτιστοποίηση [8–10] και διασφάλιση των απαιτήσεων του τελικού πελάτη από παρεμβολές [11–13].

Κάθε μεγάλη εταιρεία ενέργειας διαθέτει ένα κέντρο ελέγχου που εργάζεται για να διατηρεί την παραγόμενη και τη χρησιμοποιούμενη ισχύ σε ισορροπία μέσω των υπαρχόντων και διαφορετικών δικτύων επικοινωνίας της. Επιπλέον, χρησιμοποιούν άλλα δίκτυα επικοινωνίας για να παρακολουθούν τις συνθήκες των ηλεκτρονικών ελέγχου στους υποσταθμούς για να ανταποκρίνονται σε περίπτωση βλαβών ή αστοχιών εξοπλισμού. Όλα αυτά τα δίκτυα με ηλεκτρονικά συστήματα πληροφοριών και επικοινωνίας είναι ευάλωτα στις επιπτώσεις των περιβαλλόντων HPEM.

Τα περιβάλλοντα HPEM περιλαμβάνουν ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς κεραυνών (LEMP), ακραίες επιπτώσεις γεωμαγνητικής καταιγίδας, πυρηνικούς ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς (NEMP), ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς υψηλού υψομέτρου (HEMP) και φαινόμενα ραδιοσυχνοτήτων υψηλής ισχύος (HPRF), συμπεριλαμβανομένων όπλων κατευθυνόμενης ενέργειας (DEW) και σκόπιμη ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (IEMI). Στον τομέα της ασφάλειας, ο όρος που χρησιμοποιείται είναι DEW. Στην πολιτική ορολογία, ο χρησιμοποιούμενος όρος είναι κατευθυνόμενη ενέργεια (DE). Ειδικότερα, τα DEW και τα IEMI αποτελούν σήμερα σημαντική απειλή για τη λειτουργία ηλεκτρονικών και πληροφοριακών συστημάτων στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και σε άλλες κρατικές υποδομές [14,15].

Τα DEW και τα IEMI δημιουργούν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο παλμικής ισχύος που ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικός παλμός (EMP), το οποίο μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργία ή ακόμα και καταστροφή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Λόγω της γρήγορης ανάπτυξης έρευνας σε αυτόν τον τομέα, μπορούν να κατασκευαστούν μικρές συμπαγείς συσκευές. Αυτές οι συσκευές είναι πολύ ελκυστικές για χρήση στην τεχνολογία άμυνας και ασφάλειας, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν κατάχρηση από τρομοκράτες. Η ειδική χρήση των DEW και των IEMI εξαρτάται από τη μέθοδο παραγωγής ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και επίσης από τη χρησιμοποιούμενη ζώνη συχνοτήτων. Τα DEW και τα IEMI συνήθως λειτουργούν στους ακόλουθους τρόπους λειτουργίας:

1 Ένας μόνος παλμός με πολλούς κύκλους μιας μόνο συχνότητας (ένα έντονο σήμα στενής ζώνης που μπορεί να έχει κάποια ευελιξία συχνότητας).

2 Μια έκρηξη που περιέχει πολλούς παλμούς, με κάθε παλμό να περιέχει πολλούς κύκλους μιας μόνο συχνότητας.

3 Ένας παροδικός παλμός εξαιρετικά ευρείας ζώνης (UWB) (φασματικό περιεχόμενο από 100 s MHz έως αρκετά GHz).

4 Μια έκρηξη πολλών ακτινοβολούμενων ή αγώγιμων παλμών UWB.

Τα σήματα DEW και IEMI μπορούν να διαπεράσουν ακτινοβολία ή αγωγιμότητα σε ηλεκτρονικές συσκευές [16,17]. Το σχήμα 1 δείχνει τις ζώνες συχνοτήτων μεμονωμένων στοιχείων περιβαλλόντων HPEM. Το σχήμα ελήφθη από το [14]. Η φασματική πυκνότητα απεικονίζεται στον κατακόρυφο άξονα. Η μονάδα είναι V/m/Hz.

Σε περιβάλλοντα DEW και IEMI, είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη η εξάρτηση του πεδίου E από την απόσταση της γεννήτριας DEW ή IEMI από τον στόχο. Η παράμετρος που χρησιμοποιείται συχνά σε αυτήν την περιοχή είναι rE. Σε άλλες εκδόσεις, που αναφέρονται επίσης ως παράγοντας αξίας (FOM), η μονάδα είναι βολτ (V). Αυτή η παράμετρος αντιπροσωπεύει το γινόμενο του πεδίου E E και την απόσταση r από την κεραία της γεννήτριας εκπομπής.

Οι γεννήτριες DEW και IEMI, κατάλληλες για χρήση σε σκόπιμη διακοπή της λειτουργίας τεχνολογίας που περιέχει ευαίσθητα ηλεκτρονικά, μπορούν να χωριστούν ανάλογα με το επίπεδο πολυπλοκότητάς τους και συνεπώς τη διαθεσιμότητά τους ως εξής [16,18-22]:

1 Γεννήτριες χαμηλής τεχνολογίας rE ' 1 kV (π.χ. φούρνος μικροκυμάτων).

