Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

Существует ряд весомых причин, по которым реальное исполь­ зование детерминированного подхода может приводить

кнеудовлетворительным (часто излишне завышенным) результатам:

-априорная недостаточность информации о значениях пара-

J>(!)

метров, определяющих значение грЦ/;

-изменение параметров ЭМС вследствие влияния темпера­ турных, климатических факторов, старения элементов и т.д.;

-работа технических средств в различных динамических си­ туациях. когда изменяются расстояния между средствами, их вза­ имная ориентация, смена частотных каналов и т.д.

Во всех перечисленных случаях результатом является то, что

при детерминированном подходе либо рассматривается наихудший случай (приводящий к излишне жестким оценкам), либо использу­ ются некоторые усредненные показатели (не позволяющие конт­ ролировать степень достоверности оценок).

Вероятностный подход позволяет в подобных случаях суще­ ственно повысить достоверность оценки выполнения условий ЭМС. Согласно вероятностному подходу факторы, определяющие

мощность помехи d(') и. соответственно, ее значение, считаются

случайными величинами. Факт выполнения условия ЭМС:

доп также рассматривается как случайное событие, веро­

ятность которого равна:

Согласно вероятностному подходу условие ЭМСj-ro рецептора с z-м источником помех считается выполненным, если вероятность

допустимого значения р^п . С другой стороны, величина Р<£ , рас­

сматриваемая как случайная, характеризуется сред-

121

(СКО) - <тРРПу. Как известно из теории вероятностей, отклонения

случайной величины от ее среднего значения на величину, превы­

шающую несколько значений СКО, маловероятны. Таким образом, согласно вероятностному подходу условие ЭМС считается выпол­

ненным, если

где величина £ определяется допустимой вероятностью наруше­

ния ЭМС: 4=Ч(ЛЦ

Согласно вероятностному подходу для каждой i, j-ti пары

средств оценивают средние значения и среднеквадрати­

ческие отклонения аР?Пц величины мощности помехи, действую­ щей на у-й рецептор от z-ro источника, и сравнивают их взвешен­ ную сумму (3 13) с уровнем допустимой помехи. Способы оценки

величин Р^, т^Р^^ и о-РРПв рассматриваются далее

3.3. Методы получения парной оценки ЭМС радиотехнических средств. Детерминированный подход

При проведении анализа выполнения условий ЭМС для каж­ дой пары z-й источник помех -у-й рецептор - считается, что извес­ тны следующие параметры и характеристики-

-мощность основного излучения радиопередатчика, чувстви­

тельность приемника, характеристики антенн и фидеров в основ­ ных полосах частот;

-расстояние между антеннами источника помех и рецепто­ ра, взаимная ориентация, особенности взаимного расположения (форма объекта), характер местности и т.д.;

-частоты основного излучения, основного канала приема,

а также значения ширины необходимой полосы частот Вт„ и 5РПн;

- величина допустимой помехи г£фДО1Г

122

Для случаев, когда НЭМП создается радиопередатчиком, из­ лучается антенной радиопередающего устройства и принимается

антенной радиоприемного, последующие оценки ЭМС соответ­ ствуют схеме, приведенной на рис. 3.5.

Рис 3 5 Схема воздействия НЭМП для радиотехнических устройств

Согласно парной оценке необходимо определить мощность помехи, принимаемой рецептором для последующего сравнения ее значения с уровнем допустимой помехи Поскольку неоснов­ ные излучения могут создаваться источником помех в широкой полосе частот, а рецептор также способен реагировать на помехи, далеко отстоящие по частоте от частоты основного канала при­

ема, результирующая мощность помехи в рецепторе должна пред­ ставляться как:

X

^РП - КШШММ (3-14)

О

где Рнн - мощность источника помех (основное излучение); Lm( f), ZTp( f) и ^рп( f ) ~ частотные зависимости ослабления помехи ис­ точником, на пути распространения (на радиотрассе) и рецепто­ ром соответственно.

Чтобы избежать значительных вычислительных трудностей,

рощения состоит в аппроксимации частотных зависимостей £ип( /) и Lpn(f) кусочно постоянными, как показано на рис. 3.6.

123

Рис. 3.6. Аппроксимация зависимостей £ип(/) и

Кроме того, рассматривая интеграл (3.14), нетрудно заметить, что можно ограничиться рассмотрением величин мощности при­ нятой помехи в конечном числе частотных полос, соответствую­ щих основному каналу приема (ОКП) и некоторому ограниченно­ му числу неосновных каналов приема (ПКП). При этом, как пра­ вило, «прием» по одному из этих каналов вносит основной вклад в величину Рип.

При этом в полосы пропускания, соответствующие ОКП или ПКП, попадают спектральные составляющие излучения источни­ ка помех, соответствующие либо основному излучению (ОИ), либо неосновным (НИ), представленными также конечным числом по­ лос частот.

