Design und Test eines Low-Tech-DEW-Generators zur Bestimmung der elektromagnetischen Immunität von elektronischen Standardschaltungen

Abstrakt:

Dieser Artikel beschreibt die Auswirkung von elektromagnetischen Umgebungen mit hoher Leistung (HPEMs) auf den Betrieb aller grundlegenden Elemente von Stromnetzen. Frequenzbänder sind für die HPEM-Umgebungen definiert. Die Aufmerksamkeit richtet sich insbesondere auf gerichtete Energiewaffen (DEWs) und absichtliche elektromagnetische Interferenz (IEMI). Eine Klassifizierung von DEW- und IEMI-Generatoren in Bezug auf E-Feldstärke und Zielentfernung von der Antennenapertur des DEW- oder IEMI-Generators wird ebenfalls beschrieben. Das Hauptaugenmerk dieses Artikels liegt auf dem Design und dem Testen eines Low-Tech-DEW-Generators, der zur Bestimmung der elektromagnetischen Immunität von elektronischen Standardschaltungen verwendet wird.

Außerdem wird der Nachweis der elektromagnetischen Störfestigkeit für eine einfache elektronische Schaltung ohne ausreichenden Schutz gegen das E-Feld erläutert. Das Ergebnis dieses Artikels ist die Bestimmung der E-Feld-Grenzen für störungsfreien Betrieb, fehlerhafte Zustände der getesteten Schaltungen und die irreversible Zerstörung der Schaltungen. Das gemessene E-Feld wurde mit der grundlegenden Mikrowellenstrahlungstheorie und Simulationsergebnissen in der Software COMSOL Multiphysics (COMSOL, Inc. 100 District Avenue Burlington, MA 01803 USA) verglichen.

Immunität ist der Abwehrmechanismus des Körpers. Von außen eindringende Fremdstoffe kann der Körper erkennen und beseitigen;

Alte, beschädigte, tote, degenerierte Eigenzellen und die Fähigkeit, mutierte und virusinfizierte Zellen im Körper zu erkennen und damit umzugehen. Wenn

Wenn die Immunität niedrig ist, ist es leicht, an Krankheiten zu leiden. Die Haupteinflussfaktoren einer geringen Immunität sind der Altersfaktor: Es gibt zwei Immunfaktoren im Leben.

Stadien geringer Immunität, nämlich Kindheit und Alter. In unserer Forschung haben wir festgestellt, dass unsere Cistanche deserticola die Immunität verbessern kann, Cistanche deserticola-Polysaccharide und Verbascosid die Aktivität von Herz- und Gehirngewebeenzymen erhöhen, die Phagozytose von Peritonealzellen und die Proliferationsreaktion von Lymphozyten verbessern und dadurch die Immunität verbessern können.

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Schlüsselwörter:

elektromagnetische Hochleistungsumgebung (HPEM); gerichtete Energiewaffen (DEW); vorsätzliche elektromagnetische Interferenz (IEMI); elektromagnetische Immunität Magnetron; Interferenz; Antenne; Optimierung; elektromagnetische Immunität.

1. Einleitung

Ein Stromnetz besteht aus den Grundelementen Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Benutzern oder Verbrauchern. Große Kraftwerke werden auf der Grundlage des prognostizierten Strombedarfs für jeden Tag geplant, und weltweite Auktionen werden abgehalten, um den besten Preis und das beste Ergebnis für den Verbraucher zu erzielen. Durch den zunehmenden Trend zur Nutzung ökologischerer Stromquellen wie Solaranlagen [1,2], Windparks [3,4] etc. werden deutlich höhere Anforderungen an das Übertragungsnetz hinsichtlich seiner Struktur gestellt [5,6]. ], Stabilität [7], Optimierung [8–10] und Absicherung der Anforderungen des Endkunden gegen Eingriffe [11–13].

Jeder große Energieversorger hat ein Kontrollzentrum, das dafür sorgt, dass die erzeugte und verbrauchte Energie über ihre bestehenden und vielfältigen Kommunikationsnetze im Gleichgewicht gehalten werden. Darüber hinaus verwenden sie andere Kommunikationsnetze, um den Zustand der Steuerelektronik in den Umspannwerken zu verfolgen und im Falle von Störungen oder Geräteausfällen zu reagieren. Alle diese Netzwerke mit elektronischen Informations- und Kommunikationssystemen sind anfällig für die Auswirkungen von HPEM-Umgebungen.