2 Γεννήτριες μέσης τεχνολογίας rE ' δεκάδων έως εκατοντάδων kV (π.χ. τροποποιημένοι πομποί ραντάρ).

3 Γεννήτριες υψηλής τεχνολογίας rE ' τάξης μονάδων MV (ειδικές τεχνολογίες).

Το επίπεδο E-field στη θέση της ηλεκτρονικής συσκευής (στόχος) στη σχετική ζώνη συχνοτήτων είναι καθοριστικό για τη διακοπή ή την καταστροφή των ηλεκτρονικών συστημάτων. Η διακοπή των δραστηριοτήτων ή η καταστροφή του στόχου μπορεί να επιτευχθεί με γεννήτριες υψηλής ή μέσης τεχνολογίας που λειτουργούν από μεγάλη απόσταση ή από γεννήτρια χαμηλής τεχνολογίας που βρίσκεται κοντά στον στόχο. Επί του παρόντος, μια πολύ ελκυστική τοποθεσία για τις γεννήτριες DEW και IEMI είναι τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV). Το Project CHAMP [23,24] δείχνει τα αποτελέσματα των γεννητριών DEW ή IEMI σε ένα UAV που προκαλούν διακοπή ή καταστροφή ηλεκτρονικών συστημάτων υψηλής απόδοσης.

Οι ακόλουθες ενότητες ασχολούνται με το σχεδιασμό και τη δοκιμή μιας γεννήτριας DEW χαμηλής τεχνολογίας, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας τυπικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Ως στοιχείο ισχύος της γεννήτριας χρησιμοποιήθηκε ένα μαγνήτρον. Στη συνέχεια, πραγματοποιούνται μετρήσεις ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας ηλεκτρονικών κυκλωμάτων χωρίς πρόσθετη προστασία από τις επιπτώσεις του πεδίου E. Το αποτέλεσμα είναι ο προσδιορισμός των ορίων E-πεδίου για λειτουργία χωρίς σφάλματα και για καταστάσεις σφάλματος των δοκιμασμένων κυκλωμάτων και του επιπέδου E-field για την μη αναστρέψιμη καταστροφή των κυκλωμάτων.

2. Έννοια μιας γεννήτριας DEW χαμηλής τεχνολογίας με μαγνήτρο

Ένα magnetron, που χρησιμοποιείται συνήθως σε φούρνους μικροκυμάτων, επιλέχθηκε για την παραγωγή μιας γεννήτριας ισχύος μικροκυμάτων που λειτουργεί στη ζώνη S (Εικόνα 2).

Ένα magnetron χρησιμοποιήθηκε στη γεννήτρια ισχύος μικροκυμάτων ως πηγή ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας με υψηλή ισχύ (Τύπος 2M219J). Αυτό το magnetron χρησιμοποιείται συνήθως σε φούρνους μικροκυμάτων ως πηγή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Ο Πίνακας 1 δείχνει τις προδιαγραφές magnetron από το φύλλο καταλόγου κατασκευαστή.

2.1. Βασική σύνδεση γεννήτριας μικροκυμάτων

Η θεμελιώδης αρχή της λειτουργίας της γεννήτριας μπορεί να περιγραφεί σύμφωνα με το παρακάτω μπλοκ διάγραμμα (Εικόνα 3). Η γεννήτρια μικροκυμάτων τροφοδοτείται χωριστά από το δίκτυο διανομής 230 VAC. Αυτό το τροφοδοτικό τροφοδοτείται από έναν μετατροπέα AC/DC με μετασχηματιστή υψηλής τάσης (MOT), η ισχύς του οποίου είναι 4,2 kVDC για την τροφοδοσία του μαγνητρόν. Χρησιμοποιώντας μια κεραία χοάνης, η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ακτινοβολείται στον χώρο προς την επιθυμητή κατεύθυνση.

Εικόνα 3. Βασικό μπλοκ διάγραμμα μιας γεννήτριας ισχύος μικροκυμάτων.

Αυτό το κύκλωμα είχε συνολική απόδοση περίπου 55 τοις εκατό και καταβλήθηκε πρόσθετη προσπάθεια για αλλαγή και βελτιστοποίηση της συνολικής ιδέας της γεννήτριας μικροκυμάτων ισχύος για αύξηση της συνολικής απόδοσης της γεννήτριας μικροκυμάτων.

2.2. Βελτιστοποίηση της γεννήτριας ενέργειας μικροκυμάτων

Για να επιτευχθεί συνεχής λειτουργία της γεννήτριας, ήταν σημαντικό να σχεδιαστεί μια νέα ιδέα για ολόκληρη τη σύνδεση. Επιπλέον, ήταν υποχρεωτικό να ληφθεί υπόψη η ασφάλεια του χειριστή κατά το σχεδιασμό μιας νέας ιδέας γεννήτριας για την αποφυγή τυχαίας ηλεκτροπληξίας.

