Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

шириной 1 КГц, по оси ординат - частота. Значения интенсивности выражены в децибелах относительно I В/м.

Используя эти данные, можно легко оценить напряжение, создаваемое индустриальными помехами на входе радиоприемни­

ка (в децибелах относительно 1В):

где Вт- полоса пропускания рецептора, кГц; hA - действующая высота антенны, м.

Аналогично определяется мощность принимаемой помехи:

где SA - X2 КУ/4лэффективная площадь приемной антенны;

Zc « 377 Ом - характеристическое сопротивление воздуха. Выполнение или нарушение условий ЭМС для рассматривае­

мого рецептора определяется по выполнению или невыполнению

условия Ррп < РРШоп или аналогичного Um < 17РПдап.

При необходимости эти оценки могут быть уточнены с уче­ том разбросов значений -EOTn(/)- Для этого используется прием,

основанный на вероятностном подходе. Существо его заключа­ ется в том, что для проверки выполнения ЭМС используется ус­

ловие Рт + 3om < Ррп _оп или аналогичное ему Um < Г7РПдап +30^ .

Выполнение этих условий означает, что превышение уровня при­

нятой помехи над допустимым значением маловероятно. Необ­

ходимая информация о значениях СКО - сгип в различных усло­ виях и для различных частот, как и данные о средних значениях

£ирП(/) содержится в справочной литературе. Эмпирические

данные об -Е^пС/) и аип в ДБ мкв/кГЦ приведены на рис. 3.10

(значения оип нанесены цифрами на соответствующие линии гра­

фиков).

Необходимо подчеркнуть, что описанная расчетная проце­

дура позволяет получить лишь весьма приближенные оценки вы­

полнения ЭМС.

Рис. 3.10 Зависимость ЕИрп(/)

Более точный анализ требует учета тонкой структуры ИРП, их вероятностного характера, а также более детальных данных о значениях допустимых уровней помех РРПдоп для различных типов аппаратуры, вида и вероятностных характеристик помех. Для по­ лучения более подробной информации об учете этих факторов сле­ дует обратиться к специальной литературе [15].

3.6. Оценка ЭМС источников ИРП и рецепторов, не являющихся радиоприемниками

Оценка ЭМС группы средств, в которых рецепторы не являют­ ся радиоприемниками, а источники НЭМП - радиопередатчиками*, может проводиться на различных уровнях. К их числу относятся:

- Анализ внутриобъектовой ЭМС. В этих случаях в роли ИП и РП выступают различные радиоэлектронные и электротехнические устройства, выполняющие самостоятельные функции в составе ком­ плексов оборудования самолетов, кораблей, производственных по­ мещений и других объектов. Характерной особенностью является то, что в большинстве случаев отдельные устройства комплекса рас-

’ А также, когда помехи создаются радиопередатчиками и распространя­ ются вследствие любых механизмов, кроме излучения антеннами и в случаях воз­ действия НЭМП на радиоприемники помимо их антенн.

142

положены в непосредственнойблизости друг от друга. Нарушение ЭМС может быть результатом воздействия НЭМП вследствие различных видов помех - и излучаемых, и кондукгивных.

-Анализ внутриаппаратной ЭМС. В этих случаях прогнози­ рование ЭМС относится к оценке влияния друг на друга отдельных блоков аппаратуры, установленных в одном корпусе, приборном шкафу и т.д. Для этих случаев также характерно еще более близкое расположение и, как следствие, возможность проявления различных видов индуктивных, емкостных, а также кондуктивных связей.

-Анализ ЭМС элементов в составе блока аппаратуры, пла­ ты и т.д.

Задачи анализа ЭМС на уровне устройства и тем более блока относятся, в основном, к области профессиональной деятельности конструктора радиоэлектронной аппаратуры и в рамках данного пособия не рассматриваются. Отметим только, что в последнее время наряду с традиционными приемами все более широко ис­ пользуются возможности, предоставляемые современными сред­ ствами проектирования, например Microwave Office.