HPEM-Umgebungen umfassen elektromagnetische Blitzimpulse (LEMP), extreme geomagnetische Sturmeinschläge, nukleare elektromagnetische Impulse (NEMP), elektromagnetische Impulse in großer Höhe (HEMP) und Hochleistungs-Hochfrequenz (HPRF)-Phänomene, einschließlich gerichteter Energiewaffen (DEWs) und vorsätzliche elektromagnetische Interferenz (IEMI). Im Sicherheitsbereich ist der verwendete Begriff DEW; in der zivilen Terminologie spricht man von gerichteter Energie (DE). Insbesondere DEWs und IEMIs stellen derzeit eine große Bedrohung für das Funktionieren von Elektronik- und Informationssystemen in Stromnetzen sowie in anderen staatlichen Infrastrukturen dar [14,15].

DEWs und IEMIs erzeugen ein elektromagnetisches Feld mit gepulster Leistung, das als elektromagnetischer Impuls (EMP) bezeichnet wird und zu Fehlfunktionen oder sogar zur Zerstörung elektronischer Schaltkreise führen kann. Aufgrund der schnellen Forschungsentwicklung auf diesem Gebiet können kleine kompakte Geräte gebaut werden. Diese Geräte sind für den Einsatz in der Verteidigungs- und Sicherheitstechnik sehr attraktiv, können aber auch von Terroristen missbraucht werden. Die spezifische Verwendung von DEWs und IEMIs hängt von der Methode zur Erzeugung elektromagnetischer Felder und auch vom verwendeten Frequenzband ab. DEWs und IEMIs arbeiten normalerweise in den folgenden Modi:

1 Ein einzelner Impuls mit vielen Zyklen einer einzelnen Frequenz (ein intensives schmalbandiges Signal, das eine gewisse Frequenzagilität aufweisen kann).

2 Ein Burst mit vielen Impulsen, wobei jeder Impuls viele Zyklen einer einzelnen Frequenz enthält.

3 Ein ultrabreitbandiger (UWB) transienter Impuls (spektraler Inhalt von 100 s MHz bis zu mehreren GHz).

4 Ein Burst aus vielen abgestrahlten oder geleiteten UWB-Pulsen.

DEW- und IEMI-Signale können Strahlung oder Leitung in elektronischen Geräten durchdringen [16,17]. Abbildung 1 zeigt die Frequenzbänder einzelner Komponenten von HPEM-Umgebungen. Die Abbildung wurde [14] entnommen. Die spektrale Dichte ist auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die Einheit ist V/m/Hz.

In DEW- und IEMI-Umgebungen ist es entscheidend, die Abhängigkeit des E-Felds von der Entfernung des DEW- oder IEMI-Generators vom Ziel zu berücksichtigen. Der in diesem Bereich häufig verwendete Parameter ist rE; in anderen Veröffentlichungen auch als Leistungsfaktor (FOM) bezeichnet, ist die Einheit Volt (V). Dieser Parameter repräsentiert das Produkt aus E-Feld E und Abstand r von der sendenden Generatorantenne.

DEW- und IEMI-Generatoren, die dazu geeignet sind, die Funktion von Technik mit empfindlicher Elektronik gezielt zu stören, lassen sich nach dem Grad ihrer Komplexität und damit ihrer Verfügbarkeit wie folgt einteilen [16,18–22]:

