Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.А.Н.ТУПОЛЕВА

Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ

СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Учебное пособие

Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом по направлениям 551100, 654300 - Проектирование и технология электронных

средств и учебно-методических комиссий по специальностям 200800 (210201) - «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», 220500 (210202) — «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств»

Казань ЗАО «Новое знание»

2006

ПРЕДИСЛОВИЕ

Широкое использование различных электротехнических и РЭС приводит к возрастанию уровней электромагнитных полей, создава­ емых ими в окружающем пространстве. Эти поля являются помеха­ ми для других подобных устройств, ухудшая условия их функциони­ рования и снижая эффективность применения. В этом процессе нетрудно увидеть характерные черты диалектического развитияпро­ гресс в данной области техники сдерживается отрицательными явле­ ниями, порожденными ее развитием Дальнейший прогресс требует преодоления этой тенденции, т е. развития на новом качественном уровне, заключающемся в обеспечении совместного функциониро­ вания различных средств. Новое направление техники, призванное обеспечить одновременную и совместную работу различного радио­ технического, электронного и электротехнического оборудования, по­ лучило название электромагнитной совместимости технических средств. Обеспечение ЭМС ТС относится к одной из наиболее акту­ альных проблем современной техники, так как процесс развития элек­ тротехники, электроэнергетики, радиоэлектроники и средств телеком­ муникаций усиливает зависимость результатов применения новых средств от условий их совместного функционирования.

Проблема обеспечения ЭМС имеет выраженный системный характер. Учет требований ЭМС необходим на всех стадиях жиз­ ненного цикла ТС. Отделение во времени вопросов разработки, создания конкретного ТС и обеспечения его совместимости с дру­ гими РЭС в процессе эксплуатации неправомерно. Если аспекты ЭМС игнорируются до тех пор, пока не приведут к нарушению

совместимости аппаратуры, обеспечение ЭМС ТС будет дорого­ стоящим и неудовлетворительным.

3

Проблема электромагнитной совместимости радиоэлектрон­ ных средств возникла из насущных нужд техники и стала к насто­ ящему времени в ряд важнейших проблем современной техники. Заниматься проектированием, созданием и эксплуатацией элект­ ротехнических и радиоэлектронных средств различного назначе­

ния без учета условий ЭМС невозможно. Специалист в указанных областях должен знать принципы обеспечения ЭМС ТС и исполь­ зовать эти знания в практической деятельности. Поэтому стало

необходимостью включение вопросов ЭМС в процесс профессио­ нальной подготовки инженеров..

Вконце 1980-х годов создание учебной литературы находи­ лось в центре внимания Научно-методической комиссии Минвуза

СССР по проблеме ЭМС, возглавлявшейся профессором В.И. Ви­

нокуровым. Были изданы первые две книги (Петровский, Виноку­

ров), допущенные Минвузом СССР в качестве учебных пособий для

радиотехнических специальностей, развернута работа по подготовке

иизданию учебной литературы для ряда вузовских специальностей. Распад СССР и последующие события прервали этот процесс.

Внастоящее время Государственным образовательным стан­ дартом (ГОС) Российской Федерации предусматривается изучение вопросов ЭМС в процессе подготовки специалистов для ряда на­ правлений: либо в виде изучения соответствующей учебной дис­ циплины, либо включением вопросов ЭМС в ряд профильных учеб­ ных дисциплин. Реализация требований ГОС сдерживается острым дефицитом учебной литературы по проблеме ЭМС ТС.

Имеющаяся информация по проблеме ЭМС - монографии, нормативные документы, а также публикации в периодических из­ даниях и трудах научно-технических конференций не позволяют неподготовленному читателю самостоятельно разобраться в во­ просах ЭМС. Существующая учебная литература представлена,

восновном, малотиражными внутривузовскими изданиями и по­ этому также недоступна широкому кругу читателей. Существует настоятельная потребность в специальной учебной литературе по вопросам ЭМС. Ввиду того, что проблема ЭМС ТС касается ши­ рокого круга областей техники, каждая из которых имеет свою вы­ раженную специфику, указанная литература должна быть дифференцированна соответственно направлению подготовки.

