Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

- используемые методы и технические средства измерений

должны быть максимально унифицированными ввиду большого числа контролируемых параметров и типов контролируемой ап­

паратуры (источники и рецепторы НЭМП)

3.7.2. Основные виды измерений параметров ЭМС

Измерения параметров ЭМС технических средств включают:

-измерения параметров ЭМС радиопередатчиков (радиоиз­ лучения передатчиков);

-измерения параметров ЭМС радиоприемников (восприим­

чивость к НЭМП, действующих на антенном входе);

-измерения параметров ЭМС источников индустриальных

*помех (излучаемые помехи); - измерения параметров ЭМС рецепторов, не являющихся

-измерения параметров ЭМС источников индустриальных помех (кондуктивные помехи);

-измерения параметров ЭМС рецепторов, не являющихся

радиоприемниками (восприимчивость к кондуктивным помехам).

При проведении измерений используются два принципиаль­ но различных вида измерений:

-методы, в которых осуществляется контроль уровней элек­ тромагнитных полей, создаваемых ИП во внешнем пространстве,

атакже воздействие электромагнитных полей на РП;

-методы, в которых соответствующие измерения проводятся в волноводных трактах, без излучения в окружающее пространство.

Первые из них получили название полевых, вторые - трак­ товых методов измерений.

Для контроля уровней излучения радиопередатчиков и воспри­

имчивости радиоприемников по отношению к помехам, принимае­ мым их антеннами, как правило, используются трактовые методы. При контроле уровней излучаемых индустриальных помех и

* Включая радиопередатчики, для НЭМП. распространяющихся любыми путями, кроме излучения антеннами

” А также радиоприемников по отношению к помехам, действующих по­ мимо антенного входа.

151

восприимчивости к ним - полевые методы. Для измерения уровней

кондуктивных помех и показателей восприимчивости к ним исполь­ зуются методы, которые также можно отнести к трактовым. Рас­ смотрим наиболее характерные особенности этих методов.

Полевые измерения параметров ЭМС радиопередатчиков и радиоприемников

При полевых измерениях уровней нежелательных излучений ис­ пользуется испытуемый радиопередатчик со штатной антенной. Кон­ тролируется напряженность электрического поля или плотность тока мощности на основной частоте и частотах неосновных излучений. Измерения осуществляются при приеме излучений радиопередающе­

го устройства аппаратурой, включающей измерительную антенну и измерительный радиоприемник.

Аналогичным образом осуществляется оценка полевыми ме­ тодами восприимчивости радиоприемного устройства. Измерения

чувствительности и восприимчивости по побочным каналам при­ ема проводятся пуТбМ регистрации его реакции на электромаг­ нитные поля, создаваемые измерительным генератором с измери­ тельной антенной. Измерения параметров восприимчивости по блокированию, перекрестным искажениям и интермодуляции — соответственно по реакции на электромагнитные поля, создавае­

мые двумя или тремя комплектами из соответствующих измери­ тельных генераторов и антенн.

Для корректного проведения подобных измерений должен быть выполнен ряд условий:

- пространственный разнос 7? между приемной и передающей антенной должен отвечать условию R > R^, где R& - L2! Л - условная граница дальней зоны; L - размер апертуры наибольшей из антенн (измерительной и антенны обследуемого устройства); л - длина волн, соответствующая наибольшей частоте, на которой проводятся изме­

рения. Невыполнение этого условия может привести к значительной погрешности измерений как уровней нежелательных излучений ра­ диопередатчика, так и восприимчивости радиоприемника;

-должны быть приняты меры для устранения отражений элек­ тромагнитных волн от любых предметов, расположенных на рас­

стояниях, соизмеримых с расстоянием между приемной и переда-

152

ющей антеннами. Наличие указанных отражений может существен­

но увеличить погрешность измерения. Как показывает опыт, усло­

вие отсутствия заметных отражений может быть выполнено толь­

ко при проведении измерений на открытых площадках значитель­ ных размеров. При проведении измерений в закрытых помещениях