1 Low-Tech-Generatoren rE ' 1 kV (z. B. Mikrowelle).

2 Mitteltechnische Generatoren mit rE ' Zehn bis Hunderte von kV (z. B. modifizierte Radarsender).

3 High-Tech-Generatoren rE 'Ordnung von Einheiten MV (Sondertechnologien).

Ausschlaggebend für die Störung oder Zerstörung der elektronischen Systeme ist die E-Feldstärke am Ort des elektronischen Gerätes (Target) im relevanten Frequenzband. Die Unterbrechung von Aktivitäten oder die Zerstörung des Ziels kann durch High-Tech- oder Medium-Tech-Generatoren erreicht werden, die aus großer Entfernung arbeiten, oder durch einen Low-Tech-Generator, der in der Nähe des Ziels positioniert ist. Derzeit ist ein sehr attraktiver Standort für DEW- und IEMI-Generatoren an Bord von unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs). Das Projekt CHAMP [23,24] zeigt Ergebnisse von DEW- oder IEMI-Generatoren an Bord eines UAV, die hocheffiziente Störungen oder Zerstörungen elektronischer Systeme verursachen.

Die folgenden Abschnitte befassen sich mit dem Design und Test eines Low-Tech-DEW-Generators, der zur Bestimmung der elektromagnetischen Immunität von elektronischen Standardschaltungen verwendet wurde. Als Leistungselement des Generators wurde ein Magnetron verwendet. Anschließend werden Messungen der elektromagnetischen Störfestigkeit elektronischer Schaltungen ohne zusätzlichen Schutz gegen die Einwirkung von E-Feldern durchgeführt. Das Ergebnis ist die Bestimmung der E-Feld-Grenzen für den störungsfreien Betrieb und für Fehlerzustände der getesteten Stromkreise und der E-Feldstärke für die irreversible Zerstörung der Stromkreise.

2. Konzept eines Low-Tech-DEW-Generators mit einem Magnetron

Ein Magnetron, das üblicherweise in Mikrowellenöfen verwendet wird, wurde ausgewählt, um einen Mikrowellen-Leistungsgenerator herzustellen, der im S-Band arbeitet (Abbildung 2).

Als Quelle hochfrequenter Schwingungen mit hoher Leistung (Typ 2M219J) wurde im Mikrowellen-Leistungsgenerator ein Magnetron verwendet. Dieses Magnetron wird üblicherweise in Mikrowellenöfen als Quelle elektromagnetischer Energie verwendet. Tabelle 1 zeigt die Magnetronspezifikation aus dem Katalogblatt des Herstellers.

2.1. Grundlegender Anschluss des Mikrowellen-Stromgenerators

Das Grundprinzip des Generatorbetriebs lässt sich anhand des folgenden Blockschaltbildes (Abbildung 3) beschreiben. Der Mikrowellen-Generator wird separat vom 230-VAC-Verteilnetz versorgt. Dieses Netzteil wird von einem AC/DC-Aufwärtswandler mit einem Hochspannungstransformator (MOT) gespeist, dessen Ausgang 4,2 kVDC beträgt, um das Magnetron mit Strom zu versorgen. Mittels einer Trichterantenne wird die elektromagnetische Energie in der gewünschten Richtung in den Raum abgestrahlt.

Abbildung 3. Grundlegendes Blockdiagramm eines Mikrowellen-Leistungsgenerators.

Diese Schaltung hatte einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 55 Prozent, und es wurden zusätzliche Anstrengungen unternommen, um das Gesamtkonzept des Leistungsmikrowellengenerators zu ändern und zu optimieren, um den Gesamtwirkungsgrad des Mikrowellengenerators zu erhöhen.

2.2. Optimierung des Mikrowellen-Leistungsgenerators

Um einen kontinuierlichen Betrieb des Generators zu erreichen, war es wichtig, die gesamte Anbindung neu zu konzipieren. Darüber hinaus war es zwingend erforderlich, bei der Entwicklung eines neuen Generatorkonzepts die Bedienersicherheit zu berücksichtigen, um einen versehentlichen Stromschlag zu vermeiden.

Beim Testen des Magnetrons in Bezug auf die Verwendung für unsere Anwendung stellte sich die Kühlung als eine zu lösende Herausforderung heraus. Darüber hinaus verringerte eine Überhitzung des Magnetrons seine Effizienz erheblich. Daher musste eine Modifikation des gesamten Generatorkonzepts vorgenommen werden. Abbildung 4 zeigt das aufgeheizte Magnetron nach 90 s bei voller Leistung.

