Тема 5. Електромагнітна обстановка (емо)

Під ЕМО розуміють сукупність випромінювань, створених за рахунок сумісної роботи РЕЗ та інших джерел ненавмисних завад в точці розташування рецептора. При вивченні загальної ЕМС, в першу чергу, треба цікавитися сукупністю заважаючих випромінювань, створених одночасно працюючими радіозасобами в точці розташування РПрП. Зрозуміло, що повний опис усіх випромінювань неможливий. Можна говорити лише про приблизну копію, яка відбиває найбільш істотні риси ЕМО – її моделі. Модель ЕМО будується як сукупність функціональних залежностей, середніх величин, імовірнісних розподілів, які характеризують основні властивості сигналів від працюючих одночасно радіозасобів. Для складання моделі ЕМО треба знати ряд істотних факторів: відносне розташування джерел заважаючого випромінювання; енергетичні характеристики заважаючих сигналів; параметри завад; кількість джерел тощо.

З позиції загальної теорії систем та системного підходу сукупність РЕЗ, які функціонують в одному територіальному районі та загальних смугах частот, є штучно створеною фізичною системою (великою радіосистемою).

Для опису системи використовують 3 рівні:

1) морфологічний опис – коли відображають те, що відомо про структурні властивості системи, поділеної на прості структурні складові – окремі РЕЗ, пристрої та блоки з вказівкою порядку та способів їх взаємодії;

2) функціональний опис – дається з позиції цільової функції (критерію ефективності) системи та її елементів, охоплює основні процеси в системі, виділяючи паразитні зв’язки між структурними складовими;

3) інформаційний – коли опис дається для внутрішнього та зовнішнього інформаційного обміну між користувачами РЧР, пов’язана зі зменшенням апріорної невизначеності для запобігання завадовим ситуаціям.

Великі радіосистеми можуть відрізнятися розмірами, складом елементів, особливостями взаємодії елементів та фізичних процесів, які відбуваються в них. Прикладом морфологічної моделі ВРТС є граф стану забезпечення ЕМС для сукупності РЕЗ, який характеризує топологічні властивості структури стану елементів ВРТС. Граф ЕМС, як геометрична структура, з’єднує упорядковано розташовані у просторі точки, які відображають елементи ВРТС, сукупністю ліній. Стрілка на ребрі графа вказує, чим є елемент - об’єктом впливу або джерелом завад. При такому зображенні на перший план виступають зовнішні характеристики у вигляді небажаних зв’язків, їх кількісних значень, які проставляються у вигляді чисел на ребрах, а результат їх впливу на показник якості функціонування у вигляді чисел у вершинах графа. Відсутність небажаних зв’язків в ВРТС геометрично дає структуру з набору точок без ребер. Тобто у випадку забезпечення ЕМС граф є виродженим (порожнім).

Література: [1, с.174-212; 2 145-173].

Тема 6. Внутрішньоапаратурна емс

Відповідає поняттю забезпечення сумісної роботи різних вузлів та блоків у радіотехнічній системі або окремих компонентів у вузлах. Джерелом ненавмисних електромагнітних завад служать блоки електроживлення, особливо імпульсні та виконані на ВЧ активних елементах, задавальні генератори, генератори часових позначок тощо. Завади, які виникають від джерел, можуть бути випромінюваними та кондуктивними. Найбільш сприйнятливими до завад є вузли з підвищеною щільністю монтажу та високим вхідним опором. Шляхи проникнення завад – сигнальні кола, ланцюги електроживлення, загальні дроти та заземлення.

Зменшенню сприйнятливості вузлів до завад сприяє екранування, фільтрація завад, заземлення та раціональні монтажні з’єднання.

Екранування є засобом послаблення електромагнітного поля завад у межах визначеного простору і призначене для підвищення завадостійкості та забезпечення ЕМС. Конструкції, які реалізують вказані вимоги, називаються екранами. Екрани застосовують як для окремих елементів, вузлів, блоків, так і РЕЗ в цілому.