Κατά τη δοκιμή του magnetron ως προς τη χρήση για την εφαρμογή μας, η ψύξη αποδείχθηκε ότι ήταν μια πρόκληση που έπρεπε να επιλυθεί. Επιπλέον, η υπερθέρμανση του magnetron μείωσε σημαντικά την απόδοσή του. Ως εκ τούτου, έπρεπε να γίνει τροποποίηση ολόκληρης της ιδέας της γεννήτριας. Το σχήμα 4 δείχνει το θερμαινόμενο magnetron μετά από 90 δευτερόλεπτα σε πλήρη ισχύ.

Κατά τον σχεδιασμό μιας λειτουργικής γεννήτριας ενέργειας μικροκυμάτων, ήταν σημαντικό να τακτοποιούνται τα διάφορα μέρη (εξαρτήματα) έτσι ώστε να μην παρεμβάλλονται μεταξύ τους, όχι μόνο από την άποψη του EMI αλλά και κυρίως από την άποψη της θερμοκρασίας (Εικόνα 5).

2.3. Περιγραφή της βελτιστοποιημένης γεννήτριας ενέργειας μικροκυμάτων

Η τροφοδοσία της γεννήτριας είναι από το βιομηχανικό δίκτυο 230 VAC/50 Hz. Το σχήμα 6 δείχνει την εσωτερική διάταξη της γεννήτριας μετά τις σχεδιαστικές τροποποιήσεις. Ο αριθμός (1) υποδεικνύει τα στοιχεία ασφάλειας και ελέγχου της γεννήτριας. Όταν οι ασφάλειες και τα χειριστήρια είναι ενεργοποιημένα, εφαρμόζεται τάση στον μετασχηματιστή απομόνωσης (2), ο οποίος τροφοδοτεί δύο μετασχηματιστές υψηλής τάσης (3), των οποίων η τάση εξόδου 2 × 2,1 kVAC συνδέεται με τον ανορθωτή υψηλής τάσης (5). μέσω πυκνωτών υψηλής τάσης 2 × 50 µF (4). Οδηγείται στο magnetron (7) μέσω ενός μετασχηματιστή απομόνωσης υψηλής τάσης (6). Το magnetron ψύχεται από έναν ειδικά σχεδιασμένο ανεμιστήρα (8), όπου ο αέρας διοχετεύεται απευθείας στα πτερύγια του συστήματος ψύξης του magnetron μέσω ενός αναπνευστήρα. Αυτή η λύση ψύξης magnetron εξασφαλίζει τη συνεχή λειτουργία ολόκληρης της γεννήτριας. Επιπλέον, η γεννήτρια είναι εξοπλισμένη με μια διάταξη ασφαλείας που θα απενεργοποιεί τη γεννήτρια σε περίπτωση υπερθέρμανσης. Αυτή η συσκευή ασφαλείας αποτελείται από θερμικούς αισθητήρες (θερμικές ασφάλειες), οι οποίοι είναι προσαρτημένοι στα θερμικά καταπονημένα στοιχεία της γεννήτριας.

Όλα τα εξαρτήματα της γεννήτριας ενέργειας μικροκυμάτων είναι διατεταγμένα με τρόπο ώστε να ελαχιστοποιείται η επιρροή τους στο EMI. Ωστόσο, η πιο σημαντική πτυχή ήταν η τοποθέτηση των εξαρτημάτων κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού με τέτοιο τρόπο ώστε να μην παρεμβάλλονται μεταξύ τους όσον αφορά τη θερμοκρασία. Το πιο θερμικά φορτισμένο εξάρτημα είναι το magnetron και οι μετασχηματιστές ισχύος (MOT). Είναι σαφές από την εικόνα ότι βρίσκονται σε επαρκή απόσταση μεταξύ τους. Το Σχήμα 7 δείχνει ένα θερμικό διάγραμμα όλων των επιμέρους εξαρτημάτων της βελτιστοποιημένης γεννήτριας ισχύος μικροκυμάτων μετά από 10 λεπτά πλήρους ισχύος. Όλες οι μετρήσεις θερμοκρασίας πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας μια θερμική κάμερα από την Testo [25].

Χρησιμοποιώντας τον βελτιωμένο σχεδιασμό ψύξης, μπορέσαμε να επιτύχουμε συνεχή λειτουργία της γεννήτριας ενέργειας μικροκυμάτων χωρίς να αλλάξουμε τις παραμέτρους του μάγνητρον (αλλαγή συχνότητας και απόδοσης λόγω υψηλής θερμοκρασίας). Αυτό σημαίνει ότι το magnetron είχε σταθερή θερμοκρασία έως και 50 ◦C (Εικόνα 8). Αυτό εξασφάλιζε τη σταθερότητα ολόκληρου του συστήματος. Επιπλέον, η νέα διάταξη αύξησε την απόδοση της γεννήτριας μικροκυμάτων ισχύος από 55 σε 75 τοις εκατό.

