Лаборатория генерирования и измерения параметров электромагнитных импульсов: состояние и перспективы метрологического обеспечения в области импульсных электромагнитных полей

Обеспечение единства измерений параметров импульсных электромагнитных факторов критически важно для повышения достоверности испытаний на помехоустойчивость авиационной и ракетно-космической техники, оборудования информационно-коммуникационных технологий. Приведён обзор эксплуатируемых в Российской Федерации средств измерений параметров электромагнитных импульсов с указанием типов и основных метрологических характеристик. Показана прослеживаемость данных средств измерений к государственным первичным эталонам единиц напряжённостей импульсных электрического и магнитного полей, высокого импульсного электрического напряжения и импульсного тока. Проведён сравнительный анализ состояния метрологического обеспечения измерений параметров импульсных электромагнитных полей, токов и напряжений в России и за рубежом. Cформулированы основные направления совершенствования эталонной базы Российской Федерации с целью метрологического обеспечения перспективных типов средств измерений параметров импульсных электромагнитных полей. Обоснован выбор пирамидальной ТЕМ-камеры (GTEM-ячейки) в качестве полеобразующей системы эталонов для воспроизведения импульсных электрического и магнитного полей большой длительности с фронтом в диапазоне десятков пикосекунд. Рассчитаны геометрические параметры конструктивных элементов пирамидальной ТЕМ-камеры, оценены амплитудновременной диапазон и неопределённость воспроизведения единиц. Перспективным направлением дальнейших исследований по обеспечению единства измерений параметров импульсных электромагнитных полей является нормирование погрешности динамических характеристик средств измерений в пикосекундном диапазоне.

1. Giri D. V., Hoad R., Sabath F. High-Power Electromagnetic Effects on Electronic Systems. Boston, Massachusetts, Artech House Publ (2020).

2. Газизов Т. Р., Заболоцкий А. М., Куксенко С. П. Электромагнитная совместимость: преднамеренные силовые электромагнитные воздействия. Изд-во ТУСУРа, Томск (2018).

3. Соколов А. А. О метрологическом обеспечении измерений напряженности импульсных электрических и магнитных полей. В кн. под ред. Степанова Б. М. Вопросы излучения и измерения нестационарных электромагнитных полей, c. 31–47. Изд-во ВНИИФТРИ, Москва (1980).

4. Сахаров К. Ю., Туркин В. А., Михеев О. В., Сухов А. В., Уголев В. Л., Денисов М. Ю. Средства измерений импульсных электромагнитных полей и токов. Технологии электромагнитной совместимости, (1(72)), 63–76 (2020). https://www.elibrary.ru/xngagb

5. Сахаров К. Ю., Туркин В. А., Михеев О. В., Добротворский М. И., Сухов А. В. Измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля пикосекундной длительности. Измерительная техника, (2), 62–64 (2014). https://www.elibrary.ru/saepgb

6. Buchenauer C. J., Marek R. Antennas and electric fi eld sensors for time domain measurements: an experimental investigation. In: Carin L., Felsen L. B. (eds.) Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 2, pp. 197–208. Springer, Boston (1995). https://doi.org/10.1007/978-1-4899-1394-4_22

7. Gaborit G., Jarrige P., Gaeremynck Y. Pockels’ Effect-Based Probe for UWB and HPEM measurements. In: Sabath F., Mokole E. (eds.) Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 10, pp. 411–424. Springer, New York (2013). https://doi.org/10.1007/978-1-4614-9500-0_37

8. Lee D.-J., Hong Y.-P., Hwang I.-J., Kang T.-W. Integrated electrooptic sensor for intense electromagnetic pulse measurements. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 72, 1–8, 7004608 (2023). https://doi.org/10.1109/TIM.2023.3284921

9. Taka Y., Kawamata K., Ishigami S. Verifi cation of measurement waveforms of transient electric fi eld caused by micro-gap spark using optical electric fi eld probe. Electronics and Communications in Japan, 102(3), 3–11 (2019). https://doi.org/10.1002/ecj.12144

10. Istrate D., Blanc I., Fortuné D. Development of a measurement setup for high impulse currents. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 62(6), 1473–1478 (2013). https://doi.org/10.1109/TIM.2013.2239018