Необхідність екранування повинна бути обгрунтована і розглядається тільки після того, як повністю вичерпані методи оптимальної компоновки апаратури.

В загальному випадку дія електромагнітного екрана, як лінійної системи, характеризується коефіцієнтом екранування – відношення напруженості електричного або магнітного полів у будь-якій точці простору, який треба захистити, при наявності екрана до напруженості Е або Н поля, яке впливає, при відсутності екрана. На практиці дію екрана прийнято оцінювати ефективністю екранування (екранне загасання), це величина зворотна коефіцієнту екранування, яку виражають у дБ.

Треба уявляти собі, що існують різні засоби екранування електромагнітних, електростатичних і магнітостатичних полів. Ефективність екрана, як лінійної системи, залишається незмінною незалежно від розташування завадонесійного електромагнітного поля завад всередині або зовні екрана, що дозволяє в разі потреби міняти місцями джерело та рецептор електромагнітного поля.

Вивчаючи питання фільтрації, необхідно розподіляти фільтри на дві групи – для подавлення міжсистемних завад та подавлення завад в ланцюгах живлення в межах однієї системи. Ефективність фільтрації визначається внесеним послабленням фільтра напруги завад.

При розгляді заземлення, як ефективного засобу боротьби з завадами, треба приділити увагу схемам заземлення в пристроях з різним діапазоном частот і з різним рівнем потужності

Література: [4, с.39-72, 81-96, 99-105].

КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

1. Роль ЕМС в надійному функціонуванні пристроїв і систем. 2. Радіочастотний ресурс і його використання. 3. Класифікація завад. 4. Параметри завад. 5. Технічна недосконалість радіопередавачів. 6. Структура спектра випромінювання. 7. Фізичні принципи виникнення бічних і позасмугових коливань. 8. Норми на рівні бічних випромінювань. 9. Вимірювання параметрів бічних коливань. 10.Технічна недосконалість радіоприймачів. 11.Характеристика частотної вибірковості. 12.Фізичні принципи виникнення бічних і сусідніх каналів прийому. 13.Норми частотної вибірковості. 14.Вимірювання параметрів частотної вибірковості. 15.Особливості антенних пристроїв з точки зору ЕМС. 16.Електромагнітна обстановка. 17.Моделі ЕОМ. 18.Методи організаційно-технічних рішень в галузі ЕМС. 19.Внутрішньоапаратурна ЕМС. 20.Екранування магнітних та електричних полів. 21.Екранування електромагнітних полів. 22.Фільтрація. 23.Заземлення.

ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

У відповідності до навчального плану кожний студент повинен виконати 2 лабораторні роботи. На їх виконання відводиться 8 год. Мета проведення лабораторних робіт з курсу «Електромагнітна сумісність пристроїв та систем »– закріплення теоретичного матеріалу, одержаного на лекціях та внаслідок самостійної роботи, придбання студентами навичок практичної роботи з вимірювальною технікою. Внаслідок проведення лабораторних занять студент набуває навички:

• дослідження основного та бічних коливань радіопередавача, паразитних каналів прийому в радіоприймачах та впливу імпульсних завад на радіолокаційний круговий огляд;

• розрахунку середніх частот бічних випромінювань радіопередавача та ступенів їх подавлення, середніх частот паразитних каналів прийому в радіоприймачах та їх сприйнятливість.

ПЕРЕЛІК ТЕМ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

1. Дослідження бічних коливань радіопередавача.

2. Дослідження бічних і сусідніх каналів прийому радіоприймача.

3. Дослідження впливу імпульсних завад на радіолокаційний огляд.

КОНТРОЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Задача 1. Оцініти можливість виникнення завад в радіорелейній лінії (РРЛ) від радіолокаційної станції (РЛС), якщо системи мають такі параметри: імпульсна потужність РЛС – Р_і; частота основного випромінювання РЛС – f_рлс; коефіцієнт заглушення заважаючих гармонік передавача РЛС – K_h; дальність до РЛС – R_рлс; діапазон частот РРЛ - F; чутливість РРЛ – P_пр.мін; коефіцієнти підсилення антен у напрямку одна на одну на заважаючій частоті – G_рлс ,G_ррл.

Вихідні дані	Номер варіанта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Рі, Мвт	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3	1,4
fрлс, ГГц	2,2	2,3	1,7	1,8	1,9	1,3	1,2	1,1	2,2	2,3
Kh, дБ	50	55	60	65	70	50	55	60	65	70
Rрлс, км	6	5	4	3	2	6	5	4	3	2
F, ГГц	6…7	6…7	5…6	5…6	5…6	3…4	3…4	3…4	4…5	4…5
Pпр.мін, дбВт	-130	-125	-130	-125	-130	-125	-125	-130	-125	-130
Gрлс, дБ	25	20	25	20	25	20	25	20	25	20
Gррл, дБ	-5	-10	-15	-5	-10	-15	-5	-10	-15	-5

Задача 2. Знайти відношення сигнал/шум і сигнал/завада в РРЛ за умови попередньої задачі, якщо відстань між пунктами РРЛ – R_ррл; потужність передавача РРЛ - P_ррл; коефіцієнти підсилення передавальної та приймальної антен РРЛ однакові - G_{ррл пер} = G_{ррл пр} = G

Вихідні дані	Номер варіанта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Rррл, км	40	45	50	55	60	60	55	50	45	40
Pррл, Вт	1	2	3	3	2	1	3	2	1	1
G, дБ	40	35	30	40	35	40	35	30	40	35

Задача 3. Радіоприймач має чутливість, обмежену шумами, - P_пр.мін, ефективну довжину антени – h_еф, втрати в антені - L_а, вхідний опір – 100 Ом; напруженість поля корисного сигналу - E_с. Знайти відношення сигнал/шум на вході приймача у дБ

Вихідні дані	Номер варіанта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Pпр.мін, дБВт	-115	-120	-125	-130	-135	-140	-120	-125	-130	-135
hеф, м	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Lа, дБ	10	15	20	10	15	20	10	15	20	25
Eс, дБмкВ/м	60	70	80	90	100	60	70	80	90	100

Задача 4. Знайти відношення сигнал/завада у дБ за умовами попередньої задачі, якщо приймач має смугу пропускання - f; спектральна щільність потужності завад – S_з

Вихідні дані	Номер варіанта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
f, кГц	5	10	15	20	25	10	15	20	25	30
Sз, дБм /(м2кГц)	-75	-80	-85	-90	-75	-80	-85	-90	-75	-80

Задача 5. Пункт диспетчерського зв’язку знаходиться на відстані R від дороги. Інтенсивність автотранспортного руху - C. Смуга частот приймача - f. Напруженість поля частотномодульованого сигналу, який приймається з межі зони прийому - E_с. Поясніть, яка очікується якість прийому.

Вихідні дані	Номер варіанта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
R, км	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,2	1,4	1,6	1,8
C, маш. /хв.	60	60	80	80	80	100	100	100	120	120
f, кГц	10	10	10	15	15	15	25	25	25	25
Eс, дБмкВ/м	-1	0	1	2	3	4	5	6	7	8

Методичні вказівки до РОЗВ’яЗАННЯ задач

Усі обчислення виконуються за відомими формулами, наведеними в рекомендованій літературі.Часто вони представлені в логарифмічному уявленні [3], тому щоб їх використовувати, треба фізичні величини, задані в абсолютних одиницях, представити у вигляді відносних. Наприклад:

P_відн = 10 lg(P /1Вт), дБВт; P_відн = 10 lg(P /1мВт) , дБм,

якщо P=1МВт, то P_відн.= 10 lg(10⁶/1)=60 дБВт;

U_відн= 20 lg(U /1В) , дБВ; U_відн = 20 lg(U /1мкВ)_., дБмкВ,

якщо U=0,001В, то U_відн.= 20 lg(10^-3/1)= – 60 дБВ.