Bei der Entwicklung eines funktionsfähigen Mikrowellengenerators war es wichtig, die verschiedenen Teile (Komponenten) so anzuordnen, dass sie sich gegenseitig nicht stören, nicht nur in Bezug auf EMI, sondern vor allem auch in Bezug auf die Temperatur (Abbildung 5).

2.3. Beschreibung des optimierten Mikrowellen-Leistungsgenerators

Die Stromversorgung des Generators erfolgt aus dem Industrienetz 230 VAC/50 Hz. Abbildung 6 zeigt die interne Anordnung des Generators nach den konstruktiven Änderungen. Nummer (1) zeigt die Sicherheits- und Kontrollelemente des Generators an. Beim Einschalten der Sicherungen und Steuerungen liegt Spannung am Trenntransformator (2) an, der zwei Hochspannungstransformatoren (3) versorgt, deren Ausgangsspannung von 2 × 2,1 kVAC an den Hochspannungsgleichrichter (5) angeschlossen ist über Hochspannungskondensatoren 2 × 50 µF (4). Sie wird über einen Hochspannungs-Trenntransformator (6) zum Magnetron (7) geleitet. Das Magnetron wird durch einen speziell konstruierten Lüfter (8) gekühlt, wobei die Luft über einen Ventilator direkt zu den Rippen des Kühlsystems des Magnetrons strömt. Diese Magnetron-Kühllösung gewährleistet den kontinuierlichen Betrieb des gesamten Generators. Darüber hinaus ist der Generator mit einer Sicherheitsvorrichtung ausgestattet, die den Generator bei Überhitzung abschaltet. Diese Sicherheitseinrichtung besteht aus Thermosensoren (Thermosicherungen), die an den thermisch belasteten Elementen des Generators angebracht sind.

Alle Komponenten des Mikrowellengenerators sind so angeordnet, dass ihr Einfluss auf die EMI minimiert wird. Der wichtigste Aspekt war jedoch, die Komponenten bei der Konstruktion so zu platzieren, dass sie sich temperaturtechnisch nicht gegenseitig stören. Die thermisch am stärksten belasteten Komponenten sind das Magnetron und die Leistungstransformatoren (MOT). Aus dem Bild geht hervor, dass sie einen ausreichenden Abstand voneinander haben. Abbildung 7 zeigt ein thermisches Diagramm aller Einzelkomponenten des optimierten Mikrowellen-Leistungsgenerators nach 10 min voller Leistung. Alle Temperaturmessungen wurden mit einer Wärmebildkamera von Testo [25] durchgeführt.

Durch die Verwendung des verbesserten Kühldesigns konnten wir einen kontinuierlichen Betrieb des Mikrowellengenerators erreichen, ohne die Parameter des Magnetrons zu ändern (Änderung der Frequenz und des Wirkungsgrads aufgrund hoher Temperatur). Dies bedeutet, dass das Magnetron eine konstante Temperatur von bis zu 50 ◦C hatte (Abbildung 8). Dadurch wurde die Stabilität des gesamten Systems sichergestellt. Darüber hinaus erhöhte die neue Anordnung den Wirkungsgrad des Leistungsmikrowellengenerators von 55 auf 75 Prozent.

Abbildung 9a zeigt einen standardisierten R32-Wellenleiter, in dem eine Öffnung für die Magnetronantenne angebracht wurde. Abbildung 9b zeigt die Temperatur im Wellenleiter nach 10 min voller Leistung. Dank der vorgeschlagenen Kühlung stieg diese Temperatur nicht über 80 ◦C. Da das Magnetron fest mit dem Wellenleiter verbunden ist, war die Temperatur an dieser Stelle am höchsten, da nur ein Teil des Wellenleiters gekühlt wurde, ohne dass die Magnetronantenne direkt gekühlt wurde. Diese Temperatur hatte jedoch keinen Einfluss auf die Funktion und die Parameter des Leistungsmikrowellengenerators (Tabelle 2).

