Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

-наличия частотной зависимости распределения излучающих токов в апертуре антенны при неизменном характере возбужде­ ния. В качестве примера на рис. 2.20 приведены эксперименталь­ ные ДН широкополосной вибраторной антенны;

-изменение условий возбуждения антенны при работе на ча­ стотах, значительно отличающихся от значений в рабочих поло­ сах частот. Примером может служить ДН двухэлементной антен­ ны с последовательным возбуждением (рис. 2.21).

Рис. 2.20. Диаграммы направленности широкополосного плоского вибратора

Рис. 2.21. ДН двухэлементной решетки антенны с последовательным возбуждением: -1.5/0;------------- -2/0;

71

Указанные изменения ДН антенн -^ип (®рФ1)Л>п (®2’Фг) мо­

гут стать причиной значительного отличия коэффициентов усиле­

ния антенн КУИП, КУРП от значений, соответствующих рабочей

полосе частот.

а б

Рис 2 22 Зависимость реактивной (а) и активной (б) частей ZA

Кроме того, для частот вне рабочей полосы частот изменение коэффициентов усиления связано с наличием частотной зависимос­ ти их входных импедансов. Действительно, в пределах рабочей по­ лосы частот обычно входное сопротивление антенны ZA( Дн) прак­

значительной частотной расстройке величина ZA(f) может суще­ ственно отличаться от значений в рабочей полосе частот (рис. 2.22).

Вследствие рассогласования антенны с фидером коэффициент уси­ ления антенны будет снижаться.

Кроме того, изменение согласования антенн при отклонении частоты от значений в рабочей полосе частот могут быть связаны с изменением амплитудно-фазовых соотношений в фидере, в том чис­

72

ле вследствие эффектов многомодового распространения волн в фи­ дере. В результате интерференции волн, переотраженных между ан­ тенной и различными нерегулярностями фидера, а также вследствие

коэффициента усиления антенна также является немонотонной. В практическом плане это означает, что несмотря на общую тенден­ цию к уменьшению коэффициентов усиления антенн при значитель­ ной частотной отстройке от частот в рабочей полосе, значения коэф­

фициентов усиления антенн и, следовательно, коэффициенты связи антенн могут иметь для некоторых частот значительную величину.

Результатом влияния перечисленных факторов является то, что частотная зависимость коэффициента связи антенн имеет слож­ ный нерегулярный характер и содержит участки с относительно низкими значениями КУ и всплесками, соответствующихбольшими его значениям. Точный расчет зависимостей коэффициента уси­

ления от частоты при больших отстройках от рабочей полосы ча­ стот для большинства практических антенн провести не удается даже с использованием современных методов электродинамики и мощной вычислительной техники. Поэтому на практике обычно приходится прибегать к использованию эмпирических зависимос­ тей, построенных на базе опытных данных.

Коэффициент связи антенн с учетом влияния реальных радио­ трасс. В реальных условиях величина ослабления £свант зависит не только от параметров антенн, но и от условий распространения радиоволн на конкретной радиотрассе. К числу определяющих факторов относятся:

-диапазон частот;

-наличие или отсутствие прямой видимости, а также рассто­ яние между антеннами источника и рецептора;

-вертикальный профиль подстилающей поверхности;

-характер подстилающей поверхности (суша, водная поверх­ ность) и ее параметры (волнение, характер растительного покрова);

-метеорологические условия;

-направленность и поляризационные характеристики антенн.

Зависимость коэффициента связи антенн от перечисленных

73

где |Г)- параметры, характеризующие радиотрассу, имеет чрез­

вычайно сложный характер. Более того, в настоящее время не су­ ществует строгих методов, позволяющих проводить расчеты для конкретной радиотрассы с высокой степенью точности. В боль­ шинстве случаев на практике при оценках величины £свант прибе­ гают к использованию различного рода упрощений. В частности, в подавляющем большинстве случаев расчеты строятся на основе

использования соотношения (2.21), в котором член (ХМлТ?)2, со­

ответствующий ослаблению в свободном пространстве, заменяет­ ся на величину L , характеризующую ослабление при распрост­ ранении радиоволн на конкретной реальной радиотрассе и соот­ ветствующую коэффициенту связи ненаправленных антенн, рас­ положенных в точках установки анализируемых антенн.

