2.9 Способы ослабления восприимчивости радиоприемных устройств к помехам

Технические меры защиты РПрУ от помех: экранирование элементов, фильтрация в цепях питания, заземление, ослабление электромагнитных связей между проводниками, искрогашение в контактных устройствах.

2.9.1 Экранирование элементов радиоприемников. Электромагнитный экран ослабляет поля излучений внешних источников в пределах определен-ной зоны. Экранирование применяется для отдельных элементов, функциональных узлов и блоков радиоаппаратуры. В зависимости от материала и конструкции экраны по-разному ослабляют электрическую и магнитную составляющие поля – различают электростатические, магнитостатические и электромагнитные экраны.

Характер поля помех в данной точке пространства зависит от типа источника (электрический или магнитный диполь) и его удаления R_H от рецептора. В дальней зоне излучения (R_H   100, где  =  – волновой параметр) характеристические сопротивления среды при электрическом Z_E и магнитном Z_H диполе практически совпадают, и экран одинаково ведет себя относительно обоих полей. В ближней зоне излучения (R_H   < 0,01) роль магнитной составляющей с понижением частоты падает, что сопровождается ростом Z_E, а при f = 0 поле становится электростатическим. Для магнитного диполя имеем обратную картину, и при f = 0 поле становится магнитостатическим.

Электростатическое экранирование – замыкание силовых линий поля источника на поверхность экрана и отвод наведенных зарядов на массу – эффективно устраняет емкостные связи. Магнитостатическое экранирование основано на замыкании силовых линий поля в толщине материала экрана, обладающего повышенной магнитной проницаемостью. С ростом частоты в стенках экрана; возникают вихревые токи, поле вытесняется из толщи экрана в его наружный слой – экран переходит в электромагнитный режим.

Экраны выполняются из металлов (медь, латунь, сталь, алюминий), а также из ферромагнитных материалов (пермаллой, -металл). Они могут быть одно- и многослойными, сплошными и перфорированными, сетчатыми. Для снижения массы и повышения температурной стойкости экранов их часто изготавливают из сплавов алюминия и магния, легированных марганцем и цинком. При жестких требованиях к эффективности и массогабаритным показателям экраны выполняют многослойными в виде чередующихся слоев из немагнитных (наружный слой) и магнитных материалов, например: медь-сталь-медь, алюминий-сталь-алюминий. С этой же целью применяются пластмассы, керамика, слюда с металлизированным покрытием, наносимым напылением, а также металлические сетки, заформованные в неопрене или резине.

Особое внимание необходимо уделять экранированию катушек индуктивности, трансформаторов, интегральных микросхем (ИМС). Платы с ИМС должны иметь общие экраны. В узлах аппаратуры с помехообразующими элементами целесообразно применять ИМС с металлостеклянными или металлокерамическими корпусами. Сплошные и двухслойные металлические оболочки коаксиальных кабелей обеспечивают эффективность экранирования более 40 дБ. Металлические оплетки из проволоки или ленты, используемые для экранирования межблочных соединительных линий, обеспечивают в диапазоне частот 20...200 кГц эффективность экранирования 40...60 дБ.

2.9.2 Помехоподавляющие фильтры в цепях питания радиоприемников – основное средство подавления кондуктивных радиопомех, поступающих по цепям питания. Эффективность помехоподавляющих фильтров (ППФ) характеризуется коэффициентом подавления помех

K = 20lg(U_Ф0/U_Ф)Лф^О^Уфо/^ф).

где U_Ф0, U_Ф – напряжение помех на нагрузке при отсутствии и наличии фильтра.

Аналогичное выражение справедливо для коэффициента подавления помех по току. К ППФ предъявляются требования малых вносимых в электрическую цепь сопротивлений и проводимости утечки, высокой электрической прочности, стойкости к механическим и климатическим нагрузкам, габаритов и массы. От ППФ не требуется высокой избирательности – они должны ослаблять высокочастотные колебания помех и пропускать без заметного ослабления постоянный ток и токи промышленной частоты. Помехоподавляющие фильтры представляют собой широкополосные одно- и многозвенные фильтры НЧ с емкостными, индуктивными или индуктивно-емкостными Г-, Т- и П-образными ячейками. При большом полном сопротивлении (импедансе) источника питания ближайшим к источнику элементом фильтра должен быть конденсатор, а при малом – катушка индуктивности. Аналогично в зависимости от величины полного сопротивления нагрузки следует выбирать последний элемент фильтра, ей предшествующий. Эти рекомендации особенно существенны при защите ИМС от кондуктивных сетевых помех.

В качестве ёмкостных элементов ППФ в диапазоне частот до 10 МГц применяются двухполюсные конденсаторы и в диапазоне 30....50 МГц – опорные конденсаторы. Проходные коаксиальные конденсаторы используют на частотах до 10 МГц, а также в цепях с напряжением 50...500 В на частотах до 1000 МГц. Конденсаторные блоки применяют для фильтрации симметричных и несимметричных помех. В качестве индуктивных элементов помехоподавляющих фильтров (ППФ) используются витковые дроссели в виде трубчатого ферромагнитного сердечника на токонесущем стержне.