Το Σχήμα 9α δείχνει έναν τυποποιημένο κυματοδηγό R32, στον οποίο έγινε ένα άνοιγμα για την κεραία μαγνητρόν. Το σχήμα 9β δείχνει τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του κυματοδηγού μετά από 10 λεπτά πλήρους ισχύος. Χάρη στην προτεινόμενη ψύξη, αυτή η θερμοκρασία δεν ανέβηκε πάνω από 80 ◦C. Επειδή το magnetron είναι σταθερά συνδεδεμένο με τον κυματοδηγό, η θερμοκρασία ήταν υψηλότερη σε αυτό το σημείο καθώς μόνο ένα μέρος του κυματοδηγού ψύχθηκε, χωρίς να ψύχεται απευθείας η κεραία magnetron. Ωστόσο, αυτή η θερμοκρασία δεν επηρέασε τη λειτουργία και τις παραμέτρους της γεννήτριας μικροκυμάτων ισχύος (Πίνακας 2)

Το σχήμα 10 δείχνει μια γεννήτρια ισχύος μικροκυμάτων με έναν τυποποιημένο κυματοδηγό R32 και τα απαραίτητα εξαρτήματα για την ανάλυση του μεταδιδόμενου σήματος, συμπεριλαμβανομένης της κεραίας. Ο αριθμός (1) υποδεικνύει μια γεννήτρια ενέργειας μικροκυμάτων EMI με μαγνήτρον και ο αριθμός (2) είναι μια βρύση κυματοδηγού. Ο κλάδος είναι ένας διασταυρωμένος κυματοδηγός, στον οποίο οι διαμπερείς κοιλότητες σχηματίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε στην προς τα εμπρός κατεύθυνση της μετάδοσης το ηλεκτρομαγνητικό κύμα να είναι χωρίς εξασθένηση και στην εγκάρσια διεύθυνση η εξασθένηση είναι ανάλογα με το μέγεθος της κοιλότητας. Δύο πανομοιότυπες βρύσες κυματοδηγού με εξασθένηση 30 dB [26–29] συνδέθηκαν στη διαδρομή του κυματοδηγού.

Ωστόσο, ήταν σημαντικό να εξεταστεί πόση ισχύς υπήρχε στη βρύση των 30 dB. Εάν η ισχύς ήταν ακόμα πολύ υψηλή, ήταν απαραίτητο να συνδέσετε έναν πρόσθετο εξασθενητή ισχύος που θα μείωνε επαρκώς την ισχύ και θα προστατεύει τα όργανα μέτρησης. Σε αυτές τις βρύσες κυματοδηγού είναι συνδεδεμένα φορτία κυματοδηγού, τα οποία επισημαίνονται ως Αριθμός (3). Αυτά είχαν σκοπό να προσαρμόσουν τη διαδρομή του κυματοδηγού στη δεδομένη κατεύθυνση. Επιπλέον, συνδέεται μια κεραία, η οποία επισημαίνεται ως αριθμός (4). Η κεραία εξασφάλιζε τη μετάδοση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στο διάστημα προς την απαιτούμενη κατεύθυνση. Το τελευταίο τμήμα του συγκροτήματος είναι ένας κυματοδηγός ζεύξης (5) για ομοαξονικό καλώδιο. Λόγω αυτής της σύζευξης, μπορούμε να συνδέσουμε διάφορους τύπους οργάνων μέτρησης (παλμογράφο, αναλυτή φάσματος, μετρητή ισχύος κ.λπ.).

3. Δοκιμή ατρωσίας ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε EMP

Ένας ειδικός χώρος δοκιμών για τη δοκιμή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMP) δημιουργήθηκε σε ένα εργαστήριο που ορίστηκε για τη δοκιμή ηλεκτρονικών συσκευών στο EMP (Εικόνα 11). Αυτό το εργαστήριο διαθέτει ειδικές πλάκες στους τοίχους για τη μείωση της ανάκλασης της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από τους τοίχους (Εικόνα 12)

Το ελεγμένο ηλεκτρονικό κύκλωμα τοποθετήθηκε σε ειδική βάση στον άξονα του σχεδίου ακτινοβολίας της κεραίας της γεννήτριας. Η βάση μετακινήθηκε σταδιακά προς την κεραία της γεννήτριας. Έγινε δοκιμή για τις αποστάσεις κεραίας από 1,1 έως 0,25 m. Για κάθε θέση, το ελεγμένο ηλεκτρονικό κύκλωμα ακτινοβολήθηκε από τη γεννήτρια για 2 δευτερόλεπτα. Το πεδίο E που δημιουργήθηκε από τη γεννήτρια μετρήθηκε για κάθε θέση. Παράλληλα, επαληθεύτηκε η λειτουργία του ελεγμένου ηλεκτρονικού κυκλώματος σε κάθε θέση. Μια διπολική κεραία χιτωνίου (Εικόνα 13α) με έναν εξασθενητή χρησιμοποιήθηκε ως αισθητήρας για τη μέτρηση του πεδίου Ε για τη ρύθμιση του επιπέδου μετρούμενης ισχύος. Ένα R&S RTO 1044-4GHz-20 GSa/s με παλμογράφο (Εικόνα 13β) χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση των επιπέδων σήματος.

