Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Антенны и устройства микроволновой техники

Диссертационная работа:

Ситникова Светлана Васильевна. Исследование электромагнитных полей видеодисплейных терминалов методами электродинамического моделирования излучающих систем : Дис. ... канд. техн. наук : 05.12.07 Самара, 2005 227 с. РГБ ОД, 61:05-5/2671

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы и состояние вопроса. В основе физических принципов функционирования ЭВМ лежат электромагнитные процессы. При этом очевидным является то обстоятельство, что электромагнитные поля (ЭМП) существуют не только в электрических цепях конструктивных элементов ЭВМ, но и в окружающем пространстве. Генерация ЭМП вне оптического диапазона не продиктована функциональным назначением ЭВМ и представляет собой как фактор загрязнения окружающей среды, так и канал утечки информации.

Собственно элементы системных блоков ПЭВМ характеризуются сравнительно невысокими уровнями побочных электромагнитных излучений, в то время как определяющий вклад в электромагнитную обстановку вблизи ПЭВМ вносят видеодисплейные терминалы (ВДТ), содержащие электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые, несмотря на то, что в последнее время широкое распространение получили ВДТ, основанные на иных физических принципах функционирования, не имеют альтернативы в ряде специальных областей.

Поскольку в электрических цепях ВДТ с ЭЛТ протекают значительные но величине токи, можно предположить, что обусловленные ими уровни ЭМП в окружающем ЭВМ пространстве достаточно высоки и могут представлять существенную опасность для человеческого организма. Кроме того, в спектральном составе ЭМП присутствует информация, содержащаяся в видеосигнале. То есть, ЭМП ВДТ к тому же являются потенциальными источниками информационных утечек.

Целесообразность объединения названных проблем в рамках одной работы обусловлена сходностью базовьж задач и подходов к их решению, так как и в том и в другом случае фактором, определяющим состояние объекта исследования, является создаваемое им ЭМП. Обе проблемы, в части анализа ЭМП, сводятся к решению ряда задач, характерных для теории антенн и традиционно относимых к классу задач об излучении.

Очевидно, что основной задачей при обеспечении электромагнитной и информационной безопасности является приведение электромагнитной обстановки к состоянию, определяемому критериями предельных уровней, принятыми в той или иной области.

Решение описанной исследовательской задачи возможно двумя путями, каждый из которьж целесообразен для той или иной конкретной ситуации:

расчетное прогнозирование ЭМП, что весьма важно для стадий разработки, проектирования и размещения элементов вычислительных систем;

инструментальный контроль электромагнитной обстановки на стадии эксплуатации средств вычислительной техники и вычислительных комплексов.

Объект исследования данной работы, как источник ЭМП, имеет ряд специфических признаков:

ЭМП существует в широкой полосе частот от статического до быстропе-ременного на частотах до единиц гигагерц;

конфигурация излучающих токов, локализованных в электрических цепях узлов ВДТ, чрезвычайно сложна, что обуславливает сложную пространственную структуру ЭМП;

- присутствует сильная зависимость структуры и уровня поля от взаимного расположения отдельных частей ВДТ и влияния близкорасположенных тел.

В последние годы, проблеме исследования ЭМП ВДТ уделяется достаточно много внимания, о чем свидетельствует значительное количество публикаций по данному вопросу. Однако, большинство работ содержат, в основном, результаты экспериментальных исследований проведенных в нестандартных, и, следовательно, трудновоспроизводимых условиях.

В частности, в течение 1994 - 1996 годов сотрудниками Центра электромагнитной безопасности при участии сотрудников Лаборатории измерения параметров электромагнитной совместимости ВНИИФТРИ и Лаборатории электромагнитных волн НИИ медицины труда РАМН проводились измерения ЭМП непосредственно на рабочих местах пользователей. Результаты этих исследований опубликованы в монографии Готовского Ю.В. и Перова Ю.Ф., в которой приведены результаты измерений уровней электромагнитных и электростатических полей, создаваемых ВДТ с ЭЛТ различных типов.

Значительные по объему исследования проведены в 1995 - 1998 г. в Самарском отраслевом НИИ Радио (СОНИИР). Результаты этих исследований опубликованы в работах Кузова А.Л., Бузовой О.В., Кольчугина Ю.И.

С середины девяностых годов прошлого столетия и по сей день и Лаборатории электромагнитной экспертизы ПГАТИ, проводятся работы по аттестации рабочих мест оборудованных ПЭВМ, сопровождающиеся измерениями ЭМП. Результаты работ приведены в публикациях Маслова О.Н. и его учеников.

Расчетное прогнозирование электромагнитной обстановки вблизи ВДТ ПЭВМ до настоящего времени проводилось приближенными расчетно-эксперимен-тальпыми методами (как в работах Маслова М.Ю.). Результаты таких расчетов, позволяют качественно предсказывать энергетические характеристики ЭМП, но не дают информации о реальном пространственно-временном распределении поля.