Таким образом, введение кусочно-постоянной аппроксима­ ции частотных зависимостей позволяет при анализе отказаться от использования непрерывных частотных зависимостей Тип(/) и 1РП(/) и ограничиться рассмотрением конечного числа вариантов: ОИ-»ОКП; НИт—>ОКП; ОИ->ПКП„; НИи-> ПКП„, характеризу­ емых, в общем случае, частотами и значениями ширины полосы частот и-го канала приема и т-го вида неосновного излучения, соответствующих им значений , а также значений относи­ тельной восприимчивости по неосновным каналам приема L?a(fn) и величин ослабления на пути распространения для соответствую­ щих частот LTP(fin).

При проведении количественных оценок в практике ЭМС исполь­ зуются величины, выраженные в логарифмическом масштабе (в де­ цибелах). С учетом сказанного и перехода к логарифми­

124

ческой шкале для л-го частотного канала восприимчивости рецепто­ ра величина принятой мощности, соответствующий ти-й полосе час­ тот излучения источника, записывается в следующем виде:

Ап (А) = Ап + А. (Л) + А Ш + Ап (/») + С( А fn’ Апи5 Ап»)’ (3-15)

где величина C(fm, fn, В^, Втп) определяется соотношением меж­ ду центральными значениями частот и-го канала приема, /n-го типа излучения и полосой частот ВИПя и Втп. Эта величина равна нулю, если полоса частот m-го излучения источника полностью попада­ ет в полосу пропускания и-го канала приема и имеет меньшие зна­ чения при частичном их перекрытии:

(3-16)

где В'тт - ширина полосы частот т-го излучения, попадающего

в п-й канал приема (рис. 3.7).

/Й11»

>

>—♦ f

•°ИПтл

Рис. 3.7. К расчету величины С( fm. f„, ВКПт. ВРПг,)

При большом количестве средств в анализируемой группе рас-

четы РрП' для всех сочетании «z-и источник -j-и рецептор» стано-

вятся весьма громоздкими, особенно при ручном расчете. Поэтому при анализе ЭМС в группе средств обычно используются такие прин­ ципы перебора вариантов, при которых обеспечивается макси­ мальная экономия времени. С этой целью расчеты проводят в не­ сколько этапов. Хотя конкретная организация расчетной проце­ дуры может быть различной, ее существо в любом случае заклю­ чается в постепенном добавлении учитываемых факторов и от­ брасывании заведомо несущественных вариантов осуще-

125

дения влияния источника на рецептор. Один из возможных спо­ соб организации подобных расчетов рассматривается далее.

•На первом шаге осуществляется предварительный анализ.*

Сэтой целью проводятся расчетов соответствии с формулой (3.15) для всевозможных сочетаний ОИ - ОКП, НИ - ОКП, ОИ - ПКП, НИ - ПКП. При этом величина ослабления на радиотрассе рассчи­ тывается с использованием упрощенных соотношений, например:

'ку1т (»КУРП(/РП)Л

где КУнп^ип) и КУРП (/"рп) - коэффициенты усиления антенн ис­ точника и рецептора на частотах основного излучения и основно­ го канала приема; X - длина волны, соответствующая частоте ОКП рецептора. Сначала рассматривается комбинация ОИ - ОКП. По­ правочный коэффициент С (5ИПи, ВРПд) принимается рав­ ным нулю. Значения величин ослабления помех источником и ре­ цептором, £ип( f) и £РЧ( f) для ОИ и ОКП также принимаются равными нулю. При этих допущениях проверяется условие'

(3-18)

Если для варианта ОИ-ОКП условие (3.18) выполняется, ана­ лиз пары «z-й источник - /-й рецептор» прекращается.

В случае невыполнения условия (3.18) переходят к анализу комбинаций ОИ-ПКП и НИ-ОКП. Для этого в уже полученные

значения Рр^ вводят поправку: величину Еип(/) или L^f). Значе­

ния этих величин обычно берутся из нормативно технической до­ кументации для аппаратуры рассматриваемого класса - допускае­ мых уровней побочных излучений радиопередатчиков и, соответ­ ственно, нормируемых значений относительной восприимчивос­ ти радиоприемников по побочным каналам приема. Если в вари­

антах ОИ - ПКП и НИ -ОКП возможность нарушения ЭМС не выявлена, для данной пары «z-й источник -у-й рецептор» даль­

нейший анализ прекращается. Если условие (3.18) не выполняется,

’ Приводимая методика получения предварительной оценки часто назы­ вается амплитудной оценкой помех (АОП).

126

подвергают анализу комбинацию НИ - ПКП. Анализ проводится аналогичным образом.

Таким образом, если ни в одном из рассмотренных вариан­

тор» совместимы. В противном случае проводится более деталь­ ный анализ. С этой целью обычно осуществляется оценка с более детальным учетом свойств источника и рецептора.