Το ολοκληρωμένο κύκλωμα NE555P (το NE555P είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα που χρησιμοποιείται πιο συχνά ως χρονόμετρο ή γεννήτρια διαφόρων ορθογώνιων σημάτων) επιλέχθηκε για να τροφοδοτήσει τον γνήσιο σχεδιασμό μιας γεννήτριας μικροκυμάτων ισχύος ημιαγωγών. Με αυτό το ολοκληρωμένο κύκλωμα συναρμολογήθηκε μια ορθογώνια γεννήτρια παλμών, στην οποία χρησιμοποιήθηκε ένα ποτενσιόμετρο για την αλλαγή της συχνότητας. Για να εξεταστεί οπτικά η σωστή λειτουργία του ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC), αυτό το κύκλωμα ήταν εξοπλισμένο με μια δίοδο εκπομπής φωτός (LED). Το κύκλωμα δοκιμής NE555P που λειτουργεί με μπαταρία εκτέθηκε σε EMP σε διάφορες αποστάσεις.

Τα μετρούμενα επίπεδα Ε-πεδίου συγκρίθηκαν με την κατανομή του πεδίου Ε που δημιουργήθηκε με βάση μια απλοποιημένη θεωρία της ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ο υπολογισμός των παραμέτρων για μια πυραμιδική κεραία κεραίας της γεννήτριας πεδίου Ε πραγματοποιήθηκε από τις Εξισώσεις (1) και (2).

Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε για ισχύ γεννήτριας στην περιοχή από 200 έως 1000 W. Για αυτές τις ισχύς προέκυψαν οι εξαρτήσεις του πεδίου E από την απόσταση από το άνοιγμα της κεραίας. Όσον αφορά τις διαστάσεις του θαλάμου μέτρησης και το αναμενόμενο επίπεδο ηλεκτρομαγνητικής ανοσίας, επιλέχθηκε το Pgen=200 W. Αυτή η ισχύς χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της ηλεκτρομαγνητικής ανοσίας των κυκλωμάτων δοκιμής. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης εμφανίζονται στο σχήμα 14.

Το Σχήμα 15 δείχνει τις συνιστώσες Ey της εξάρτησης του πεδίου Ε από την απόσταση που λαμβάνεται με υπολογισμό (Εξισώσεις (1) και (2)) και προσομοιώσεις. Το Σχήμα 15α δείχνει μια πλήρη όψη του στοιχείου Ey, συμπεριλαμβανομένου του πεδίου Ε στη ζώνη κυματοδηγού, τη ζώνη κεραίας πυραμιδικής κόρνας και στη ζώνη αντίδρασης. Το Σχήμα 15β δείχνει μια λεπτομερή όψη του στοιχείου Ey στη ζώνη μέτρησης.

5. Συζήτηση

Το κύκλωμα δοκιμής NE555P τροφοδοτήθηκε με μπαταρία και εκτέθηκε σε EMP σε διάφορες αποστάσεις. Ο Πίνακας 3 δείχνει τα αποτελέσματα της ανοσίας EMP του κυκλώματος IC NE555P.

Το ελεγμένο IC λειτουργούσε χωρίς σφάλματα στην ακτινοβολία μικροκυμάτων με πεδίο E μικρότερο ή ίσο με 220 V/m. Έδειξε σφάλματα για μεγαλύτερα επίπεδα E-field. Όταν η τροφοδοσία μικροκυμάτων απενεργοποιήθηκε, το δοκιμασμένο IC λειτούργησε ξανά χωρίς βλάβη. Όταν η ακτινοβολία μικροκυμάτων ήταν E-field μεγαλύτερη ή ίση με 1700 V/m, το ελεγμένο IC καταστράφηκε.

Το Σχήμα 16a δείχνει ένα σήμα που δημιουργήθηκε από το IC NE555P που δεν εκτέθηκε σε EMP. Το σχήμα 16b δείχνει ένα σήμα που χρησιμοποιεί το IC NE555P το οποίο εκτέθηκε σε EMP από απόσταση<2.5 m from the antenna.

Το Σχήμα 16 δείχνει ότι μια ηλεκτρονική συσκευή που εκτέθηκε σε υψηλό EMP σταμάτησε να λειτουργεί σωστά. Το Σχήμα 16β αποδεικνύει ότι μια ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιεί το IC NE555P ήταν εντελώς άχρηστη σε μια ορισμένη απόσταση από την κεραία της γεννήτριας ισχύος μικροκυμάτων.

Σε απόσταση {{0}},25 m από την κεραία της γεννήτριας μικροκυμάτων, ολόκληρη η ηλεκτρονική συσκευή, συμπεριλαμβανομένου του LED, υπέστη ανεπανόρθωτη βλάβη. Αυτή η καταστροφή συνέβη εντός 2 δευτερολέπτων από την έκθεση της ηλεκτρονικής συσκευής στο EMP σε απόσταση 0,25 m. Το Σχήμα 17 δείχνει μια λεπτομερή όψη της κατεστραμμένης διασταύρωσης ημιαγωγών LED NP.