Для различных задач оценки внутриобъектовой ЭМС общие принципы получения оценок аналогичны описанным в разд. 3.4. Расчеты, как правило, соответствуют принципу парной оценки. Их существо состоит в том, что для каждой пары ИП - РП определя­ ются значения величин, описывающих уровень воздействующей помехи, и проводится сравнение их с допустимыми значениями. Также в необходимых случаях сохраняет смысл организация рас­ четов на основе отборочного принципа, заключающегося в орга­ низации пошаговой процедуры расчетов с постепенным учетом более детальной информации и отбрасыванием вариантов, в ко­ торых ЭМС заведомо выполняется.

Вто же время проведение оценок ЭМС источников и рецепто­ ров ИРП имеет ряд существенных отличий от решения аналогичных по смыслу задач прогнозирования ЭМС радиотехнических устройств. Во-первых, это необходимость учета нескольких различных путей распространения НЭМП от ИП к РП: воздействие электромагнитно­ го поля ближней зоны, кондуктивные механизмы. Во-вторых, при опи­ сании уровней ИРП используются и другие показатели, характеризую­ щие интенсивность создаваемых помех и уровни восприимчивости

143

рецепторов. Так, в отличие от источников помех - радиопередатчи­ ков, уровни ИРП определяются:

-частотными зависимостями напряженности электрическо­ го и магнитного полей, определенными в стандартных условиях, в том числе на стандартном расстоянии от ИП;

-частотными зависимостями напряжений (как правило,

несимметричных), соответствующих кондуктивным ИРП.

Для большинства технических средств эти величины регла­ ментируются НТД.

Аналогично, уровни восприимчивости рецепторов, не являю­

щихся радиоприемниками, также определяются значениями напря­ женности электрического и магнитного полей и значениями напря­ жений, действующих на зажимах рецепторов. Эти величины также регламентированы НТД для большинства типов устройств. По су­ ществу уровни допустимых помех определены этими величинами.

При прогнозировании выполнения ЭМС в группе источни­ ков ИРП и рецепторов, не являющихся радиоприемниками, наи­ большие трудности представляет учет ослабления помех на путях

распространения. В общем случае приходится считаться с наличи­ ем различных механизмов распространения ИРП - из-за электро­ динамической связи цепей ИП и РП, кондуктивного распростра­ нения нежелательных сигналов в электрических проводниках, а так­ же различных комбинированных механизмов связи. Например, когда электромагнитное поле ИП индуцирует токи помех в про­ водниках, соединенных с рецептором, и указанные токи действу­ ют в рецепторе как кондуктивные. Обобщенная схема воздействия ИРП приведена на рис. 3.11.

Рис 3.11. Пути распространения НЭМП

144

Таким образом, в отличие от случаев, соответствующих из­ лучению НЭМП антеннами радиопередающих и приема их антен­ нами радиоприемных устройств, схема распространения НЭМП

имеет более сложный характер (рис. 3.12)

Рис 3.12. Обобщенная схема воздействия ИРП на рецептор

В соответствии со схемой воздействия НЭМП (рис. 3.12), уров­ ни помех, воздействующих на рецептор, можно определить следу­ ющим образом:

£рп 1%п'

где [Z] - матрица значений коэффициентов переноса помех соот­ ветственно всем возможным путям распространения:

|Ан] [А/тен]

(3-43)

[4ж] [А//] .

Le и £н - коэффициенты переноса помех соответ­

ственно для электрической и магнитной связи;

I/wehJ и 1Аяи1 ~ матрицы коэффициентов переноса, соответ­ ствующих значениям напряженности электрического и магнитного

полей, создаваемых токами во внешних проводниках источника, и

напряжений, индуцированных электрическими и магнитными по­ лями источника во внешних входных проводниках рецептора;

[£ю] - коэффициенты передачи по напряжению и току выход­ ных ИП и входных РП проводников.

Ввиду сложности описания механизмов распространения НЭМП и отсутствия детальной информации об анализируемых

145

средствах и конструкции объекта, на практике часто ограничива­ ются первым шагом - предварительной оценкой ЭМС. В этих слу­ чаях анализ ЭМС практически сводится к сравнению уровней по­ мех, создаваемых ИП, с допустимыми значениями для соответ­ ствующих рецепторов. Значения указанных величин берут соглас­ но НТД на анализируемые устройства. Таким образом, в ходе пред­ варительной оценки ЭМС осуществляется проверка условий:

где Еип, Нип, ?7ИП - значения напряженности электрического и

магнитного полей и напряжений помех на зажимах источника, со­ ответствующие данным НТД для анализируемого устройства;

Ет доп, ЯРПдоп, ЕРПдоп - уровни восприимчивости рецептора, также в соответствии с НТД; LE, LH, LE - коэффициенты переноса помех.

