Программа дисциплины ен. Р. 01 «электромагнитная совместимость» Рекомендуется умц кгту им. А. Н. Туполева для специальности направление 210200 «Проектирование и технология электронных средств»
скачатьКАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТим. А.Н.Туполева УТВЕРЖДАЮ: Проректор по учебно-методической работе ___________________ И.К.Насыров «____»________________ 2007 г. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ЕН.Р.01 «ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ» Рекомендуется УМЦ КГТУ им. А.Н.Туполева для специальности
^ В дисциплине изучаются закономерности и процессы, происходящие в электронной аппаратуре, обусловленные электромагнитным взаимодействием при наличии помех, а также методы и способы обеспечения электромагнитной совместимости аппаратуры и ее составных частей с целью выработки у студентов навыков конструирования ЭС с высокими показателями качества на новейшей элементной базе с применением САПР. В результате изучения дисциплины студенты должны знать физику электромагнитных явлений, происходящих в электронной аппаратуре; методы и способы защиты аппаратуры от помех и обеспечения электромагнитной совместимости электронно-вычислительных средств различного назначения и их составных частей. Студенты должны уметь моделировать процессы электромагнитного взаимодействия в аппаратуре с распределенными параметрами модулей и монтажа, имеющей высокое быстродействие. Изучение дисциплины «Электромагнитная совместимость» базируется на знаниях, навыках и умениях, полученных студентами при изучении дисциплин «Математика», «Физика», «Электротехника и электроника», «Схемотехника электронных средств», «Электроэлементы». Студенты должны владеть практическими навыками работы с системой компьютерной математики «MATHCAD». Знания, умения и навыки, полученные в процессе изучения данного курса, могут быть использованы студентом при изучении дисциплин «Конструирование и стандартизация электронно-вычислительных средств», «Информационные технологии электромагнитной совместимости электронно-вычислительных средств», «Обеспечение устойчивости электронно-вычислительных средств к внешним воздействиям» а также при выполнении дипломного проекта. ^ В результате изучения дисциплины студенты должны: Знать
Уметь
Иметь навыки
4.2.1 Сущность проблемы электромагнитной совместимости электронных средств и основные задачи ее обеспечения ( 2 часа ауд. занятий / 2 часа СРС) Определение электромагнитной совместимости (ЭМС) электронных средств(ЭС). Понятие электромагнитного спектра. Организационные мероприятия обеспечения ЭМС ЭС. Технические решения по обеспечению ЭМС. Межсистемная и внутрисистемная ЭМС. Условия минимальных затрат по обеспечению ЭМС. Необходимость применения методов теории поля при обеспечении ЭМС. Единицы измерения уровня помех абсолютные и относительные. Пороговые значения помех для аналоговых и цифровых устройств. Стандарты в области обеспечения ЭМС. Классы приборов. Эффективность средств защиты от помех. Мероприятия по созданию пунктов радиоконтроля, испытательных полигонов. Обучение и переподготовка специалистов в области ЭМС. Требования к проектировщикам и конструкторам электронных средств. Значение моделирования возникновения, распространения и воздействия помех на основе уравнений Максвелла. 4.2.2. Моделирование возникновения, распространения и воздействия помех на основе уравнений электродинамики (8 часов ауд. занятий / 8 часов СРС) 4.2.2.1. Уравнения электромагнитного поля (ЭМП). Силовые и количественные характеристики ЭМП. Векторы ЭМП. Интеграл по контуру векторного поля, поток вектора через поверхность. Потенциал электростатического поля, его градиент. Система уравнений электромагнитного поля в интегральной форме. 4.2.2.2. Уравнения поля в дифференциальной форме. Ротор векторного поля, дивергенция векторного поля. Дифференциальные операторы векторного анализа в декартовых координатах. Уравнения ЭМП в дифференциальной форме. Повторные дифференциальные операторы. Закон сохранения заряда в дифференциальной форме. 4.2.2.3. Материальные уравнения. Вид материальных уравнений поля. Общий вид связи между смещением и напряженностью электрического поля. Электрофизические параметры сред, их абсолютные и относительные значения. Граничные условия для напряженностей ЭМП вблизи границы раздела сред. Граничные условия для нормальных составляющих вектора смещения и вектора индукции вблизи границы раздела сред. Граничные условия вблизи поверхности идеального проводника. Поверхностные заряды и токи. 4.2.2.4. Комплексная форма уравнения поля. Переход от действительных характеристик поля к комплексным для поля, изменяющееся во времени по гармоническому закону. Система уравнений Максвелла в комплексной форме. 