Рассмотренные выше электронные помехи позволяют существенно ухудшить характеристики подавляемых РЭС, но более радикальными являются мощные электромагнитные. Они позволяют либо уничтожить РЭС, либо вывести его из строя на определенный интервал времени. В литературе поражающие электромагнитные воздействия иногда называют деструктивными (функциональными) помехами, а соответствующие средства - СВЧ-оружием функционального поражения.

В принципе для поражения электронной аппаратуры достаточно малые плотности потока энергии СВЧ излучения. Например, для вывода из строя противокорабельной ракеты требуемая величина плотности потока энергии осколков массой не менее 1г. достигает 105Дж/м2, ударной волны - 5*104 Дж/м2, а СВЧ импульса длительностью 1 мкс - (1ч10) Дж/м2. Но при этом нужно учитывать значительное затухание СВЧ колебаний в атмосфере, а так же чрезвычайно малый коэффициент полезного действия многих источников мощного электромагнитного излучения. Например, в электромагнитных боеприпасах в СВЧ излучение преобразуется значительно меньшая доля энергии взрыва (10-5 - 10-6 процента), чем в энергию осколков и ударной волны. Поэтому не следует переоценивать эффективность средств электромагнитного поражения РЭС, хотя они интенсивно развиваются и будут играть все более важную роль в радиоэлектронной борьбе.

Эффект функционального поражения РЭС определяется главным образом степенью защищенности элементной базы РЭС от воздействия мощного СВЧ излучения и слабо зависит от назначения и типа РЭС. Это воздействие может привести к:

1. Невосстанавливаемым (катастрофическим, необратимым) отказам;

2. Восстанавливаемым (временным) отказам;

3. Функциональным нарушениям в РЭС, характерным для традиционных видом помех (ложным срабатываниям исполнительных схем, искажениям выходных сигналов и т.д.)

Первый вид отказов РЭС иногда называют функциональным поражением, а второй и третий - функциональным подавлением.

Восстанавливаемые отказы могут быть как с сохранением, так и с ухудшением параметров РЭС после восстановления их работоспособности. При этом интервал временного выхода из строя элементов РЭС изменяется в широких пределах - от единиц миллисекунд до десятков минут.

Наиболее уязвимыми при воздействии мощного СВЧ излучения являются чувствительные элементы входных устройств приемников РЭС. Помеховое излучение может проникать через антенну, так и, минуя ее, через технологические щели, люки обслуживания и вентиляционные люки, цепи питания, провода, кабели.

При взаимодействии мощных СВЧ колебаний с элементами и узлами РЭС могут наблюдаться два эффекта:

1. наведение на контурных элементах (выводах полупроводниковых приборов, печатных проводниках и т.д.) СВЧ мощности, которая приводит к электрическим перегрузкам - "антенный эффект";

2. непосредственное взаимодействие СВЧ импульсов со структурой полупроводникового элемента.

Величина амплитуды наведенных электрических сигналов в элементах и узлах РЭС зависит от:

1. основных параметров мощных СВЧ колебаний (мощности, частотного диапазона, длительности импульса и т.д.);

2. геометрических размеров и конструктивных особенностей элементов РЭС, из взаимной ориентации;

3. электрических режимов работы схем.

Классификация эффектов, возникающих в элементах РЭС при воздействии токов и напряжений, наведенных мощными электромагнитными излучениями, приведена на рис.1.2.

Рис.1.2 Классификация эффектов в элементах РЭС при воздействии мощных электромагнитных излучений.

Причиной невосстанавливаемых отказов в большинстве случаев является тепловой пробой поражаемых полупроводниковых структур. Для длительностей импульсов СВЧ - излучения более 100нс критериальный уровень поражения (пороговое значение мощности Pпор - разрушающей структуру в результате тепловыделения) оценивается с помощью формулы Вунша-Белла:

Pпор = A · + B ·

где - длительность мощного СВЧ - импульса; А, В и С - коэффициенты, зависящие от зоны перехода полупроводниковых материалов, их теплоемкости теплопроводности, температуры нагрева и условий теплосъема.