Abbildung 10 zeigt einen Mikrowellen-Leistungsgenerator mit einem genormten R32-Hohlleiter und den notwendigen Komponenten zur Analyse des Sendesignals, einschließlich der Antenne. Nummer (1) bezeichnet einen EMI-Mikrowellenleistungsgenerator mit einem Magnetron, und Nummer (2) ist ein Wellenleiterabgriff. Der Zweig ist ein gekreuzter Wellenleiter, in dem durchgehende Hohlräume so ausgebildet sind, dass die elektromagnetische Welle in der Vorwärtsrichtung der Übertragung ohne Dämpfung ist und in der Querrichtung die Dämpfung entsprechend der Größe des Hohlraums erfolgt. Zwei identische Hohlleiterabgriffe mit 30 dB Dämpfung [26–29] wurden an die Hohlleiterstrecke angeschlossen.

Es war jedoch wichtig zu berücksichtigen, wie viel Leistung am 30-dB-Abgriff vorhanden war. War die Leistung immer noch zu hoch, musste ein zusätzlicher Leistungsabschwächer angeschlossen werden, der die Leistung ausreichend reduziert und die Messgeräte schützt. An diesen Wellenleiterabgriffen sind Wellenleiter-angepasste Lasten angebracht, die mit Nummer (3) gekennzeichnet sind. Diese sollten den Wellenleiterpfad in die vorgegebene Richtung anpassen. Weiterhin ist eine Antenne angeschlossen, die mit Ziffer (4) gekennzeichnet ist. Die Antenne sorgte für die Übertragung der elektromagnetischen Welle in den Weltraum in der erforderlichen Richtung. Der letzte Teil der Baugruppe ist eine Hohlleiterkupplung (5) für ein Koaxialkabel. Aufgrund dieser Kopplung können wir verschiedene Arten von Messgeräten (Oszilloskop, Spektrumanalysator, Leistungsmesser usw.) anschließen.

3. Testen der Immunität elektronischer Schaltungen gegenüber EMP

In einem Labor, das zum Testen elektronischer Geräte im EMP vorgesehen ist, wurde ein spezielles Testgelände zum Testen elektronischer Schaltungen in einem elektromagnetischen Feld (EMP) eingerichtet (Abbildung 11). Dieses Labor hat spezielle Platten an den Wänden, um die Reflexion elektromagnetischer Energie von den Wänden zu reduzieren (Abbildung 12).

Die getestete elektronische Schaltung wurde auf einem speziellen Ständer in der Achse des Strahlungsmusters der Generatorantenne platziert. Der Ständer wurde schrittweise in Richtung der Antenne des Generators bewegt. Die Tests wurden für Antennenabstände von 1,1 bis 0,25 m durchgeführt. Für jede Position wurde die getestete elektronische Schaltung für 2 s mit dem Generator bestrahlt. Das vom Generator erzeugte E-Feld wurde für jede Position gemessen. Gleichzeitig wurde an jeder Position die Funktion der getesteten elektronischen Schaltung verifiziert. Als Sensor für die E-Feld-Messung wurde eine Sperrdipolantenne (Abbildung 13a) mit Dämpfungsglied verwendet, um den gemessenen Leistungspegel anzupassen. Zur Messung der Signalpegel wurde ein R&S RTO 1044-4GHz-20 GSa/s mit einem Oszilloskop (Abbildung 13b) verwendet.

Der integrierte Schaltkreis NE555P (der NE555P ist ein integrierter Schaltkreis, der am häufigsten als Timer oder Generator verschiedener Rechtecksignale verwendet wird) wurde ausgewählt, um unser Originaldesign eines Halbleiter-Leistungsmikrowellengenerators mit Strom zu versorgen. Mit dieser integrierten Schaltung wurde ein Rechteckimpulsgenerator aufgebaut, bei dem ein Potentiometer zur Änderung der Frequenz verwendet wurde. Um die korrekte Funktionalität des integrierten Schaltkreises (IC) visuell zu überprüfen, wurde dieser Schaltkreis mit einer lichtemittierenden Diode (LED) ausgestattet. Die batteriebetriebene NE555P-Testschaltung wurde EMP in verschiedenen Abständen ausgesetzt.

Die gemessenen E-Feld-Niveaus wurden mit der E-Feld-Verteilung verglichen, die auf der Grundlage einer vereinfachten Theorie der Abstrahlung elektromagnetischer Wellen erstellt wurde. Die Berechnung der Parameter für eine pyramidenförmige Hornantenne des E-Feld-Generators erfolgte durch die Gleichungen (1) und (2).