Поскольку в литературе присутствует такое значительное количество сведений о результатах измерения ЭМП ВДТ, автору представляется целесообразным не проводить собственный эксперимент, а исследования проводить расчетными методами, корректное применение которых проверять путем сравнения с опубликованными результатами экспериментальных исследований других авторов, в том числе проведенных в ПГАТИ и СОНИИР.

Таким образом, несмотря па известные достижения в указанной области, имеет мест весьма актуальная научно-техническая проблема разработки методик расчетного прогнозирования уровней ЭМП, создаваемых ВДТ персональных ЭВМ, обеспечивающих возможность анализа реальной пространственно-временной структуры поля, а так же воспроизводимость результатов в эксперименте. Такие требования приводят к необходимости базирования разрабатываемьж методик на строгих методах вычислительной электродинамики и теории антенн.

Проблема расчета ЭМП ВДТ может быть представлена в виде совокупности частных базовых задач, для решения которых существуют отработанные и достаточно апробированные в теории антенн методы.

Проблемы, методы и средства численного анализа ЭМП, источниками которых являются разнообразные технические средства, в том числе и те, для кото-4

рых свойство излучения неспецифично или не продиктовано функциональным назначением, решаются в рамках электромагнитной безопасности. Расчетные методы при решении вопросов информационной безопасности используются п настоящее время сравнительно редко.

Фундаментальными в области расчета ЭМП технических средств для целой электромагнитной безопасности традиционно признаются работы Бузова Л.Л., Кубанова В.П., Романова В.А. Сподобаева Ю.М., Шередько Н.Ю. В работах этих авторов развиты методология и принципиальные подходы к решению задач электромагнитного мониторинга технических средств, являющихся источниками ЭМП. Эти методологические подходы вполне могут быть использованы для решения поставленных в работе задач. Так, например, в рамках разработки ком плексной методики моделирования ЭМП ВДТ ПЭВМ представляется целесообразным провести:

систематизацию сведений о конструктивных элементах ВДТ, их классификацию и разбиение на качественно однородные группы, для которых применимы сходные подходы к анализу излучаемого поля;

оценку спектрального состава ЭМП, создаваемого различными группами источников;

разработку электродинамических моделей различных источников и групп источников, объединяющих конструктивные узлы ВДТ;

разработку способа представления совокупной электромагнитной обстановки;

анализ и систематизацию критериев оценки электромагнитной обстановки с той или иной точек зрения.

Известно, что ВДТ на основе ЭЛТ являются источниками нескольких видов электромагнитных полей и излучений: рентгеновского, ультрафиолетового, диапазона видимого света, ближнего и дальнего инфракрасных диапазонов, СВЧ и радиочастотных диапазонов, ОНЧ-КНЧ диапазонов, а так же электростатического и магнитостатического полей.

Интерес для целей настоящей работы представляют ЭМИ радиочастотных диапазонов, а так же диапазонов низких и крайне низких частот, источниками которых являются системы кадровой (30...100 Гц) и строчной (10...100 кГц) разверток, обмотки отклоняющей системы, сканирующий электронный луч ЭЛТ, высоковольтные элементы системы питания анодов ЭЛТ.

Для построения расчетной методики анализа поля ВДТ, автору представляется наиболее перспективным подход, основанный на декомпозиции ВДТ по кон структивным элементам вплоть до токов и зарядов простейших конфигураций. Для моделирования различных групп элементов целесообразно использовать адекватные строгие методы теории излучающих систем.

Целью настоящей работы является разработка методик и алгоритмов расчетного анализа ЭМП, создаваемых ВДТ ПЭВМ, создание на основе этих алго ритмов программных модулей, которые составят основу автоматизированной системы электромагнитного мониторинга рабочих мест, оборудованных ЭВМ, а так же исследование ЭМП реальных мониторов.

Необходимость проведения таких исследований диктуется актуальными во просами электромагнитной совместимости и защиты информации.

В работе решаюся следующие задачи:

  1. Анализ ионсфукции видеодисплейных терминалов, содержащих элек-фонно-лучевые трубки Выделение в их составе конструктивньж элементов, в жекфических цепях которьж протекают токи, существенно влияющие на электромагнитную обстановку.

  2. Разработка методики электродинамического моделирования источников, размеры которьж значительно меньше пространственного периода изменения создаваемою ими поля

  1. Разработка злекфодинамической модели узла кадровой развертки (гране -формаюра оконечного каскада и отклоняющей системы)

  2. Разрабткка методики электродинамическою моделирования высокочас-гомшх элементов ВД1 ПЭВМ

  3. Разработка злекфодинамической модели узла строчной развертки (трансформатора оконсчною каскада и цепи питания анода ЭЛТ)

  4. Исследование пространственно-временной структуры ЭМП развертывающих устройств.