Επιπλέον, το ηλεκτρονικό κύκλωμα θερμάνθηκε υπερβολικά κατά τη διάρκεια του EMP. Το σχήμα 18 δείχνει το προφίλ θερμοκρασίας ενός θερμαινόμενου ηλεκτρονικού κυκλώματος που εκτέθηκε στο EMP σε απόσταση 1,1 m από την πηγή (μαγνήτρον) για 2 δευτερόλεπτα. Το IC NE555P επισημαίνεται με το πράσινο πλαίσιο.

Όταν το ηλεκτρονικό κύκλωμα εκτέθηκε σε EMP σε μικρή απόσταση (25 cm) από την κεραία της γεννήτριας ισχύος μικροκυμάτων, καταστράφηκαν επίσης όλα τα παθητικά εξαρτήματα (αντίσταση, πυκνωτής, πηνίο κ.λπ.), από τα οποία συναρμολογήθηκε ολόκληρο το ηλεκτρονικό κύκλωμα. . Το σχήμα 19 δείχνει μια λεπτομερή άποψη της αντίστασης μετά την μη αναστρέψιμη καταστροφή. Αυτή η αντίσταση ήταν μέρος της ηλεκτρονικής συσκευής με IC NE555P, η οποία εκτέθηκε σε EMP για 2 δευτερόλεπτα σε απόσταση 0,25 m από την κεραία της γεννήτριας ενέργειας μικροκυμάτων.

Το ελεγμένο IC δεν είχε πρόσθετη προστασία από τις επιπτώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Εάν απαιτείται υψηλότερο επίπεδο ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι τύποι θωρακισμένων περιβλημάτων ή θωρακισμένων κουτιών, τα οποία συμπληρώνονται με άλλα χαρακτηριστικά όπως διάφοροι τύποι θωρακισμένων θυρών, EMI/RFI (EMI - Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή/ RFI - Παρεμβολή ραδιοσυχνοτήτων) θωρακισμένοι αεραγωγοί κυματοδηγού, διέλευση κυματοδηγού και παρόμοια. Οι γραμμές τροφοδοσίας πρέπει να συνδέονται μέσω ειδικών φίλτρων υψηλής συχνότητας (φίλτρα RF). Οι εφαρμογές οπτικών ινών χρησιμοποιούνται πολύ συχνά μαζί με φίλτρα κυματοδηγών για μετάδοση δεδομένων από θωρακισμένα ντουλάπια και κουτιά. Συγκεκριμένα παραδείγματα στοιχείων για την προστασία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων από τις επιδράσεις ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μπορούν να βρεθούν, για παράδειγμα, στο [31].

6. Συμπεράσματα

Σε αυτό το άρθρο, παρουσιάσαμε σοβαρές απειλές HPEM, ιδιαίτερα DEW και IEMI, και συζητήσαμε τις πιθανές επιπτώσεις τους στα τρέχοντα και μελλοντικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Το άρθρο περιέγραψε τη βασική ταξινόμηση των γεννητριών DEW και IEMI ως προς τα επίπεδα πεδίου E και την απόσταση του στόχου από τα ανοίγματα κεραίας της γεννήτριας DEW ή IEMI. Πραγματοποιήθηκε μέτρηση ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας για ένα απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα IC NE555P, το οποίο δεν είχε πρόσθετη προστασία από τις επιπτώσεις του πεδίου Ε. Χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή της γεννήτριας χαμηλής τεχνολογίας που περιγράφεται στην Ενότητα 2. Το ελεγμένο IC έδειξε δυσλειτουργία όταν η ακτινοβολία μικροκυμάτων έφτασε σε πεδίο E > 220 V/m. Όταν η ακτινοβολία μικροκυμάτων έφτασε σε πεδίο E Μεγαλύτερο ή ίσο με 1700 V/m, το ελεγμένο IC καταστράφηκε. Τα μετρούμενα επίπεδα Ε-πεδίου συγκρίθηκαν με την κατανομή του πεδίου Ε που δημιουργήθηκε με βάση μια απλοποιημένη θεωρία της ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και επαληθεύτηκαν χρησιμοποιώντας προσομοίωση στο COMSOL Multiphysics. Το δοκιμασμένο IC ήταν ένα ανθεκτικό κύκλωμα με ενσωμάτωση μεσαίας κλίμακας. Τα σύγχρονα ICS, όπως η ολοκλήρωση πολύ μεγάλης κλίμακας και η ολοκλήρωση εξαιρετικά μεγάλης κλίμακας, είναι λιγότερο ανθεκτικά σε ακούσιες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και σκόπιμες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Επομένως, χρειάζεται, σήμερα αλλά και στο μέλλον, να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή στην αύξηση της ηλεκτρομαγνητικής ατρωσίας των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Η λύση είναι η σταθερή ηλεκτρομαγνητική θωράκιση των IC, των γραμμών δεδομένων και των γραμμών ισχύος.