выполнение этого условия невозможно без принятия специальных

мер для ослабления отражений от их стен; - Должны быть исключены воздействия внешних электромаг­

нитных полей на испытуемый радиоприемник или на измеритель­ ный радиоприемник при контроле уровней радиоизлучений. Кро­ ме того, в ряде случаев необходимо исключить возможность обна­ ружения радиоизлучений из соображений скрытности проведения испытаний. Для большого числа реальных ситуаций данное усло­ вие трудно выполнимо при проведении измерений на открытых площадках, но достаточно успешно обеспечивается при измерени­

ях в замкнутых помещениях.

Таким образом, необходимым условием осуществления по­ левых методов измерений параметров ЭМС радиопередающих

и радиоприемных устройств в закрытых помещениях является вы­ сокая степень экранировки и исключение влияния значительных отражений от стен, причем во всем диапазоне частот измерений.

Эти требования могут быть выполнены при использовании так называемых безэховых камер (БЭК), представляющих собой зам­ кнутое экранированное помещение, облицованное изнутри радио­

поглощающим материалом (РПМ). Кроме того, для уменьшения

влияния «остаточных» отражений от стен такие камеры, как пра­ вило, имеют специальную форму' (рис. 3.13).

Рис. 3.13 Безэховая камера

153

Поскольку измерения параметров ЭМС должны проводиться в дальней зоне ЭМП источников и рецепторов, безэховые камеры дол­ жны иметь большие размеры. Такие камеры представляют собой весь­ ма дорогостоящие сооружения, что ограничивает возможности их использования. В ряде случаев при измерениях параметров ЭМС по­ левыми методами могут быть использованы предложенные в недав­

нее время малогабаритные безэховые камеры (мини-БЭК).

В мини-БЭК существенное сокращение размеров и стоимос­

ти БЭК достигается из-за значительного сокращения расстояния R между антеннами приемной и передающей аппаратуры. Усло­ вие R > R& означает, что в точке наблюдения на конечном рассто­ янии R от излучающей антенны фазовые соотношение для волн, излучаемых различными ее участками, достаточно близки к слу­ чаю, когда 7?-»со. Наглядной трактовкой этого положения являет­ ся требование параллельности лучей, исходящих от передающей

антенны или падающих на приемную. Если выполнить передаю­

щую антенну так, чтобы исходящие лучи были в зоне нахождения приемной антенны параллельными друг другу, условия приема для нее будут практически совпадающими в сравнении со случаем рас­ положения в дальней зоне. Это означает, что при упомянутом вы­ полнении передающей антенны условие R>R^ становится излиш­

ним и может быть заменено условием трансформации исходящего от передающей антенны пучка лучей в параллельный. Это преоб­ разование осуществляется при помощи коллиматоров, представ­

ляющих собой зеркала или линзы соответствующего профиля и достаточно больших размеров. Схематически мини-БЭК с колли­ матором зеркального типа показана на рис. 3.14.

Радиоприемник

Генера

Рабочая зона

Рис. 3.14. Мини-БЭК с зеркальным коллиматором

154

Трактовые измерения параметров ЭМС радиопередатчиков и радиоприемников

Уровни основного и нежелательных излучений радиопередат­ чиков на частотах основного и нежелательных излучений контро­ лируются по величинам мощности электромагнитной волны в вы­ ходном тракте радиопередатчика на соответствующих частотах. Для этого к выходу передатчика подключают участок тракта с ус­

тройством ответвления части мощности и поглощающей нагруз­ кой на его выходе (рис. 3.15).