Для "коротких" импульсов (0,1 - 1 мкс) наибольший вклад в вносит первое слагаемое (пропорциональное ), в диапазоне = 1ч 10 мкс - второе слагаемое, а для > 10 мкс - третье слагаемое.

Формулу (3.1) можно записать и для энергии поражения

На рис.1.3 представлены графики усредненных зависимостей пороговой энергии поражения от длительности СВЧ-импульсов для ТТЛ-схем, планарных транзисторов (рис.1.3 а) и интегральных макросхем с диэлектрической изоляцией элементов, гибридных аналоговых и цифровых микросхем (рис.1.3 б) в логарифмической шкале.

а)

б).

Рис.1.3 Зависимости пороговой энергии поражения транзисторных элементов (а) и микросхем (б) от длительности импульсов.

Интервалы между кривыми 1,3 для ТТЛ-схем и 2,4 для планарных транзисторов определяют возможные диапазоны соответствующих критериальных уровней поражения.

Зависимости 2,5 и 3,4 (рис.1.3, б) определяют соответственно нижнюю (линии 2,3) и верхнюю (линии 5,4) границы диапазонов возможных криериальных уровней поражения гибридных цифровых и аналоговых микросхем, а зависимость 1 (линия 1) - интегральных микросхем с диэлектрической изоляцией элементов.

Анализ графиков позволяет сделать вывод о границе применимости модели Вунша-Белла и о том. что энергия поражения убывает с укорочением СВЧ-импульса. Этот вывод очень важен для практического применения средств для электромагнитного (функционального) поражения.

Резкое уменьшение энергии на интервале от 100 до 5.10нс свидетельствует, по-видимому, о переходе где-то между 10 и 5 нс к другому механизму поражения, при котором главным фактором становится напряженность электрического поля СВЧ - импульса и скорость ее изменения, а нагрев является лишь фоном.

При длительностях импульсов СВЧ - излучения порядка единиц и десятков наносекунд функциональное поражение полупроводниковых структур может сопровождаться процессами, не укладывающимися в рамки тепловых моделей. Физические механизмы воздействия таких (сверхкоротких) СВЧ - импульсов на полупроводнике изучены еще недостаточно глубоко. Экспериментально установлено, что воздействие таких импульсов проводит чаще всего к возникновению временных отказов. Диапазон критериальных уровней поражения РЭС - главного параметра, определяющего невосстанавливаемые и восстанавливаемые отказы элементов поражаемых РЭС - составляет четыре-пять порядков. На рис.1.4 приведены типовые данные о критериальных уровнях поражения различных полупроводниковых элементов (1-мощные транзисторы; 2-тринисторы; 3-германиевые транзисторы; 4-переключающие транзисторы; 5-маломощные транзисторы; 6-выпрямительные диоды; 7-опорные диоды; 8-коммутирующие диоды; 9-диоды с точечным контактом; 10-СВЧ - диоды; 11 - интегральные микросхемы).

Рис.1.4 Критериальные уровни поражения полупроводниковых элементов

Из рисунка видно, что минимальные критериальные уровни (наиболее уязвимы при воздействии мощного СВЧ - излучения) имеют СВЧ - диоды, используемые во входных трактах приемников (в преобразователях частоты), а максимальные уровни - мощные транзисторы, используемые в источниках питания.

Экспериментально установлено, что среди интегральных микросхем (ИМС) малого и среднего уровня интеграции наименьшие критериальные уровни поражения у ИМС с планарными выводами и ИМС с барьером Шоттки. Еще более уязвимы большие интегральные микросхемы (БИС), имеющие значительное число элементов на одном кристалле и весьма малые размеры отдельных p-n-p и МОП - переходов, а также токоведущих линий.

1.1.3 Структурная схема мощного импульсного передатчика

Структурная схема мощного импульсного передатчика представлена на рис.1.5.

Сокращения используемые на рис.1.5.

УУМ - устройство управления модулятором;

ФСИП - формирователь случайной импульсной последовательности;

СЧ - синтезатор частот;

МП - мультиплексор;

ВИК - выходной импульсный каскал;

СУ - система управления ВИК;

АБ - антенный блок.

1.1.4 Принцип работы и описание структурной схемы мощного импульсного передатчика.

Принцип действия антенного блока.