С точки зрения обеспечения ЭМС взаимодействующих радио­

электронных средств наиболее существенными представляются следующие свойства реальных радиотрасс, определяющими их

-возможность вследствие рефракции распространения радио­ волн наиболее длинноволновой части радиочастотного диапазо­

на (километровые, гектометровые) на расстояния, превышающие границы прямой видимости (рис. 2.23);

-возможность распространения на большие расстояния ра­ диоволн декаметрового диапазона из-за отражений от ионосферы (рис. 2.23);

-в отдельных случаях возможность аномального распрост­ ранения радиоволн метрового и более коротковолновых диапазо­

нов вследствие образования приземных волноводов, отражений от элементов рельефа, облаков и др. (рис. 2.23);

-нарушение условий однолучевого механизма распростра­

нения радиоволн (характерного для свободного пространства и космических радиотрасс) вблизи поверхности земли. Следствием многолучевого распространения радиоволн на приземных радио­ трассах является немонотонный характер зависимости ослабления от расстояния вследствие интерференции волн, прошедших по раз­ личным путям от источника до рецептора (рис. 2.23);

74

- сложный характер влияния крупномасштабных элементов рельефа, проявляющийся не только в эффекте затенения, увеличи­ вающем затухание, но и в дифракционных эффектах, снижающих затухание волн в областях тени (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Загоризонтное распространение РВ.

1 - ионосферное: 2 - отражение от метеоритных следов; 3 - отражение от метеообразо­ ваний. 4 - рассеяние на препятствиях, 5 - передача направляемыми волнами

Рис. 2.24. Затенение элементами рельефа

Расчет величины затухания на конкретной радиотрассе пред­ ставляет собой задачу чрезвычайной сложности. Точный расчет в настоящее время можно осуществить только для ограниченного числа простых по существу модельных ситуаций: распростране­ ние волн над гладкой плоской поверхностью, дифракция на эле-

75

ментах профиля идеальной формы и т.д. В задачах, связанных с анализом ЭМС, используют различные упрощения процедуры рас­

чета. Выбор конкретной модели и, соответственно, методики рас­

чета затухания зависит от целей анализа, требуемой достовернос­ ти и наличия детальной информации о состоянии и условиях кон­ кретной радиотрассы. Несмотря на наличие большого количества моделей распространения, методики оценки затухания радиоволн применительно к задачам ЭМС можно разделить на три группы.

К первой относятся различные ситуации, в которых требует­ ся провести оценку возможного уровня помех, создаваемых источ­

ником при отсутствии детальной информации о радиотрассе, кро­

ме свойств общего характера (тип местности, тип поверхности,

высота расположения антенн). В этих случаях оценки проводят на основе эмпирических зависимостей, полученных для радиотрасс данного типа и данной длины волны. Невозможность учета деталь­ ного влияния факторов компенсируется вероятностным представ­ лением величины ослабления. Выраженная в логарифмическом масштабе величина L рассматривается как случайная, характе­

Рис. 2.25 К оценке затухания при распространении радиоволн

Для определения их значений разработан род методик. Один из простейших вариантов таких методик описан в приложении.