спектра

Рис 3 15 Схема измерений уровней основного и нежелательных излучений радиопередатчика трактовым методом

Аналогичным образом поступают и при измерениях воспри­

имчивости радиоприемника: ко входу радиоприемника при помо­ щи соответствующего фидера подключают один или несколько из­ мерительных генераторов. Определение восприимчивости прием­

ника на каждой из частот осуществляется оценкой его реакции на входные воздействия различной мощности (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Схема измерений чувствительности и параметров восприимчивости радиоприемника трактовым методом

155

Сравнение полевых и трактовых методов контроля уровней излучений радиопередатчиков через антенны и восприимчивости радиоприемников по антенному входу показывает:

-полевые методы потенциально могут обеспечить большую достоверность хотя бы потому, что проводятся с использованием реальных антенн и даже реальных фидеров. Вследствие этого со­ ставляющая методической погрешности, обусловленная отличи­ ем импедансных свойств штатных антенн и эквивалентов антенн, используемых при трактовых измерениях, оказывается при поле­ вых измерениях значительно меньшей, по сравнению с трактовы­ ми измерениями;

-осуществление полевых измерений требует значительных материальных затрат. Кроме того, они более трудоемки, так как при их проведении требуется контролировать уровни излучений радиопередающих и значения восприимчивости радиоприемных устройств при различной взаимной ориентации приемной и пере­ дающей антенн.

Всилу изложенных причин в настоящее время в большинстве документов, регламентирующих уровни излучения радиопередат­ чиков и восприимчивость радиоприемников вне рабочих полос частот, предусматривается нормирование этих показателей ЭМС. измеряемых трактовыми методами. Полевые методы измерения относятся за отдельными исключениями к числу нестандартных методов измерений.

Измерение уровней излучаемых ИРП и восприимчивости рецепторов к ним

Для измерений уровней излучаемых индустриальных помех и вос­ приимчивости рецепторов к излучаемым ИРП полевые методы изме­ рений являются безальтернативными. Однако указанные измерения обладают рядом важных отличий от аналогичных, относящихся к ра­ диопередатчикам и радиоприемникам:

- принципиально иной характер электромагнитных полей - источников ИРП (а также полей, создаваемых для оценки воспри­ имчивости рецепторов). В подавляющем большинстве случаев кон­ троль ИРП осуществляется для относительно низкочастотных по­ лей. Для ИРП характерно то, что источник помех и рецептор

156

находятся по отношению друг к другу в ЭМП ближней зоны, а для ближней зоны характерно преобладание либо электрической, либо магнитной составляющих создаваемого электромагнитного поля. Аналогично восприимчивость рецептора различна по отношению к воздействию помех с преобладающей электрической или магнит­ ной составляющими электромагнитного поля помехи. Это обстоя­ тельство отражено в большинстве нормативных требований, ре­ гламентирующих по отдельности уровни создаваемых электричес­ ких и магнитных полей;

- необходимость раздельного контроля уровней электричес­ ких и магнитных полей требует использования специальных ан­ тенн, создающих в ближней зоне ЭМП с преобладанием электри­ ческой или магнитной составляющих. Возможность практической реализации таких антенн определяется следующим: известно, что при равенстве подведенных мощностей антенной в виде электри­ чески короткого вибратора в ближней зоне создается преимуще­ ственно квазистатическое электрическое поле, в котором плотность энергии электрического поля значительно превосходит плотность энергии магнитного поля: w3 >> им, а для антенны в виде электри­

свойств в режиме приема и передачи вибраторная антенна реаги­ рует преимущественно на электрическую составляющую ЭМП

вближней зоне, рамочная - на магнитную составляющую;

-в большинстве практических случаев, требования к разме­ рам помещений и степени безэховости оказываются значительно менее жесткими по сравнению с измерениями, проводимыми с це­ лью контроля излучений радиопередатчиков*. Это не означает, однако, исключения требований к экранировке помещений, в ко­ торых проводятся измерения;

-при измерениях излучаемых помех и восприимчивости к ним

вэкранированных помещениях возникает опасность возникновения резонансов внутренних объемов указанных помещений. Собствен­ ные резонансные частоты экранированных помещений как

’Напомним, что интенсивность составляющих векторов Ё и Н в ближ­ ней зоне быстро снижается с увеличением расстояния от источника - как 1/7?2 или как MR3.