Die Simulation wurde für Generatorleistungen im Bereich von 200 bis 1000 W durchgeführt. Für diese Leistungen wurden die Abhängigkeiten des E-Feldes vom Abstand zur Antennenapertur ermittelt. Hinsichtlich der Abmessungen der Messkammer und der zu erwartenden elektromagnetischen Störfestigkeit wurde Pgen=200 W gewählt. Diese Leistung wurde verwendet, um die elektromagnetische Immunität der Testschaltungen zu messen. Die Simulationsergebnisse sind in Abbildung 14 dargestellt.

Abbildung 15 zeigt die Ey-Komponenten der E-Feld-Abhängigkeit vom Abstand, die durch Berechnung (Gleichungen (1) und (2)) und Simulationen erhalten wurden. 15a zeigt eine vollständige Ansicht der Ey-Komponente, einschließlich des E-Felds in der Wellenleiterzone, der pyramidenförmigen Hornantennenzone und in der Reaktanzzone. Abbildung 15b zeigt eine Detailansicht der Ey-Komponente im gemessenen Bereich.

5. Diskussion

Die NE555P-Testschaltung war batteriebetrieben und wurde EMP in verschiedenen Abständen ausgesetzt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der EMP-Immunität der IC-NE555P-Schaltung.

Der getestete IC arbeitete fehlerfrei bei Mikrowellenstrahlung mit einem E-Feld kleiner oder gleich 220 V/m. Es zeigte Fehler für größere E-Feldpegel. Als die Mikrowellenleistung abgeschaltet wurde, arbeitete der getestete IC wieder ohne Fehler. Wenn die Mikrowellenbestrahlung ein E-Feld von größer oder gleich 1700 V/m war, wurde der getestete IC zerstört.

Abbildung 16a zeigt ein Signal, das vom NE555P-IC erzeugt wurde, der keinem EMP ausgesetzt war. Abbildung 16b zeigt ein Signal mit dem IC NE555P, das EMP aus der Ferne ausgesetzt wurde<2.5 m from the antenna.

Abbildung 16 zeigt, dass ein elektronisches Gerät, das einem hohen EMP ausgesetzt war, nicht mehr richtig funktionierte. Abbildung 16b beweist, dass ein elektronisches Gerät mit dem IC NE555P in einer bestimmten Entfernung von der Antenne des Mikrowellengenerators völlig unbrauchbar war.

In einer Entfernung von {{0}},25 m von der Antenne des Mikrowellengenerators wurde das gesamte elektronische Gerät, einschließlich der LED, irreversibel beschädigt. Diese Zerstörung erfolgte innerhalb von 2 Sekunden, nachdem das elektronische Gerät dem EMP in einer Entfernung von 0,25 m ausgesetzt wurde. Abbildung 17 zeigt eine Detailansicht des zerstörten LED-NP-Halbleiterübergangs.

Außerdem erwärmte sich die elektronische Schaltung während des EMP übermäßig. Abbildung 18 zeigt das Temperaturprofil einer erhitzten elektronischen Schaltung, die dem EMP in einem Abstand von 1,1 m von der Quelle (Magnetron) für 2 s ausgesetzt wurde. Der IC NE555P ist durch den grünen Rahmen gekennzeichnet.

Wenn die elektronische Schaltung in geringem Abstand (25 cm) von der Antenne des Mikrowellengenerators EMP ausgesetzt wurde, wurden auch alle passiven Komponenten (Widerstand, Kondensator, Spule usw.), aus denen die gesamte elektronische Schaltung zusammengesetzt war, zerstört . Abbildung 19 zeigt eine Detailansicht des Widerstands nach der irreversiblen Zerstörung. Dieser Widerstand war Teil des elektronischen Geräts mit dem IC NE555P, das in einem Abstand von 0,25 m von der Antenne des Mikrowellengenerators für 2 s EMP ausgesetzt wurde.