В источниках информации по распространению радиоволн мож­ но встретить несколько иную форму представления данных, отра­

76

жающих случайный характер величины ослабления радиоволн на

ности радиотрассы представляется семейством кривых, соответ­ ствующих превышению в определенном проценте случаев (време­ ни). Значению mL^c в этом случае соответствует кривая для 50% случаев, значение CKO - aZ можно найти как «расстояние» меж­ ду кривыми, соответствующими отклонению медианного значе­ ния (50%) и значениям (=16% и 84%) (рис. .2.26)*

Рис 2.26. Представление зависимости затухания от расстояния

Ко второй группе относятся задачи, требующие более точно­ го расчета величин Z^3CC для конкретных радиотрасс с хорошо из­ вестными данными о характере поверхности и ее вертикальном профиле. Расчет этого типа должен проводиться, в частности, при частотно-территориальном планировании телевизионного и ЧМ-вещания. В последние годы для решения задач этой группы активно развиваются подходы с использованием так называемых

геоинформационных технологий. Сущность этих подходов заклю­ чается в использовании при оценках затухания радиоволн прибли­ женных методов решения задач дифракции радиоволн на крупно­

масштабных элементах рельефа. Информация о характере под­ стилающей поверхности и вертикальном профиле поверхности из-

* Эти значения соответствуют вероятности отклонения от среднего нор­ мальной случайной величины на значение, равное среднеквадратическому от­ клонению.

77

2.4.5. Пути распространения ИРП

Излучаемые и кондуктивные ИРП

Переменные токи, протекающие в электрических цепях ИРП, вызывают появление электромагнитного поля помех в окружаю­ щем пространстве. Эти помехи могут действовать на входах ра­ диоприемников, если они принимаются соответствующими антен­ нами, или индуцировать токи помех непосредственно в электри­ ческих цепях как приемников, так и различных электронных уст­

ройств. В зависимости от механизма связи цепей ИП и РП разли­ чают излучаемые и кондуктивные помехи. К действию излучаемых ИРП согласно существующей терминологии принято относить любые случаи воздействия ИП на рецепторы, когда отсутствуют непосредственные электрические соединения их цепей. Помехи, воздействующие на РП при наличии указанных соединений, назы­ вают кондуктивными. Рассмотрим наиболее существенные особен­

ности механизмов связи, соответствующих распространению из­ лучаемых и кондуктивных помех.

При рассмотрении механизмов распространения излучаемых помех следует различать два принципиально различных случая.

В первом из них электрические цепи рецептора помех находятся в ближней зоне электромагнитного поля, создаваемого токами в электрических цепях ИП: R < R53. Соответственно, при значи­ тельном удалении от ИП, когда R значительно превышает эту ве­ личину, указанные цепи подвергаются воздействию электромаг­ нитного поля дальней зоны. В любом из этих случаев под действи­

ем ЭМП в цепях рецептора возникают электрические токи, инду­ цированные электромагнитным полем ИП. Однако характер воз­ действия ЭМП ближней и дальней зон существенно различен.

Электромагнитное поле элементарных источников

в ближней и дальней зонах

Рассмотрим наиболее важные отличия свойств указанных полей ЭМП, создаваемых в ближней и дальней зонах источника­ ми электрического (короткий вибратор) и магнитного типа (элек­ трически короткая рамка). Условной границей ближней зоны счи­ тается расстояние от источника, равное R6j = Х/2л, где А. - длина волны для колебания с частотойf Сводка наиболее важных свойств

79

ЭМП в дальней и ближней зонах приведена в табл. 2.3. Различие свойств электромагнитных полей ближней и дальней зон приво­ дит к значительному отличию показателей, характеризующих пе­ редачу мощности от ИП к РП.

Связь проводников цепей источников и рецепторов ИРП.

Дальняя зона

Механизм связи электрических цепей ИП и РП в дальней зоне для большинства практических случаев соответствует высокочастот­ ным ИРП. Действительно, для частоты 100 МГц условная граница

дальней зоны составляет около 0,5 м, а для частоты 100 кГц ~ 500 м.

С принципиальной точки зрения механизм электродинамической свя­

зи не отличается от соответствующего излучения и приема антенна­

ми радиотехнических устройств.

80