Можливі переходи 60 дБВт=60 +10lg(10³/1мВт)= 90 дБм,

10дБВ=10+ 20lg(10⁶/1мкВ)=130дБмкВ.

При розв’язанні задачі 1 треба мати на увазі, що умова виникнення завади – це перевищення потужністю завади P_з порога чутливості приймача P_пр.мін

= (P_з – P_пр.мін ), дБ > 0,

де P_з= Р_і+G_рлс–K_h+G_ррл–С, дБВт; С=20 lg(4 R/ ) – втрати енергії сигналів за рахунок сферичного розходження радіохвиль; - довжина хвилі.

Задача 2 потребує розрахувати спочатку потужність сигналу , який приймається в лінії РРЛ, для цього можна використати попередні формули

P_с= Р_ррл+G_{ррл пер}+G_{ррл пр}– 20 lg(4 R_ррл/ _мин), дБВт.

Для визначення відношення сигнал/завада с/з=Р_с – Р_з, дБ використати значення потужності завади з попередньої задачі. Для визначення відношення сигнал/шум треба мати на увазі, що чутливість приймача, обмежена шумами, дорівнює потужності шуму, а також те, що вихідні дані повинні мати однакові одиниці вимірювання .

В задачі 3 відношення с/ш можна знайти за напругою на вході приймача. Для цього треба розрахувати напругу сигналу на виході антени, а також напругу шуму U_c =E_c +20lgh_д – L_а , U_ш =P_ш +10lgR_вх, P_ш = P_пр.мін. В задачі 4 відношення с/з краще визначити через відношення напруженостей полів сигналу E_c та завади E_з. Напруженість електричного поля завади

E_з=S_з +10lg f +10lgZ,

де Z=377 – хвилевий опір повітряного середовища.

Розв’язуючи задачу 5, слід пам’ятати, що якість прийому частотномодульованих сигналів залежить від відношення с/з. Якщо воно перевищує поріг частотного детектора (12дБ), то прийом буде якісним, при значеннях с/з, менших за порогове, зв’язок здійснюватиметься з великими труднощами та низькою якістю. Відношення с/з можна визначити за напруженістю поля, припускаючи, що медіанне значення напруженості поля завад від траспортного потоку у дБмкВ/м

E_з = – 11+10lg f +17lgC – 20lg(R/10),

де f у кГц, С – маш/хв, R – км.

Вивчати курс треба послідовно у такому порядку:

1. Ознайомлення зі змістом теми та підбір відповідної літератури.

2. Ознайомлення з методичними вказівками.

3. Вивчення матеріалу шляхом читання та конспектування усіх основних положень теми.

4. Перевірка засвоєння матеріалу шляхом самостійних відповідей на контрольні запитання.

5. З’ясування на кафедрі (письмово чи усно) усіх незрозумілих питань.

Всі питання робочої програми курсу відображені з достатньою повнотою і глибиною у рекомендованій літературі.

Зміст звіту визначається у методичних вказівках до лабораторної роботи. При захисті лабораторної роботи перевіряються правильність оформлення звіту, знання теоретичних основ та методики виконання роботи, вміння правильно оцінити одержані результати.

Узагальнена перевірка знань студентів проводиться на заліку.

Розподіл часу (у годинах) на вивчення курсу наведено у таблиці.

Тема	Лекції	Лаборатор-ні роботи	Самостійна робота
1. Радіочастотний ресурс та його використання	2		10
2. Ненавмисні завади	2		15
3. Технічна недосконалість радіопередавачів	1	4	10
4. Технічна недосконалість радіоприймачів	1	4	10
5. Електромагнітна обстановка	1		10
6. Внутрішньоапаратурна ЕМС	1		15
Всього	8	8	70

15