Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЭМС

.pdf
Скачиваний:
368
Добавлен:
11.03.2016
Размер:
5.79 Mб
Скачать

\ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Е.Л. ПУСТОВОЙТОВ, C.И. СТАРЧЕНКО

Введение в теорию электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и сиcтем

Учебное пособие для магистратуры и бакалавриата направления 210700

БазоваякафедраМТУСИЭлектро“ совмиуправлениеестимостьагнитная радиочастотнымспектром ,ФГУПНИИР

Москва

2012 г.

2

Предисловие

Основной целью данного учебного пособия является первичное ознакомление студентов вузов, имеющих факультеты радиотехнического профиля, c важнейшими понятиями, терминами и методами теории электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств и систем для последующего более глубокого погружения в проблемы этого весьма актуального научно-технического направления развития телекоммуникаций и успешного решения этих проблем. Содержание пособия основано преимущественно на материалах двух серьезных объемных монографий [1,2], написанных группой авторитетных специалистов в области электромагнитной совместимости под редакцией д.т.н., проф. Быховского М.А. Данное краткое учебное пособие облегчит освоение как упомянутых книг, так и других рекомендуемых ниже фундаментальных источников как студентам, так и дипломированным специалистам, впервые обращающимся к проблемам ЭМС.

Авторы в течение нескольких лет читали курс ЭМС для студентов МТУСИ и МФТИ на базовой кафедре МТУСИ “Электромагнитная совместимость и управление использованием радиочастотного спектра” во ФГУП НИИР.

Вопросы управления использованием радиочастотного спектра будут отражены в отдельном учебном пособии.

3

Глава 1

Общие сведения о проблеме электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и сиcтем

1.1. Основные исходные понятия, термины и задачи дисциплины

Дисциплина "Теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и систем " дает необходимые знания в области методов анализа и обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС)

различных совокупностей радиоэлектронных средств (РЭС), которые необходимы для успешной деятельности специалистов по разработке, строительству и эксплуатации современных наземных и спутниковых систем и сетей фиксированной и подвижной радиосвязи, телерадиовещания, радионавигации, радиолокации и других радиослужб.

В соответствии с [1] под РЭС подразумеваются “технические средства,

предназначенные для передачи и/или приема радиоволн, состоящие из одного или нескольких передающих и/или приемных устройств либо комбинации таких устройств, включая вспомогательное оборудование”. В качестве примера РЭС можно привести: любой радиопередатчик или радиоприемник; базовую станцию сети мобильной сотовой связи; ретранслятор одного или нескольких радиосигналов и т.п. Термин «ЭМС» означает

способность РЭС функционировать с требуемым качеством при воздействии непреднамеренных помех, создаваемых передатчиками других РЭС, и не создавать недопустимых помех другим РЭС. Под непреднамеренными помехами приему полезного радиосигнала (ПС) понимают мешающие радиосигналы (МС), излучаемые без умысла затруднить прием ПС, или мешающие приему электромагнитные излучения, не связанные с передачей какой-либо информации (например, при работе мощного дизель-генератора).

Проблемы ЭМС РЭС постоянно обостряются в связи с быстрым развитием парка РЭС в условиях современного научно-технического прогресса. Теперь проблема обеспечения работы совокупностей РЭС без создания недопустимых помех друг другу стала не менее значимой, чем проблема обеспечения надежности технических средств. Поиск и анализ методов и способов

4

обеспечения ЭМС при условии рационального использования радиочастотного спектра (РЧС) привели к формированию специфических научно-технических направлений, которые охватывают все области использования радиоэлектроники и называются ЭМС радиоэлектронных средств и систем” и

“Управление использованием радиочастотного спектра”.

Актуальность проблемы ЭМС проявилась уже в самом начале развития радиотехники. В частности, уже в начале прошлого века при эксплуатации радиотелеграфных линий связи отмечались взаимные помехи между такими линиями. В дальнейшем по мере увеличения количества РЭС, возрастания их энергетических характеристик и повышения диапазонов используемых частот проблема ЭМС становилась все актуальнее и потребовала развития теории и практики решения этой проблемы. Создание эффективных методов решения задач ЭМС в настоящее время составляет важную, интенсивно развивающуюся часть науки о радиотехнике. В ее развитии принимают участие десятки государств, являющихся членами Международного Союза Электросвязи (МСЭ). Их представители изучают проблемные вопросы и методы их решения в составе Исследовательских комиссий МСЭ и ряда других органов МСЭ. Согласованные в рамках органов МСЭ предложения по улучшению ЭМС обсуждаются на периодически проводимых Всемирных Радио Конференциях (ВКР) и в случае их принятия вносятся в главный мировой документ в области радиосвязи – Международный Регистр Радиосвязи (РР) [3] и другие документы МСЭ.

В начале развития радиотехники понятие электромагнитной совместимости имело узкое смысловое значение – выбор частотного диапазона. В настоящее время Международная Электротехническая Комиссия (МЭК) определяет ЭМС как

способность оборудования или системы удовлетворительно работать в данной электромагнитной обстановке без внесения в нее какого-либо недопустимого электромагнитного возмущения. Таким образом, область применения понятия ЭМС существенно расширена по сравнению с областью радиосистем передачи или сбора информации.