Der getestete IC hatte keinen zusätzlichen Schutz gegen die Auswirkungen des elektromagnetischen Feldes. Wenn eine höhere elektromagnetische Störfestigkeit erforderlich ist, können verschiedene Arten von geschirmten Gehäusen oder geschirmten Kästen verwendet werden, die durch andere Merkmale wie verschiedene Arten von geschirmten Türen, EMI/RFI (EMI - Elektromagnetische Interferenz/ RFI - Radiofrequenz-Interferenz) ergänzt werden. Abgeschirmte Wellenleiter-Luftauslässe, Wellenleiter-Durchführungen und ähnliches. Die Stromversorgungsleitungen müssen über spezielle Hochfrequenzfilter (HF-Filter) angeschlossen werden. LWL-Anwendungen werden sehr oft zusammen mit Hohlleiterfiltern zur Datenübertragung aus geschirmten Schränken und Boxen eingesetzt. Konkrete Beispiele für Elemente zum Schutz elektronischer Schaltungen gegen die Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes sind beispielsweise in [31] zu finden.

6. Schlussfolgerungen

In diesem Dokument haben wir schwerwiegende HPEM-Bedrohungen vorgestellt, insbesondere DEWs und IEMIs, und ihre wahrscheinlichen Auswirkungen auf die aktuellen und zukünftigen Stromnetze diskutiert. Der Artikel beschrieb die grundlegende Klassifizierung von DEW- und IEMI-Generatoren in Bezug auf E-Feldpegel und Entfernung des Ziels von den Antennenöffnungen des DEW- oder IEMI-Generators. Für einen einfachen elektronischen Schaltkreis IC NE555P, der keinen zusätzlichen Schutz gegen die Wirkung des E-Feldes hatte, wurde eine Messung der elektromagnetischen Störfestigkeit durchgeführt. Es wurde zum Testen des in Abschnitt 2 beschriebenen Low-Tech-Generators verwendet. Der getestete IC zeigte eine Fehlfunktion, wenn die Mikrowelleneinstrahlung ein E-Feld > 220 V/m erreichte. Als die Mikrowellenbestrahlung ein E-Feld größer als oder gleich 1700 V/m erreichte, wurde der getestete IC zerstört. Die gemessenen E-Feld-Niveaus wurden mit der E-Feld-Verteilung verglichen, die auf der Grundlage einer vereinfachten Theorie der elektromagnetischen Wellenstrahlung erstellt wurde, und wurden durch Simulation in COMSOL Multiphysics verifiziert. Der getestete IC war eine Widerstandsschaltung mit mittlerer Integration. Moderne ICS, wie z. B. sehr große Integration und ultragroße Integration, sind weniger widerstandsfähig gegen unbeabsichtigte elektromagnetische Interferenz und beabsichtigte elektromagnetische Interferenz.

Daher ist es erforderlich, derzeit und auch in Zukunft der Erhöhung der elektromagnetischen Immunität von elektronischen Schaltungen, die in elektrischen Energienetzen verwendet werden, mehr Aufmerksamkeit zu widmen. Die Lösung ist eine konsequente elektromagnetische Abschirmung von ICs, Datenleitungen und Stromleitungen.

Autorenbeiträge:

Konzeptualisierung, LD, RK und MP; Methodik, LD, RK, MP; Validierung, MP, RK; formale Analyse, LD, MP und RK; Untersuchung, LD, RK und MP; Schreiben – Erstellung des ursprünglichen Entwurfs, LD, RK und MP; Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, LD, RK und MP; Visualisierung, LD, MP; Aufsicht, LD; Projektleitung, LD, RK Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und sind damit einverstanden.

Finanzierung:

Die Forschung erhielt keine Drittmittel.

Erklärung des Institutional Review Board:

Unzutreffend.

Einverständniserklärung:

Unzutreffend.

Erklärung zur Datenverfügbarkeit:

Unzutreffend.

Danksagungen:

Die in diesem Dokument vorgestellte Arbeit wurde durch das Entwicklungsprogramm "AIROPS" des Verteidigungsministeriums der Tschechischen Republik und der Universität für Verteidigung unterstützt.

Interessenskonflikte:

Die Autoren geben keinen Interessenkonflikt an.

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