4

Данная книга представляет собой учебное пособие, предназ­ наченное для студентов вузов радиотехнического профиля. При

этом базовыми, общими для различных специальностей, являют­

ся разд. 1 - 2, З.1., 3.7., 4.1 - 4.3. Разд. 3.6, 4.6 в наибольшей мере

адресованы студентам специальностей 200800 (210201) и 220500 (210202); разд. 3.3, 3.6, 4.5, 4.6 - специальности 200700 (210302), разд. 3.5, 3.6, 4.5, 4.6 - специальности 201500 (210303), разд. 3.3, 3.4, 3 6, 4.5 - специальности 2012 (210402), разд. 3.3, 3.4, 4.4 - спе­ циальности 2016 (210304 ). Она задумана для первоначального изу­ чения предмета ЭМС. Ее целью является изложение необходимо­ го минимума знаний в области ЭМС радиоэлектронных средств. В результате изучения данной дисциплины студент должен знать

причины возникновения помех, свойства и характеристики различ­ ных элементов РЭС, влияющие на процессы создания помех и под­ верженности им, иметь представление о методах и средствах ана­ лиза показателей ЭМС, принципах и основных мерах обеспечения ЭМС, а также об организационных аспектах, стандартах и норма­ тивных документах в области ЭМС РЭС.

Данный труд основывается на многолетнем опыте препода­ вания дисциплины «ЭМС РЭС» в КГТУ им. А.Н. Туполева (КАИ). При ее подготовке автором использованы материалы ранее издан­ ного пособия «Электромагнитная совместимость радиоэлектрон­ ных средств», (Петровский В.И., Седельников Ю.Е. М.: Радио и связь, 1986), давно ставшего библиографической редкостью. Ма­ териал расположен в ней в такой последовательности, в которой,

по мнению автора, его целесообразно излагать при чтении курса. Автор сознает, что книга не свободна от недостатков и с бла­ годарностью примет критические замечания и пожелания, кото­

рые следует направлять по адресу: 420111, Казань, а/я 381.

5

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АОП - амплитудная оценка помех, БО - биологические объекты, ИП - источник помех,

ИРП - индустриальная радиопомеха, ЛЭП - линия электропередачи,

МСЭ - Международный союз электросвязи, МККР - Международный консультативный комитет по радио, НТД - нормативно-техническая документация,

НЭМП - непреднамеренная электромагнитная помеха, РП - рецептор помех, РЛС - радиолокационная станция,

РРЛ - радиорелейная линия связи, РЧР - радиочастотный ресурс, РЭА - радиоэлектронная аппаратура, РЭС - радиоэлектронное средство, ТС - техническое средство,

УПЧ - усилитель промежуточной частоты, УРЧ - усилитель радиочастоты, ЧОП - частотная оценка помех,

ЧТР - частотно-территориальный разнос РЭС, ЭМП - электромагнитная помеха, ЭМС - электромагнитная совместимость.

6

Кто приходит к Вам в дом и не приносит Сего учения, того не принимайте в дом

и не приветствуйте его

Второе соборное послание святого Иоанна Богослова. Ст. 4

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современной цивилизации неразрывно связано с использованием различных видов энергии. Важнейшую роль в

научно-техническом прогрессе играет использование электромаг­ нитных процессов различных частотных диапазонов - от посто­ янного тока постоянного магнитного поля до рентгеновского из­ лучения и у-лучей. Условное разделение электромагнитных коле­ баний по частотным диапазонам показано на рис. В1.