Проверка выполнения условий (3.44) - (3.46) проводится для ряда частот, соответствующих имеющимся данным НТД. Значе­ ния коэффициентов переноса помех Zt при предварительных оцен­ ках часто принимают равными 0 дБ, а значений LE, LH - либо также равными 0 дБ, либо с поправкой, учитывающей расстояние между ИП и РП:

'О Я>ЯНТЛ

(3.47)

601g(E/EHTO)E<7?HT4’

где R и 7?нтд - расстояние между ИП и РП и стандартное расстоя­ ние согласно НТД.

Если для всех значений частот условия (3.42) - (3.44) выполня­ ются, считается, что данные рецептор и источник помех совместимы.

На последующих шагах может проводиться уточнение зна­ чений коэффициентов переноса помех. Для этого необходимо рас­ полагать достаточно полной информацией о конструкции элемен­ тов ИП, РП межблочных соединений, экранирующих свойствах элементов конструкции и т.д. В настоящее время универсальных процедур, позволяющих оценивать значения коэффициентов матри­ цы [Z] для широкого класса аппаратуры, не существует. В каждом конкретном случае анализ коэффициентов переноса [Z] должен ре­ шаться отдельно с учетом специфики конкретного конст­

146

руктивного выполнения. В ряде случаев в этих целях при необхо­ димости могут использоваться современные программные паке­ ты анализа ВЧ и СВЧ цепей, например MICROWAVE OFFICE.

3.7. Экспериментальные методы в задачах анализа ЭМС

Экспериментальные методы чрезвычайно широко используют­ ся в практике ЭМС и являются основным инструментом при решении следующих групп задач:

-измерения параметров ЭМС источников и рецепторов по­ мех с целью определения соответствия их требованиям норматив­ но-технической документации (стандарты, нормы, технические условия и т.д.);

-определение уровней допустимых помех для различных их видов рецепторов;

-комплексная проверка выполнения ЭМС в различных сис­

темах;

-углубленное изучение различных сторон проблемы ЭМС,

втом числе с целью выработки более совершенных показателей, определяющих свойства источников и рецепторов помех по отно­ шению к проблеме ЭМС, совершенствования методов измерений и испытаний и средств измерений и измерительного оборудова­ ния и т.д. Эта группа задач представляет предмет деятельности

довольно узкого круга профильных специалистов и в данном по­ собии не рассматривается.

3.7.1.Измерение параметров ЭМС источников

ирецепторов помех

Измерение параметров ЭМС источников и рецепторов помех осуществляется с целью определения соответствия нормативным

требованиям и поэтому играет весьма значительную роль в реше­ нии проблемы ЭМС в целом. Указанные измерения имеют ряд важ­ ных особенностей:

-широкая номенклатура технических средств, показатели

ЭМС которых подлежат контролю;

-широкий диапазон частот, в которых проводятся измерения,

атакже широкий динамический диапазон измеряемых величин;

147

-специфический характер организации и проведения изме­

рений параметров ЭМС.

Первые из двух перечисленных особенностей относятся

ксредствам измерений. Создание указанных средств измерений представляет предмет профессиональной деятельности специали­

стов соответствующего профиля. Остановимся на последней из них, имеющей принципиальный характер. Как известно, из основ мет­ рологии, измерение параметров любых физических величин осу­ ществляется с некоторой погрешностью, которая соответствует различию между истинным значением измеряемой величины и из­ меренным ее значением. Ее составляющими являются.

-субъективная составляющая погрешности, связанная с опе­

ратором;

-инструментальная составляющая, обусловленная конечной точностью измерительных средств,

-методическая составляющая, обусловленная используемым методом измерений.

