Глава 9. Индустриальные радиопомехи

9.1. Классификация индустриальных радиопомех и их нормирование

Общие сведения об индустриальных радиопомехах

Индустриальные помехи – это электромагнитное излучение в диапазоне радиочастот, создаваемое электрическими и электронными устройствами всех видов и назначений, кроме радиопередающих устройств, работающих на присвоенных им частотах.

При работе электроустройств индустриальные помехи возникают вследствие резких изменений тока и напряжения в электрических цепях, что, как правило, сопровождается искрением. В результате создается практически непрерывный спектр радиопомех. Несмотря на то, что ИРП, как правило, имеют меньшую мощность на радиочастотах, чем помехи от радиостанций, ИРП также влияют на ЭМО, а их уменьшение является одной из основных задач в обеспечении нормальной работы РЭС. Поэтому допустимые уровни ИРП регламентируются нормативными документами (Нормами ГКРЧ, ГОСТ-ами и др.). Кроме того, устройства – источники ИРП подвергаются контролю качества по параметрам ЭМС при их производстве и сертификации.

Для уменьшения ИРП используют различные средства: экраны, искрогасители, отражающие и поглощающие фильтры, дроссели, заземление и др.

Важность проблемы ИРП признана и на международном уровне. В частности, в состав Международной электротехнической комиссии (МЭК) входи специальный комитет по радиопомехам (СИСПР), в рамках шести подкомиссий которого рассматриваются теоретические и практические способы и меры уменьшения ИРП.

В общем случае ИРП воздействуют как на РЭС, так и на различные электронные приборы и устройства. При воздействии на РЭС основным каналом их проникновения является антенна и фидерный тракт, а неосновным – цепи питания и управления. Воздействие ИРП на электронное устройство происходит только по цепям питания и управления. Поэтому международный комитет по радиопомехам декларирует, что главный объект его внимания и защиты от ИРП – РЭС.

Классификация ИРП

ИРП делятся на множество групп по различным классификационным признакам.

По функциональному назначению устройств, создающих ИРП эти помехи бывают:

- созданные бытовыми приборами и устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …1000 МГц);

- созданные электрическим световым оборудованием (создает ИРП в диапазоне 0,15 …600 МГц) ;

- созданные двигателями внутреннего сгорания (создают ИРП в диапазоне 0,15 …4000 МГц);

- созданные промышленными, научными и медицинскими высокочастотными устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …20 ГГц);

- созданные высоковольтными ЛЭП и электроподстанциями (создают ИРП в диапазоне 20 …30 МГц);

- созданные электродвигателями и транспортными средствами на электрической тяге (создают ИРП в диапазоне 0,15 …2000 МГц);

- созданные оборудованием информационных технологий (создает ИРП в диапазоне 0,15 …10 ГГц).

По месторасположению устройств, создающих ИРП, эти помехи бывают:

- созданные техническими средствами, находящимися в промышленных зонах;

- созданные техническими средствами, находящимися в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением;

- созданные техническими средствами, расположенными на специально выделенных территориях;

- созданные техническими средствами, размещающимися совместно с РЭС.

По спектральному составу различают:

- широкополосные ИРП. ИРП считается широкополосной, если ширина ее энергетического спектра по уровню 3 дБ шире полосы пропускания приемного устройства (по этому же уровню), на которое она воздействует. Такие ИРП создаются большинством источников таких помех, особенно теми, где имеется искрение контактов, электрическая дуга и т.д.;

- узкополосные ИРП. ИРП считается узкополосной, если ширина ее энергетического спектра по уровню 3 дБ меньше полосы пропускания приемного устройства (по этому же уровню), на которое она воздействует. Узкополосные ИРП создаются, например, группой промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных устройств.

По времени действия ИРП бывают:

- длительные: помехи, длительность которых превышает 1 с.

- прерывистые (кратковременные). К ним относят помехи, длительность которых не превышает 0,2…1 с.

В зависимости от механизма распространения ИРП бывают:

- излучаемые, т.е. ИРП, распространяющиеся в пространстве. Поскольку в источниках ИРП нет специальных устройств для их излучения, то мощность излучаемых ИРП весьма мала и, как правило, на расстояниях в несколько метров (десятков метров для мощных источников) ее влияние на РЭС уже можно не учитывать.

- кондуктивные, т.е. ИРП, распространяющиеся по проводам. Это основной путь распространения ИРП, поскольку провода имеют весьма значительную проводимость, поэтому затухание помехи в них происходит значительно медленнее, чем в пространстве.

Нормирование ИРП

Как известно, для обеспечения заданного качества радиоприема с надежностью  исходят из условия, что реальное отношение сигнал/помеха должно в заданном проценте времени быть больше минимально допустимого, т.е. больше защитного отношения:

 = р(Е_с/Е_п ≥ А₀), (9.1)

где Е_с- минимальная гарантированная напряженность поля полезного сигнала; Е_п – напряженность поля помехи; А₀ –защитное отношение. Из (9.1) следует, что надежность α можно повысить следующими способами:

- увеличением Е_с , т.е. увеличением мощности РПД. Однако это приводит к нерациональному использованию спектра и является крайне нежелательной мерой;

- уменьшением А₀ , что связано с конструированием аппаратуры и требует больших затрат;

уменьшением величины Е_п , т.е. ограничением (нормированием) уровня ИРП на источнике помех. Это наиболее рациональный путь, именно он и применяется на практике.

Нормы на уровень ИРП определяют по методике, рекомендованной комитетом СИСПР и состоящей из следующих этапов:

- определение защитных отношений для различных РЭС и для различных типов помех. Эти сведения содержатся в документах МСЭ;

- зная требуемую минимальную напряженность поля полезного сигнала Е_с и защитное отношение для данного типа РЭС с помощью (1) вычисляют допустимую напряженность поля ИРП в месте расположения приемной антенны данного РЭС;

- определяют минимально допустимое расстояние между данным РЭС и источником ИРП;

- используя статистические данные о случайном характере потерь полезного сигнала и помехи при их распространении от источника ИРП до приемной антенны определяют процент времени, в течение которого с заданной вероятностью отношение сигнал/помеха будет больше защитного отношения.

Конечным результатом расчета и является так называемая расчетная норма на уровень ИРП. Эта расчетная норма затем используется для определения рабочей нормы, которая, как правило, находится в результате компромисса - радиослужбы допускают определенную степень влияния помех на процесс приема радиосигналов, но уровень ИРП не должен превышать рабочей нормы (допускающей более высокий уровень этой помехи по сравнению с расчетной нормой). Основой этого компромисса является экономический баланс между затратами на мероприятия по снижению уровня ИРП и затратами на разработку РЭС, требующих меньшего защитного отношения.

Нормы на уровень ИРП устанавливаются для серийно выпускаемых устройств. При этом по результатам испытаний определяются статистические параметры уровня ИРП, т.е. с достоверностью р в партии устройств должно быть не менее q процентов изделий, отвечающих норме на уровень ИРП. Комитет СИСПР рекомендует принимать правило q = p = 80%, т.е. по крайней мере 80% серийных изделий должны соответствовать норме на уровень ИРП с вероятностью не менее 80%.