157

объемных резонаторов зависят от формы и размеров помещения. В любом случае, низшая резонансная частота имеет значение по­

рядка /рез « с/2А, где с - скорость света; А - линейный размер помещения. Так, в помещении с размерами 10 м, низшая резонанс­ ная частота имеет значение порядка 15 МГц. Практическим след­ ствием сказанного также является необходимость использования экранирования помещений с поглощающими покрытиями, хотя тре­ бования к степени безэховости в этих случаях менее жесткие по сравнению со случаями измерений параметров излучения радио­ передатчиков и восприимчивости приемников.При измерениях уров­ ней излучаемых ИРП определяют в ближней зоне напряженность

электрического и магнитного полей. Упрощенная структурная схе­ ма таких измерений представлена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Схема измерений уровней излучаемых ИРП

Калиброванный измеритель помех состоит из измерительных приемника и антенны. Тип антенны (рамочная или вибраторная)

определяется измеряемой величиной (напряженностью магнитно­ го или электрического поля) и оговаривается в стандартных тре­ бованиях для данного типа контролируемой аппаратуры.

Как и в случаях измерений параметров излучений радиопере­ датчиков и восприимчивости радиоприемников, измерения парамет­ ров ЭМС в группе индустриальных помех осуществляются в

158

строгом соответствии с нормативно-технической документацией. Любая существующая НТД предписывает не только использова­ ние строго оговоренных методов измерения, измерительных при­

боров и вспомогательного оборудования, но и условий проведения измерений, включая взаимное расположение средств измерений и измеряемого объекта. В качестве иллюстрации на рис. 3.18 пока­ зано расположение измеряемых устройств и измерительного обо­ рудования, соответствующее требованиям стандартов РФ.

3 м

----------------- н 9

Рис. 3.18. Расположение измерительной аппаратуры и оборудования при измере­ ниях напряженности поля, создаваемого малогабаритными устройствами:

а, б - 1 - испытуемое устройство; 2 - соединительный кабель, 3 - выходной кабель; 4 - металлический лист; 5 - поворотная подставка, 6 - эквивалент сети; 7 - нагрузка; 8 - антенная приставка; 9 - антенна; 10 - измеритель радиопомех

Для радиопомех, излучаемых различными протяженными про­ водниками, часто используют косвенный метод измерения при по­ мощи так называемых поглощающих клещей. Поскольку этот ме-

159

тод мало критичен к влиянию отражений от окружающих предме­ тов, он может применяться при измерениях в экранированных поме­ щениях. Поглощающие клещи (рис. 3.19) состоят из ферритовой труб­ ки 1, охватывающей исследуемый проводник, высокочастотного трансформатора 2 и развязывающего фильтра 3, предотвращающе­ го распространение помех по внешней оплетке соединительного ка­ беля 4. Наличие ферритовой трубки вызывает существенное зату­ хание волны, распространяющейся в исследуемом проводнике, и,

следовательно, значительное ослабление излучения помех провод­ ником. Вихревые токи, протекающие в толще трубки, пропорциональ­

ны поглощаемой мощности. Иначе говоря, по значению вихревых токов можно судить об излучаемой мощности. Для этого служит высокочастотный трансформатор, с помощью которого выделенные колебания подаются на измерительный приемник.

Поглощающие клещи

Рис. 3.19. Схема измерения излучаемых радиопомех с помощью поглощающих клещей

Измерения восприимчивости РЭС состоят в определении его качественных показателей при воздействии излучаемых индуст­

риальных помех. Результатом их являются количественные значе­ ния восприимчивости. Для определения восприимчивости к вне­ шним электромагнитным полям используют эталонные внешние воз­ действия, стандартизированные для конкретного типа аппаратуры:

непрерывные колебания определенных частот, а также импульс­

ные воздействия. Внешние поля, соответствующие указанным воз­ действиям, создаются антеннами передающих устройств (при воз­

160