При измерениях параметров ЭМС факторы, определяющие

субъективную и инструментальную составляющие суммарной по­

грешности, не имеют принципиальных отличий от традиционных ра­ диотехнических измерений. Методическая составляющая погреш­

ности измерения параметров ЭМС имеет отличия и при том весь­ ма значительные. При измерениях параметров ЭМС наличие зна­ чительной методической погрешности измерений связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, определенная методическая по­ грешность присуща самому методу измерения. Например, при из­ мерениях плотности потока мощности электромагнитного поля, мощности электромагнитной волны, распространяющейся в волно­

воде, и т.д. широко применяются методы, основанные на явлении поглощения ЭМВ. Электромагнитная энергия преобразуется в теп­ ловую. что приводит к изменению температуры поглощающего эле­ мента. Измеряется приращение температуры АТ, по которому оп­ ределяют интенсивность измеряемого электромагнитного поля: П

=П(А7), Р = Р(АТ). При любом конкретном способе аппаратурной реализации подобных методов неизбежно присутствует некоторая

методическая составляющая погрешности, связанная с явлени­ ями теплообмена в измерительных элементах, инерцион­

148

ностью процессов нагрева и некоторыми другими факторами. Для типовых измерений радиотехнических величин относительная ве­ личина методической составляющей погрешности может дости­

гать единиц и даже нескольких десятков процентов.

При измерениях параметров ЭМС, помимо аналогичной со­ ставляющей, связанной с используемым методом измерения элек­ трической величины, имеет место другая составляющая, нетипич­ ная для большинства традиционных радиотехнических измере­ ний. Она определяется отличием объекта от приписываемой ему модели и является преобладающей при измерении параметров ЭМС. Ее величина может составлять не единицы процентов, как

это типично для большинства традиционных радиотехнических из­ мерений, а единицы и даже десятки децибел. Приведенный пример

позволяет понять причины такого положения дел.

Пусть, например, осуществляется измерение мощности выход­ ных колебаний радиопередатчика на основной частоте и частотах побочных излучений согласно схеме, приведенной на рис. 3.12.

Рис 3.12. К измерению мощности побочных излучений радиопередатчика

При измерениях мощности основного излучения согласно приведенной схеме измеренное значение будет достаточно близ­

ким к истинному значению. При измерении мощности колебаний на частотах гармоник - составляющая методической погрешно­ сти многократно возрастает. Причинами этого являются:

- при измерениях в основной полосе частот импеданс на­ грузки хорошо согласован с выходным сопротивлением генера-

149

тора (усилителя мощности) радиопередатчика. На частотах гар­ моник это условие не может быть выполнено. Действительно, при

создании образца радиопередатчика, безусловно, принимались меры по его согласованию с фидером, на частотах гармоникнет. Изменение импеданса нагрузки приведет к изменению режима ра­ боты радиопередатчика на частотах гармоник, что, в свою оче­ редь, может вызвать изменение уровней выходных колебаний на частотах гармоник;

- вследствие рассогласования изменится доля мощности, от­ ветвляемая из волноводного тракта в измерительную часть схе­ мы. Кроме того, на частотах гармоник возможно нарушение одно­ модового режима работы фидера. В результате в волноводе ста­ новится возможным распространение более одного типа волн. Мно­ гомодовый характер распространения волн от передатчика к на­

грузке неизбежно будет приводить к изменению коэффициента пе­

редачи устройства ответвления, причем эта величина будет суще­

ственно зависеть от модового состава и относительных мощнос­ тей волн, переносимых различными модами. Поскольку модовый

состав имеет непредсказуемый характер (различен не только для различных фидеров, но и для однотипных фидеров вследствие раз­

броса их параметров), доля мощности, ответвляемая на частотах

гармоник, будет не только отличаться от основного колебания, но и

иметь значительные разбросы от образца к образцу. Аналогичным образом обстоит дело с измерениями большин­

ства параметров ЭМС. Принципиальный характер наличия этой составляющей методической погрешности имеет важные практи­ ческие следствия:

-используемые методы измерений должны быть стандарти­ зированными, чтобы результаты измерений, проведенных в раз­

личных организациях, были сопоставимыми;

-поскольку целью измерений параметров ЭМС источников

ирецепторов помех является проверка их соответствия требова­

ниям нормативно-технической документации (стандартов, норм, технических условий), указанная НТД в качестве неотъемлемой ее части должна содержать в полном объеме данные об используе­ мых методах измерений, параметрах измерительной аппаратуры

ивспомогательных средствах измерений;

150