4.2.2.5. Единственность решений уравнений поля. Формулировка теоремы . Начальные и граничные условия. Условия излучения. 4.2.2.6. Плоская электромагнитная волна в однородной среде. Уравнение для поля без источников, зависящего от одной координаты. Поперечность поля. Одномерное волновое уравнение для поля плоской волны и его общее решение в виде системы двух плоских волн, распространяющихся в противоположных направлениях. Взаимная ориентация векторов поля в плоской волне. 4.2.3. Возникновение и распространение помех в конструкциях электронных средств(14 часов ауд. занятий / 14 часов СРС). 4.2.3.1. Задержка и искажение сигнала в схемах с сосредоточением элементами и в коротких линиях связи. Эквивалентная схема короткой линии связи. Преобразование схемы. Анализ с помощью операторного метода. Апериодический режим распространения. Граничный режим. Режим с осцилляциями. 4.2.3.2. Распространение помех в регулярных направляющих системах. Понятие регулярной направляющей системы. Спектральное представление ЭМП. Волновое представление спектральной составляющей поля. Выражение поперечных составляющих через продольные. Волновые уравнения для продольных составляющих поля. Граничные условия на границах смежных однородных областей поперечного сечения. Классификация волн в направляющих системах. Представление полей с помощью скалярных потенциалов. Условия существования и структура поперечного поля в направляющей системе. 4.2.3.3. Расчёт помех рассогласования в длинной линии при произвольной нагрузке. Напряжения и токи падающей и отраженной волн в двухпроводной линии без потерь. Представление изображений волн в линии с помощью теоремы смещения. Переходной процесс в нагруженной линии при ее подключении к генератору. Циклы переходного процесса. Суммирование изображений с помощью формулы геометрической прогрессии. Установившееся напряжение в линии, питаемой скачком напряжения. 4.2.3.4. Расчёт поля помехи по известному распределению источников. Представление поля в однородном пространстве с помощью электродинамических потенциалов. Устранение неоднозначности представления с помощью условия калибровки. Решение волновых уравнений в виде запаздывающих потенциалов. Интегральное выражение закона сохранения заряда. 4.2.3.5. Перекрестные помехи по электрическому полю в кротких многопроходных линиях связи. Виды многопроводной линии. Линия в виде плоской шины. Потенциала наводимые на проводниках линии. Потенциальные коэффициенты. Ёмкостные коэффициенты, частотные погонные емкости. Емкость двухпроводной линии. Обобщение на многопроходную линию. 4.2.3.6. Перекрёстные помехи за счёт магнитных связей в многопроходных линиях. Представление электрического поля индукции с помощью векторного потенциала. Векторный потенциал одиночного проводника круглого сечения. Векторный потенциал системы проводников. Электрическое поле индукции в проводниках системы. ЭДС индукции в отдельном проводнике системы. Погонная индуктивность двухпроводной линии. 4.2.3.7. Перекрестные помехи в длинных линиях связи. Вывод системы телеграфных уравнений многопроводной линии. Анализ четырехпроходной системы с помощью принципов симметрии и суперпозиции. Условие равенства нулю напряжения помехи в нагрузке пассивной линии за счет взаимной компенсации помех по электрическому и магнитному полю. 4.2.4. Физические методы обеспечения электромагнитной совместимости (8 часов ауд. занятий / 8 часов СРС). 4.2.4.1. Экранирование электрических цепей. Поле внутри проводящего тела, внесенное электрическое поле. Связь нормально составляющей внешнего поля с поверхностной плоскостью заряда. Заряды, наводимые источником на лицевой и оборотной стороне плоского экрана конечных размеров. Эффективность экранирования плоским прямоугольным экраном поля точечного заряда. 4.2.4.2. Экранирование магнитостатических полей. Различие экранирования электрического и магнитного полей. Граничные условия для магнитного поля на границе раздела двух сред с различными магнитными свойствами. Магнитный шар в однородном магнитном поле. Представление внешнего и внутреннего полей. Ослабление магнитного поля в шаровой полости. Возможность экранирования электрического поля с помощью диэлектрического экрана. 4.2.4.3. Основы теории электромагнитного экранирования. Физические процессы в электромагнитном экране. Системы уравнений для спектра поля внутри и вне экрана. Представление поля помехи с помощью векторного потенциала. Переход к неоднородной системе уравнений однородного пространства. Электрический и магнитный токи поляризации. Вывод объемного интегрального уравнения для электрического поля в диэлектрическом и проводящем экране. Нагруженное объемное интегральное уравнение для поля в экране при наличии магнитных свойств в экране. Применение численных методов для решения объемных интегральных уравнений. 