Электромагнитные процессы в области от постоянного тока

до частот порядка нескольких сотен герц используются, главным образом, в электротехнике и электроэнергетике. Диапазон радио­

частот - от 9кГц до ЗОООГГц - различными радиоэлектронными

устройствами. Принципы и методы его использования соответству­ ют области техники, называемой радиоэлектроникой, а соответ­

ствующие устройства и системы - радиоэлектронными средства­ ми. Более высокочастотные процессы, соответствующие ИК-диа- пазону, диапазону видимого и ультрафиолетового излучения, от­ носятся к оптике как направлению техники.

В основу использования электромагнитных процессов диа­

пазона радиочастот (и более низкочастотных) положено воздей­ ствие электромагнитной энергии, создаваемое одними объектами на другие.

7

8

Рис. Bl. Диапазоны частот электрома! низ пых излучений

Указанные воздействия могут быть как намеренными, осуще­ ствляемыми для достижения определенных целей, так и непредна­ меренными, имеющими характер побочных результатов осуществ­ ления намеренных воздействий. В процессе использования электро­

магнитной энергии участвуют две группы объектов. Объекты, со­ здающие электромагнитные поля с определенными целями, назы­

ваются источниками, а объекты, подвергающиеся воздействию, -

рецепторами.

Источниками электромагнитных воздействий могут быть как

технические средства, так и биологические объекты, рецепторами - технические средства и биологические объекты или материалы. В зависимости от вида источника электромагнитных воздействий, вида объекта влияния и характера воздействия (намеренное или не­ преднамеренное) определяются области знаний и техники, в основу которых положены указанные воздействия (табл. В1).

Остановимся кратко на особенностях электромагнитных воз­

действий для различного класса объектов. Различные варианты

использования технических средств, намеренно воздействующих на другие технические средства, составляют существо современ­

ной радиоэлектроники. Принципиальным является то, что воздей­

ствия электромагнитных полей, создаваемых одними средствами на другие технические средства, осуществляются для передачи ин-

9

формации, обработки ее или, наоборот, нарушению передачи и обработки. Намеренные воздействия электромагнитных полей на биологические объекты и материалы с целью придания им неко­ торых новых свойств составляют основу нового научно-техничес­ кого направления электромагнитные технологии Электромагнит­ ные технологии как самостоятельное направление в технике в на­

стоящее время интенсивно развиваются.

Изучение непреднамеренных воздействий электромагнитных полей на биосферу и человека, а также разработка методов защи­ ты от них представляют относительно новое направление науки и техники - электромагнитную экологию, которой в последние деся­ тилетия уделяется значительное внимание.

Наконец, непреднамеренные воздействия электромагнитных

полей на материалы представляют собой побочный результат ра­ боты технических средств и в ряде ситуаций не могут игнорироваться (эти вопросы рассматриваются в рамках задач конструирования)

Воздействия электромагнитных полей, создаваемых биоло­

гическими объектами на другие объекты, хотя и не столь значи­ тельны количественно и качественно, но тем не менее существуют в природе. Намеренные воздействия практически отсутствуют,

например (электрический скат)’*. Однако как это не представится парадоксальным, факты свидетельствуют о возможности непред­ намеренных воздействий электромагнитных полей, создаваемых в процессе жизнедеятельности живых организмов на технические средства. В большинстве случаев речь идет о слабых электромаг­ нитных полях, используемых, например, в качестве информатив­ ных в медицинской диагностике, а также об индуцированных элек­ тростатических полях.

Непреднамеренные воздействия электромагнитных полей, создаваемых одними техническими средствами на другие, опре­

деляются понятиями «помеха» и «воздействия помех». Согласно

принятой терминологии электромагнитной помехой называется нежелательное воздействие электромагнитной энергии, которая

* Общепринятая терминология не сформировалась используются также понятия микроволновые технологии. СВЧ-технологии, электротермия и др

Сообщения о проявлениях экстрасенсорных способностей такого рода у отдельных индивидуумов не вызывают доверия

10