11. Сухов А. В., Сахаров К. Ю., Михеев О. В., Туркин В. А., Уголев В. Л., Денисов М. Ю., Родин Р. А. Радиофотонный измерительный преобразователь напряженности импульсного электрического поля в субнаносекундном диапазоне. Измерительная техника, (6), 61–65 (2014). https://www.elibrary.ru/xvlujn

12. Долматов Т. В., Букин В. В., Гарнов С. В., Герасимчук О. А., Поповский Ю. Ю., Неуструев В. В., Сахаров К. Ю., Михеев О. В. Сверхширокополосная система для измерения напряженности электрического поля на основе кристалла теллурида кадмия в диэлектрическом волоконном сенсоре. Доклады Российской Академии Наук. Физика, технические науки, (1), 8–12 (2022). https://doi.org/10.31857/S2686740022020031 ; https://www.elibrary.ru/tlgpmo

13. Сухов А. В., Сахаров К. Ю., Золотаревский Ю. М., Михеев О. В., Туркин В. А. Исследование неопределённости воспроизведения единицы высокого импульсного электрического напряжения. Измерительная техника, (10), 49–53 (2020). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-10-49-53 ; https://www.elibrary.ru/zzujef

14. Сахаров К. Ю., Сухов А. В., Туркин В. А., Михеев О. В. Государственный первичный специальный эталон единицы силы импульсного тока в диапазоне от 1,0 до 1,0·105 А ГЭТ 202-2024. Измерительная техника, 73(9), 4–11 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-9-4-11 ; https://www.elibrary.ru/tjbzhv

15. Сахаров К. Ю., Михеев О. В., Туркин В. А., Сухов А. В., Алешко А. И. Государственный первичный специальный эталон единиц напряженностей импульсных электрического и магнитного полей с длительностью фронта импульсов в диапазоне от 10 до 100 пс ГЭТ 178-2016. Измерительная техника, (6), 3–7 (2018). https://www.elibrary.ru/uwaolw

16. Sarbu A., Bechet P., Miclaus S. Limitations of using electro-optical probes for the measurement of the electromagnetic fi eld emitted by the new generations of wireless communication devices. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 1254, 012022 (2022). https://doi.org/10.1088/1757-899X/1254/1/012022

17. Thye H., Armbrecht G., Koch M. Pulse propagation in gigahertz transverse electromagnetic cells. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 51(3), 592–603 (2009). https://doi.org/10.1109/TEMC.2009.2018121

18. Сахаров К. Ю., Туркин В. А., Михеев О. В., Сухов А. В. Совершенствование государственного первичного специального эталона единиц напряженностей импульсного электрического и магнитного полей ГЭТ 178-2016. Метрология в радиоэлектронике: Тез. докл. XIV Всероссийской научно-технической конференции, Н. Новгород, 17–19 июня 2025 года, с. 264–270. Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево (2025). https://www.elibrary.ru/zaxvqg

19. Yamashita E., Atsuki K. Strip line with rectangular outer conductor and three dielectric layers. IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques, 18(5), 238–244 (1970). https://doi.org/10.1109/TMTT.1970.1127205

20. Efanov V. M., Efanov M. V. Megaampere compact pulse generators based on fi d technology. Concepts. Modeling. Prototypes. Proc. 2025 IEEE Pulsed Power & Plasma Science (PPPS), p. 424, Berlin, Germany (2025). https://doi.org/10.1109/PPPS56198.2025.11248471

21. Jiang Y., Xu Z., Wu P., Huang L., Meng C. A time-domain calibration method for transient EM fi eld sensors. Measurement, (168), 108368 (2021). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108368 ; https://www.elibrary.ru/hyaihv

22. Bieler M. International comparison on ultrafast waveform metrology. Proc. 2020 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM), Denver, CO, USA, pp. 1–2 (2020). https://doi.org/10.1109/CPEM49742.2020.9191926

23. Mittermayer C., Steininger A. On the determination of dynamic errors for rise time measurement with an oscilloscope. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 48(6), 1103–1107 (1999). https://doi.org/10.1109/19.816121

24. Клеопин А. В., Малай И. М. Современные подходы к обеспечению единства измерений быстропротекающих импульсных электрических процессов. Измерительная техника, (9), 47–53 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-9-47-53 ; https://www.elibrary.ru/riivud