  1. Разработка методики электродинамического моделирования объемного хиекфонною потока ЭЛ1

  2. Исследование спекфального состава ЭМП ЭЛТ

  3. Решение базовой задачи рассеяния ЭМП излучающей системы тонким экраном, расположенным в зоне индукции стороннего источника

  1. Разработка методики комплексного анализа электромагнитной обстановки вблизи ВД( ПЭВМ

  2. Исследование ЭМП реальней о монитора

Научная новизна исследований заключается в следующем

1 Разработана электродинамическая модель развертывающего устройства
ВД1 персональной ЭВМ на основе метода конечных элементов и метода инте
гральных уравнений

  1. Разработана электродинамическая модель объемного электронного потока ЭД1, позволяющая учесть сложный спектральный состав создаваемого ЭМП

  2. Методом инта ральньж уравнений учтено влияние пассивньж проводящих шементов консфукции ВДТ на структуру создаваемого им ЭМП

  3. Разработаны меюдика и алгоритм расчетного прогнозирования ЭМП, создаваемых ВД1 персональных ЭВМ

5 Впервые, на основе cipoinx методов электродинамического моделирова
ния, получены результат расчетов ЭМП вблизи реального монитора

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что

1 Разрабошнные методики расчета ЭМП видеотерминалов позволяют про
водить детальный элсюроманштный мониторинг помещений и рабочих мест,
оборудованных ПЭВМ

2 Разработанные в рамках диссертационной работы модели и методики элек-
фодинамическою анализа видеодисплейных терминалов обеспечили методоло
гическую базу для создания перспективной авюматизировашюй системы анали
за электромагнитной обстановки офисной техники

3. Полученные в диссертации результаты анализа электромагнитной обстановки и разработанные методики обеспечивают основу для создания комплекса мер и рекомендаций по нормализации электромагнитной обстановки в местах, оборудованных ПЭВМ при решении задач электромагнитной и информационной безопасности.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы при проведении в ПГЛТИ научно-практических работ по расчету полей низкочастотного электрооборудования (тема 15/04).

Разработанные автором методики моделирования ВДГ, а так же результаты исследования ЭМП реальных устройств внедрены в учебный процесс Ш'ЛТИ на кафедре «Электродинамики и антенн».

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы и публикации.

Основные результаты по теме диссертационного исследования опубликованы в сборниках докладов VIII, IX, X и XI Всероссийских научных конференций ПГАТИ (Самара, 2001, 2002, 2003 и 2004 г., соответственно), 7-й Международной конференции «Экология и жизнь» (Нижний Новгород, 2002 г.), III Международной научно-методической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Уфа, 2002 г.) и V Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2004 г.).

По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) опубликовано 14 печатных работ. Основные научные и прикладные результаты опубликованы в 5 статьях в периодических научных изданиях и в 9 публикациях в форме тезисов докладов на российских и международных конференциях и семинарах.

На защиту выносятся:

  1. Методика расчета ЭМП, создаваемых видеодисплейными терминалами персональных ЭВМ, с учетом всех существенно влияющих на электромагнитную обстановку источников и экранирующих элементов, построенная на основе строгих подходов к электродинамическому моделированию.

  2. Электродинамическая модель развертывающего устройства ВДТ, основанная на методе конечных элементов и методе интегральных уравнений.

  3. Электродинамическая модель электронно-лучевой трубки, позволяющая учесть сложный спектральный состав излучаемого поля, ориентированная на применение метода конечных разностей во временной области.

  4. Алгоритм комплексного анализа ЭМП видеодисплейных терминалом персональных ЭВМ и новые результаты анализа ЭМП реамьпого монитора.

Объем и структура работы.

Подобные работы
Пикулин Евгений Викторович
Исследование резонансных ускоряющих систем с использованием численных методов электродинамического моделирования
Вишняков Михаил Григорьевич
Исследование электромагнитных полей вблизи антенн цифровых систем передачи информации для целей электромагнитной безопасности
Ружников Вадим Александрович
Разработка метода анализа и исследование электромагнитных полей, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, в целях обеспечения электромагнитной совместимости с бортовыми радиотехническими системами
Раков Александр Сергеевич
Анализ и имитационное моделирование случайных излучающих систем
Аронов Виталий Юрьевич
Исследования и разработка антенных систем специальной подвижной радиосвязи с регулируемыми пространственными и поляризационными характеристиками
Мущенко Виктор Иванович
Исследование и разработка излучающих систем для ретрансляции сигналов сухопутной подвижной радиосвязи в условиях сильного затенения
Иванов Владимир Николаевич
Исследование и оптимизация антенн для систем связи и вещания с учетом требований электромагнитной экологии
Бажилов Вячеслав Александрович
Расчет и исследование цилиндрических экранированных СВЧ и КВЧ колебательных систем на основе диэлектрических резонаторов
Севостьянов Сергей Викторович
Исследование и разработка методик расчета развязки в сложных антенно-фидерных системах объектов подвижной радиосвязи и телерадиовещания в целях обеспечения внутриобъектовой электромагнитной совместимости
Прошин Александр Борисович
Исследование вибраторных антенн, расположенных в двухслойном пространстве, применительно к вопросам их использования в системах охранной сигнализации

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net