4.2.4.4. Применение объемного интегрального уравнения к расчёту плоского экрана. Функция Грина одномерного интегрального уравнения. Принцип предельного поглощения. Сокращение размерности алгебраической системы уравнений при использовании объемного интегрального уравнения. Решение для внутреннего и внешнего поля. Поле при наличии магнитных свойств. 4.2.4.5. Расчёт многослойных экранов при экранировании плоской волны. Падающие и отраженные волны в многослойном экране. Обобщение оптических законов на многослойные среды. Анализ полей для поляризации падающего поля параллельно и перпендикулярно плоскости падения. Коэффициенты отражения в слоях экрана. Рекуррентная процедура их определения. Коэффициент передачи поля в многослойном экране. 4.2.4.6. Экранирование локального источника многослойным экраном. Представление падающего поля электромагнитного диполя с помощью векторного потенциала. Разложение в интеграл плоских волн скалярной волной функции Грина. Разложение в интеграл плоских волн, электрического поля диполя. Выделение в спектре составляющих, поляризованных параллельно и перпендикулярно плоскости падения. Соотношение для поля локального источника в многослойном экране. 4.2.4.7. Фильтры. Назначение фильтров. Классификация по частотным свойствам. Влияние развязки между входом и выходом при применении фильтров. Простейшие фильтрующие элементы в цепях питания и сигнальных цепях. Простейшие схемы фильтров различного назначения. Эффективность однозвенного фильтра. Многозвенные фильтры с максимально плоской чебышевской характеристикой. Схемы включения фильтров при различных сочетаниях сопротивлений генератора и нагрузки. Связь размеров и массы фильтра с его характеристиками. Конструктивные особенности фильтров с гарантированным затуханием более 100дБ. 4.2.4.8. Принципы построения и расчёт заземления. Ограничения на размеры заземления. Особенности сигнальной или схемной земли. Особенности силового заземления. Плавающее заземление для чувствительных устройств. Одноточечное заземление, ограничение на его размеры. Многоточечная система заземления для схем с супервысоким быстродействием Принцип группирования схем при подключении к общему заземлению. Схема заземления в виде гирлянды. Оценка уровня помех через общее сопротивление цепи заземления. Расчёт заземления в виде массивного распределенного проводника. Уравнение для плотности тока и потенциала. Сопротивление распределенного сопротивления для двухконтактного включения. Сопротивление заземления для высокочастотных составляющих спектра помехи, влияние скин-эффекта. 4.2.5. Заключение. Особенности рассмотрения проблем обеспечения ЭМС в данной дисциплине. Возможности и перспективы использования изученных методов и моделей при разработке программных средств САПР электронных средств и в последовательииных учебных дисциплин. ^
5.1. Рекомендуемая литератураа) основная литература:
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплиныПрименение обучающих и контролирующих программ, фото-, кино- и иных материалов не предусматривается. При заочном обучении студенту предоставляется электронное пособие, включающее в себя теоретический материал,методическое ррукводство к лабораторным работам, а также тесты для самоконтроля. ^ Компьютерный класс, оснащённый ПЭВМ с характеристиками, обеспечивающими нормальную работу операционных систем, лабораторные установки. ^ Для изучения данной дисциплины необходимы знания, полученные при изучении следующих дисциплин: высшая математика, физика, программирование, общая электротехника и электроника, теоретические основы конструирования и надежности, схемотехническое проектирование ЭВС. Для самостоятельной работы по теоретическому курсу рекомендуется использовать электронный конспект лекций и учебные пособия из списка рекомендованной основной и дополнительной литературы. ^
Программу составил: Даутов О. Ш., д.т.н., профессор кафедры Конструирования и производства электронно-вычислительной аппаратуры (К и П ЭВА). Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры К и П ЭВА 14 декабря 2007 г., протокол № 11. Зав. кафедрой К и П ЭВА О.Ш. Даутов д.т.н., профессор Председатель Учебно-методической В.А.Суздальцев комиссии факультета, доцент Декан факультета ТКиИ Л.Ю. Емалетдинова д.т.н., профессор
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 