2 Каналы передачи электромагнитных помех и способы их ослабления

1. Моделирование механизмов связи

Все модели, описывающие связь электромагнитного поля с авто­матическими и автоматизированными системами технологическо­го управления электротехническими объектами, могут быть построены с применением теории антенн. Основу этой теории составляют уравнения Максвелла, представляемые в форме, наиболее часто используемой для реализации численных методов расчетов.

Данная теория основана на том основном принципе, что лю­бой ток является источником поля (задача излучения) и любое поле может быть источником тока (задача приема), который, в свою очередь, является источником излучаемого поля.

Указанный подход приводит к появлению интегральных урав­нений, описывающих поведение проводящего тела, подверженного воздействию падающей волны электромагнитного поля. Дан­ные уравнения в общем случае не имеют аналитического решения и требуют применения численных методов.

Теория антенн является одной из наиболее общих и строгих из используемых теорий для решения задач определения параметров механизмов связи и поэтому содержит мало допущений, а именно:

• электропроводящее тело имеет размеры, много меньшие длины волны;

• тело обладает абсолютной проводимостью.

Однако расчеты с применением данной теории требуют боль­шого времени и значительных объемов памяти компьютера.

Другой, широко используемой является теория длинных линий (ТЛ). Эта теория основывается на следующих допущениях:

• диаметр проводников и расстояние между ними (или между проводником и землей) меньше длины волны;

• между токами, протекающими по различным элементам линии, отсутствует взаимное влияние, наведенные токи не влияют друг на друга посредством излучения (предполагается, что линия более или менее прямолинейна). При помощи теории линий можно получить быстрое и точное решение задач, связанных со взаимодействием кабелей и линий.

Частным случаем двух достаточно общих теорий является третья, более простая, квазистатическая теория, или теория цепей, иногда также известная как теория Кирхгофа или теория Ленца, так как ее основой являются законы Кирхгофа и Ленца.

Эта теория требует для своего применения выполнения следующих ограничений:

• длина цепи много меньше длины волны, т.е. отсутствует эффект распространения (волновой эффект);

• ток остается неизменным в пределах каждого элемента цепи. При выполнении этих условий цепь может быть представлена сосредоточенными элементами (не имеющими размеров), соединенными последовательно или параллельно в сеть, состоящую из узлов и ветвей, для которой составляются уравнения Кирхгофа.

Магнитный поток, пересекающий контур, учитывается введением сосредоточенного элемента в виде индуктивности.

Все эти допущения ограничивают распространение (по крайней мере, количественно) полученных выводов теории цепей на длинные цепи (длина которых сравнима с длиной волны). Для таких цепей требуется либо обращение к более общим теориям, либо использование эмпирических законов или законов статистики.

Одним из основных преимуществ теории цепей является простота вычислений, для которых не требуется применения численных методов. Вследствие этого механизм связи может быть рассмотрен при небольших размерах цепи. Более того, отпадает необходимость в расчете электромагнитных полей и построении соответствующей модели, а их источник всегда представляется в виде тока или напряжения. Таким образом, модель может быть использована для описания непосредственного контакта с источ­ником возмущения (источником тока или напряжения, введен­ным непосредственно в сеть) или косвенного взаимодействия по­средством электрического или магнитного поля.

По указанным причинам большинство механизмов передачи помех представляют на основе теории цепей.