Широкое применение получили микроминиатюрные керамические ППФ с Г-, Т- и П- образными звеньями. Такие фильтры способны подавлять помехи в цепях переменного (пульсирующего) тока в диапазоне частот 2... 100 МГц вносимое им затухание помех составляет 20... 60 дБ, а на частотах 100... 10 000 МГц — более 70 дБ.

2.9.3 Заземление элементов радиоприемников. Система заземления элементов РПрУ – специальная электрическая цепь с минимальным опорным потенциалом. Этот опорный потенциал используется в качестве нулевого потенциала любых точек схемы. В стационарных условиях такой общей проводящей средой служит физическая земля; на подвижных объектах используется изолированная металлическая масса самого объекта. Рационально сконструиро-ванное заземление вместе с экранированием и ППФ служит эффективным средством ослабления внешних и внутренних помех.

Заземление выполняет несколько функций: служит для отсчета потенциалов различных точек схемы; обеспечивает протекание возвратных сигнальных токов отдельных ИМС, функциональных узлов и каскадов через общее полное сопротивление ВИП; ослабляет паразитные связи и наводки между сигнальными и силовыми цепями аппаратуры; защищает персонал от поражения электрическим током при техническом обслуживании аппаратуры.

На практике используются два основных типа схем заземления: одноточечная и многоточечная.

Одноточечная схема наиболее проста, но при последовательном соединении земляной шины с узлами могут возникать значительные помехи. Чем дальше точка заземления данного узла (У_i) от опорной точки (О), тем выше ее потенциал. Поэтому одноточечную схему следует применять при малых разбросах потребляемой мощности узлов, так как сильноточные узлы могут соз-давать большие возвратные токи заземления, отрицательно влияющие на малосигнальные узлы, а наиболее восприимчивый узел надо подключать возможно ближе к опорной точке. Одноточечная схема заземления обычно используется в микроэлектронных устройствах, содержащих интерфейсы типа общей шины.

Многоточечная схема заземления пригодна на частотах выше 10 МГц. Узлы аппаратуры следует подключать к земле короткими проводниками малой индуктивности. Заземление экранов повышает их эффективность.

Нерациональная конструкция цепи заземления может привести к росту помех внутри аппаратуры. Наибольшую роль при этом играют обратные токи в цепях заземления, большое полное сопротивление этих цепей и образование замкнутых контуров заземления.

Практическое значение имеет реализация контуров заземления. Следует применять короткие заземляющие проводники с малыми активными сопротивлениями и индуктивностью. Необходимо избегать использования общих проводов в цепях экранов, сильноточного защитного заземления и слаботочного сигнального заземления. Необходимо разрывать контуры заземления путем связи источников сигналов с рецепторами через трансформаторы, оптроны.

Ослабление электромагнитных связей между внутриузловыми токонесущими проводниками, а также между соединительными межблочными линиями радиоаппаратуры снижает ее восприимчивость к помехам. Влияние проводников – источников помех на проводники-рецепторы обусловлено емкостными и индуктивными связями между ними. Связь между проводником – источником помех и сигнальным проводником – рецептором можно ослабить с помощью экрана с малым полным сопротивлением заземления. Индуктивную связь можно ослабить, уменьшая площадь, ограниченную проекцией контура проводника – рецептора на плоскость, перпендикулярную вектору индукции магнитного поля. Для этого применяют экранирование проводов и их скрутку.

Для уменьшения помех от электромагнитных контактных устройств используются специальные схемы – искрогасители, устраняющие искровые и дуговые разряды в промежутках между контактами. Искрогасители выполняют на пассивных RC-элементах или на полупроводниковых схемах. Они могут шунтировать только контакты, только обмотку реле или оба этих конструктивных элемента одновременно. Эффективность искрогасителей минимальна на низких частотах и достигает максимума на частотах 1 ... 20 МГц.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация электромагнитных помех (ЭМП), качественная и количественная характеристика параметров ЭМП.

2. Поясните различие задач оценивания восприимчивости РПрУ и помехоустойчивости (в классической постановке последней).

3. Общая характеристика защиты радиоприемников от станционных помех.

4. Принцип интегрального приема и сравнение его эффектности с оптимальной фильтрацией.

5. Пороговый эффект в радиолиниях с ЧМ сигналами, методы порогопонижающего приема таких сигналов.

6. Принцип действия схем ШОР и ШОУ.

7. Характеристика параметров флуктуационных шумов (помех).

8. Физические причины мультипликативных помех в радиоканалах; общая характеристика способов борьбы с такими помехами.

9. Сравнительная оценка алгоритмов формирования группового сигнала

при пространственно разнесенном приеме.

10. Динамический диапазон – интегральный показатель РпрУ. Проблема расширения динамического диапазона.

11. Факторы, вызывающие нелинейность амплитудной характеристики ТВЧ радиоприемника.

12. Параметры радиоприемника по блокированию сигналов, способы ослабления этого эффекта.

13. Параметры радиоприемника по перекрестной модуляции.

14. Характеристика восприимчивости цифровых элементов и средств ВТ в радиоприемнике.

15. Характеристика методов преодоления априорной неопределенности.

16. Инвариантная система связи.

17. Структурные схемы симплексной и дуплексной адаптивных радиолиний. Информационная и решающая обратная связь.

18. Принцип адаптации радиоприемных устройств, примеры.

19. Характеристика помехоподавляющих фильтров (ППФ).

20. Функции заземления в радиоприемниках.

89