Συνεισφορές συγγραφέα:

Conceptualization, LD, RK και MP. μεθοδολογία, LD, RK, MP; επικύρωση, MP, RK; επίσημη ανάλυση, LD, MP και RK. έρευνα, LD, RK και MP. γραφή— προετοιμασία πρωτότυπου σχεδίου, LD, RK και MP. συγγραφή — κριτική και επεξεργασία, LD, RK και MP. οπτικοποίηση, LD, MP; εποπτεία, LD; διαχείριση έργου, LD, RK Όλοι οι συγγραφείς έχουν διαβάσει και έχουν συμφωνήσει με τη δημοσιευμένη έκδοση του χειρογράφου.

Χρηματοδότηση:

Η έρευνα δεν έλαβε εξωτερική χρηματοδότηση.

Δήλωση του Συμβουλίου Θεσμικής Αναθεώρησης:

Δεν εφαρμόζεται.

Δήλωση ενημερωμένης συναίνεσης:

Δεν εφαρμόζεται.

Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων:

Δεν εφαρμόζεται.

Ευχαριστίες:

Η εργασία που παρουσιάζεται σε αυτό το έγγραφο έχει υποστηριχθεί από το αναπτυξιακό πρόγραμμα «AIROPS» του Υπουργείου Άμυνας της Τσεχικής Δημοκρατίας-Πανεπιστήμιο Άμυνας.

Σύγκρουση συμφερόντων:

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι δεν υπάρχει σύγκρουση συμφερόντων.

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Castillo-Cagigal, M.; Matallanas, Ε.; Caamaño-Martín, Ε.; Martín, Á.G. SwarmGrid: Διαχείριση από την πλευρά της ζήτησης με κατανεμημένους ενεργειακούς πόρους με βάση τον συντονισμό παράγοντα πολλαπλών συχνοτήτων. Energies 2018, 11, 2476. [CrossRef]

2. Liu, W.; Guo, D.; Xu, Υ.; Cheng, R.; Wang, Ζ.; Li, Y. Αξιολόγηση αξιοπιστίας συστημάτων ισχύος με φωτοβολταϊκούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με βάση τη μείωση του ευφυούς χώρου κατάστασης και την ψευδο-διαδοχική προσομοίωση Monte Carlo. Energies 2018, 11, 1431. [CrossRef]

3. Ochoa, D.; Martinez, S. Proposals for Enhancing Frequency Control in Weak and Isolated Power Systems: Application to the Wind-Diesel Power System of San Cristobal Island-Ecuador. Energies 2018, 11, 910. [CrossRef]

4. Hu, Η.; Wang, X.; Peng, Υ.; Xia, Υ.; Yu, Μ.; Wei, W. Ανάλυση ευστάθειας και ενίσχυση ευστάθειας με βάση την εικονική αρμονική αντίσταση για συστήματα διανεμημένης ισχύος με πλέγμα DC με σταθερά φορτία ισχύος. Energies 2017, 10, 69. [CrossRef]

5. Faria, Ρ.; Spínola, J.; Vale, Z. Προγραμματισμός και συγκέντρωση κατανεμημένων ενεργειακών πόρων στο πλαίσιο των προγραμμάτων ανταπόκρισης στη ζήτηση. Energies 2018, 11, 1987. [CrossRef]

6. Casado-Vara, R.; Vale, Ζ.; Prieto, J.; Αλγόριθμος ελέγχου θερμοκρασίας Corchado, JM Fault-tolerant για δίκτυα IoT σε έξυπνα κτίρια. Energies 2018, 11, 3430. [CrossRef]

7. Hu, D.; Peng, Υ.; Wei, W.; Hu, Y. Κατανεμημένο δευτερεύον έλεγχος για εξισορρόπηση κατάστασης φόρτισης με ρύθμιση εικονικής αντίστασης σε μικροδίκτυο DC. Energies 2020, 13, 408. [CrossRef]

8. Singh, Μ.; Jha, RC Αντικειμενοστρεφείς δείκτες ευχρηστίας για διαχείριση πολλαπλών στόχων ζήτησης με χρήση βελτιστοποίησης βάσει διδασκαλίας-μάθησης. Energies 2019, 12, 370. [CrossRef]

9. Galván, L.; Navarro, JM; Galván, Ε.; Carrasco, JM; Alcántara, A. Βέλτιστος προγραμματισμός αποθήκευσης ενέργειας με χρήση μιας νέας μεθόδου ελέγχου έξυπνου δικτύου βάσει προτεραιότητας. Energies 2019, 12, 579. [CrossRef]

10. Κότσαλος, Κ.; Μιράντα, Ι.; Silva, Ν.; Leite, H. A Horizon Optimization Control Framework for the Coordinated Operation of Multiple Distributed Energy Resources in Low Voltage Distribution Networks. Energies 2019, 12, 1182. [CrossRef]

11. Shokri Gazafroudi, A.; Prieto, J.; Corchado, JM Virtual Organization Structure for Agent-Based Local Electricity Trading. Energies 2019, 12, 1521. [CrossRef]