• На втором шаге проводится проверка возможностей совпа­

дения частот основного и неосновного излучений и частот основ­ ного и побочного каналов приема.* «Подозрительные» сочетания, для которых на первом шаге не выполнялось условие (3.18), про­

веряются на возможность совпадения полос частот излучения и приема. Если для каждой комбинации — «m-й канал приема п-я со­ ставляющая излучения источника» - условия совпадения полос частот

не выполняются, указанная комбинация исключается из дальней­

шего рассмотрения (рис. 3.8).

Рис 38 К частотной оценке

* Приводимая методика часто называется частотной оценкой помех (ЧОП)

127

Если имеет место совпадение полос частот, для данной комби­ нации определяется поправочный коэффициент С (fm, fa, В1Шт, ВРПл). В случае совпадения частот излучения помехи и канала приема

10М1 4п); еслиД>п < 5ИП;

(3.20)

0, если Вт > Вуд-^

а при частичном перекрытии:

С<0; С>0. (3.21)

Далее по возможности учитываются другие частотные факто­ ры, например уточняется значение уровня «-го побочного излуче­ ния и восприимчивость по m-му каналу приема. С этой целью, если более подробная информация отсутствует, можно воспользоваться усредненными эмпирическими данными. Для радиопередатчиков:

где /ип и /ои - частоты нежелательного и основного излучения, соответственно, а значения коэффициентов А и В определяются из табл.3.1

Для рецепторов помех - радиоприемников:

где f и УоКП - частоты побочного и основного канала приема; зна­ чения коэффициентов Z и J определяются из табл. 3.2.

128

Для всех выявленных комбинаций, для которых уровень при­ нятой помехи, рассчитанный на первом шаге, превышает допусти­ мое значение и имеет место совпадения полос частот передачи и

приема, производится уточнение величин Рр^,ли с учетом частот­

ных зависимостей £ип( f), Lm( f) и поправочного коэффициента

п(!)

указанных поправок, не превышает допустимого значения "рПДоп,

указанная комбинация исключается из дальнейшего рассмотрения. Если условие (3.18) выполняется для всех анализируемых комби­ наций (z'-j), пара средств считается совместимой. Если нет, остав­ шиеся комбинации «m-j-й вид излучения - п-й канал приема» под­ вергаются более детальному анализу.

• На третьем *шаге осуществляется детальный анализ для ком­ бинаций, выявленных на втором шаге. Для этого проводится учет наиболее трудоемких факторов, не включенных в рассмотрение на предыдущих шагах. В зависимости от условий конкретной задачи прогнозирования ЭМС к их числу может относиться:

-для случаев расположения антенн взаимодействующих средств в дальней зоне: ослабление на радиотрассе, в том числе с учетом профиля поверхности и эффектов многолучевого распространения ра­ диоволн, коэффициенты усиления и диаграммы направ-

* В литературе для этого шага часто используется термин «детальная оценка помех» (ДОП).

129

ленности антенн с учетом влияния объекта установки, параметры вне рабочих полос на частотах выявленных комбинаций fm для ИП и fn для РП, параметров фидеров вне рабочих полос частот и др.;

- для случаев расположения антенн на конкретном объекте - ко­ эффициенты связи антенн, в том числе вне рабочих полос частот.

Учет перечисленных факторов представляет большие трудно­ сти и практически всегда имеет приближенный характер. Наименее достоверной является оценка параметров антенн вне рабочих полос частот. В настоящее время точных методов расчета этих парамет­ ров для большинства реальных антенн не существует Поэтому при оценках ЭМС часто прибегают к использованию приближенных эмпирических соотношений, полученных на основе обработки зна­ чительного числа экспериментальных данных (табл 3.6).

Расчет ослабления сигналов на радиотрассе, особенно с уче­ том реального профиля поверхности, многолучевого распростра­ нения также представляет значительные трудности Методы и рас­ четные соотношения, используемые при оценках ЭМС, в принци­ пе не отличаются от используемых в радиотехнической практике при расчете радиолиний различных типов. Сведения об указанных методах содержатся в соответствующих руководствах по распрос­ транению радиоволн*.

В случаях близкого расположения антенн взаимодействую­ щих средств на объекте (автомобиль, корабль, самолет и т.д.) на третьем этапе также проводят расчет ослабления помехи на пути распространения. Величина ослабления в основном определяется величиной коэффициента связи антенн. Для ориентировочных рас­ четов существуют упрощенные методики определения этой вели­ чины (например [4]). В настоящее время для расчета значений ве­ личин £свант все чаще используют эффективные вычислительные методы электродинамики (метод моментов, асимптотические ме­ тоды теории дифракции и др.) Многие из этих методов в настоя­ щее время представлены в профессиональных пакетах прикладных программ, например FEKO[20],

’В практике ЭМС часто используются упрощенные методики, особенно

втех случаях, когда на стадии анализа ЭМС не имеется детальной информации о свойствах рассматриваемых радиотрасс Одна из таких методик приведена в приложении 2

130