12. Šujanová, P.; Rychtáriková, M.; Sotto Mayor, T.; Hyder, A. Ένα υγιές, ενεργειακά αποδοτικό και άνετο εσωτερικό περιβάλλον, μια κριτική. Energies 2019, 12, 1414. [CrossRef]

13. Faia, R.; Faria, Ρ.; Vale, Ζ.; Spinola, J. Βελτιστοποίηση απόκρισης ζήτησης με χρήση αλγόριθμου σμήνους σωματιδίων Λαμβάνοντας υπόψη το βέλτιστο πρόγραμμα αποθήκευσης ενέργειας της μπαταρίας σε μια κατοικία. Energies 2019, 12, 1645. [CrossRef]

14. Radasky, WA; Hoad, R. Μια επισκόπηση των επιπτώσεων των τριών απειλών ηλεκτρομαγνητικής υψηλής ισχύος (HPEM) στα έξυπνα δίκτυα. In Proceedings of the International Symposium on Electromagnetic Compatibility-EMC EUROPE, Ρώμη, Ιταλία, 17–21 Σεπτεμβρίου 2012.

15. Kappenman, JG; Radasky, WA; Gilbert, JL; Erinmez, LA Advanced Geomagnetic Storm Forecasting: A Risk Management Tool for Electric Power System Operations. IEEE Trans. Plasma Sci. 2000, 28, 2114–2121. [CrossRef]

16. Giri, DV High-Power Electromagnetic Radiators: Nonlethal Weapons and Other Applications; Harvard University Press: Cambridge, MA, USA, 2004; ISBN 978-0-674-01569-2.

17. Giri, DV; Hoad, R.; Sabbath, F. Implications of High-Power Electromagnetic (HPEM) Environments on Electronics. IEEE Electromagn. Συμπαγής. Mag. 2020, 9, 37–44. [CrossRef]

18. Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή. 61000-2-13:2005|IEC Webstore|Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα, EMC, Smart City.

19. Giri, DV; Tesche, FM; Baum, CE Μια επισκόπηση των συστημάτων ακτινοβολίας και αγωγιμότητας υψηλής ισχύος ηλεκτρομαγνητικών (HPEM). URSI Radio Sci. Ταύρος. 2006, 2006, 6–12.

20. Morton, D.; Banister, J.; Levine, J.; Naff, Τ.; Smith, Ι.; Sze, Η.; Warren, Τ.; Giri, DV; Mora, C.; Pavlinko, J.; et al. Ένα 2MV,<300ps Risetime, 100Hz Pulser for Generation of Microwaves. In Proceedings of the 2010 IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference, Atlanta, Georgia, 23–27 May 2010.

21. Morton, D.; Banister, J.; DaSilva, Τ.; Levine, J.; Naff, Τ.; Smith, Ι.; Sze, Η.; Warren, Τ.; Giri, DV; Mora, C.; et al. HPM WBTS, μια μεταφερόμενη πηγή μικροκυμάτων ευρείας ζώνης υψηλής ισχύος. In Proceedings of 2010 IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference, Atlanta, Georgia, 23–27 Μαΐου 2010.

22. Baum, CE; Baker, WL; Prather, WD; Lehr, JM; O'Loughlin, JP; Giri, DV; Smith, ID; Altes, R.; Fockler, J.; McLemore, DM; et al. JOLT: Ένα θερμαντικό σώμα υψηλών οδηγιών, πολύ έντονο, παρόμοιο με παλμό. Proc. IEEE 2004, 92, 1096–1109. [CrossRef]

23. Boeing: CHAMP-Lights Out. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: https://www.boeing.com/features/2012/10/bds-champ-10-22-12.page (πρόσβαση στις 16 Απριλίου 2021).

24. Media, O. Raytheon EMP Weapon Tested by Boeing, USAF Research Lab-Military Embedded Systems.

25. Testo 865 Θερμική συσκευή απεικόνισης|Θερμική συσκευή απεικόνισης|Θερμοκρασία|Παράμετροι|Testo International.

26. Misra, D. Κυκλώματα επικοινωνίας ραδιοσυχνοτήτων και μικροκυμάτων: Ανάλυση και σχεδίαση. Wiley: Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ, 2001; ISBN 978-0-471-41253-3.

27. Dunsmore, JP Handbook of Microwave Component Measurements: With Advanced VNA Techniques, 2nd ed.; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, ΗΠΑ, 2020; ISBN 978-1-119-47713-6.

28. Kuester, EF Theory of Waveguides and Transmission Lines; CRC Press: Boca Raton, FL, ΗΠΑ, 2020; ISBN 978-1-315-37004-0.

29. Smolskiy, SM; Kochemasov, VN; Belov, LA Handbook of RF, Microwave, and Millimeter-Wave Components, 1st ed.; Artech House: Βοστώνη, MA, Η.Π.Α. Λονδίνο, ΗΒ, 2012; ISBN 978-1-60807-209-5.

30. Ανταλλαγή Εφαρμογών: Πυραμιδική Κεραία Κεραία.

31. ETS-Lindgren Public Website Shielding.

For more information:1950477648nn@gmail.com