Рассмотрение проблемыЭМСзаданнойсовокупностиРЭС

начинается

оценки ЭМС,котмпроизводитьсяраяжетследпу:ющтямими

 

1/ экспериментальсистемаизмере( рядапарамнийым

етров

взаимодействующихРЭС); 2/расчетным;

3/смешанным (сочетаниерасчетногоэкспериментальногометодов). ВсебольшзначприобрениерасчметоценкиаютодыЭМСные,

которыеиспользуютсяешенииследующихзадач:

-прогнозирование электромобст; ановкигнитной

-перспективноепланированиеэффективниспользовктреание

радиочастот;

- подготовматериаловдлязаключреш( )направоенийпользования определеннымиполоча;стотами

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

- определениестепоб ЭМСспеченияРЭС;

 

 

 

 

 

 

- оценкастепенивлияниянепреднпомехнакачестворенных

 

 

 

 

функционированияРЭС;

 

 

 

 

 

 

 

- оценкаэффективностимерпообеспечениюЭМСРЭС;

 

 

 

 

 

 

- разрабонормчастотнока

 

-территориальногоразносамеждуРЭС.

 

 

 

Общзадаяча

 

определения

степенидост жения

ЭМС вконкретной

ситуации сводитсякрешениюдвухчастныхзадач:внешнейивнутренней.

 

 

 

 

 

Внешняязадача

 

заключается в оценке электромагнитнойобстановки

 

 

(ЭМО)

,определяемойкаксовокупность

 

 

параметров

полезногоимешающ

 

их

сигналов навходеприемника

. Приэтсом

ставляется статистическая модель

ЭМО,которая нарядуспостояннымипараметрамирасстройки( несущихчастот

 

 

 

 

сигналов,средниезначениямощностейсигналовдр.)

 

 

 

 

включаетсебя

 

все

вероятностные параметры полезногоимешающих

радиосигналов

сучетом

статистическойпр формированиядыхраспростра:случайнения

 

 

 

 

ости

параметровмодулисигндаующихвиделовннм ,дуляциимбыстры

 

 

 

 

 

х и

медленных замираний полезногоимешрадиосигналовющих

,

возможных

нелинейныхэффектовприемникеповышеуровняхных

 

 

 

радиосигналов

входеприемника

).

 

 

 

 

 

 

 

Внутренняязадача

 

заключаетсявопределениистепени

 

воздействия

непреднпомехнакачествофункционированияренныхРЭС

 

 

, т.е . в оценке

восприимчивостиРЭСкнепреднамереннымпомехам.

 

 

 

Решение

внутренней

задачи

обычнопрои

 

зводитсяиспользметодовванием

 

статистической

радиотехники истатистическ

ой теории оптимальногоприемасигн,развитылов

 

х

применительнок

случаямвоздействия

 

непреднамеренных помехсучетом

необходимости обеспеченияЭМСРЭС.

 

 

 

 

 

Решениео

том,достигнута

ли ЭМС рассматриваемойсовокупностиРЭС,

 

 

должноприниматься

 

,

исходяизоценки

 

допустимости

качества

функционированияРЭС

привоздмействиишающихсигналов

 

.Отсюдавытекает

трехэтапнрешениясхемаз оценкидаЭМСчи,представленнаярисунке1.

 

 

 

 

 

1

 

Внешняя задача

 

 

Внутренняя задача

 

 

 

Оценка

 

 

Оценка качества

 

 

 

электромагнитной

 

 

функционирования

 

Оценка ЭМС

 

обстановки

 

 

РЭС

 

 

 

 

 

Этап 1

 

 

Этап 2

 

 

Этап 3

Рис. 1. 1 СхремашениязадачиоценкиЭМС

 

Напервомэтапе

решается внешняязадачаоценкиЭМО

.Ееисходными

даннымиявляютсягеографичесэнергетхараикпарамческиетристрыики

 

 

 

 

 

6

 

 

источниковполезногомешающегосигналов.

 

 

Резульрешенияэтойзадачитом

 

должныбытьколичествендетермивероятностированыеные

 

 

 

 

характеристикиполезныхмешающихсигналов,воздействующихприемное

 

 

 

 

устройРЭС.Приэтсовотммешающихкупностьсигналов,потенциально

 

, называют помеховойобстановкой

 

опасвотнныхошении

 

арушенияЭМС

.

 

Навторомэтапе

 

решается внутренняязадача

,предусматривающая оценку

качествафункционированияРЭС

 

.Очеви,чтоисходнанныминодляее

 

 

решенияявляютсярезультатырешениязадачипервогоэтапа.Результатре

 

 

 

шения

задачивторогоэтапахарактеризустепеньвлияниянепрпомехтднамеренных

 

 

 

качествоприемаполезсиг,т.е.оцениваетогоалаэффективностьРЭС,

 

 

 

 

функционирующеговконкретнойЭМО.

 

 

 

оценкиЭМС

 

 

Натреэтапеьем

 

решаетсясобственнозадача

.Ивэтом

случаеочевидно,чтоисходнымиданнымидляеерешенияявляютсярезультаты

 

 

 

 

решениязадачивторогоэтапа.Результатомрешениязадачитреэ апаьего

 

непревышениядопустимых

уровней

являоцЭМСеРЭСтсянкапокритерию

 

 

ухудшкачприемастваполезниясигналовых

 

 

 

привоздействии

непреднамеренныхпомех.

 

 

 

 

 

 

Учитыврешенияважностьз ЭМСдач,вомногихстранах,втомчивсле

 

 

 

 

России, сущцсистествуетлаянормадокументовтивныхГосударственных(

 

 

станд,Нормпараметрыртовизлученияперет.д.),которыеатчиков

 

 

 

 

регламентируютосновныехарактериспараметрыРЭС,влияющиенаихки

 

 

 

 

ЭМС.К

числу наиболееважны

х нормативных документов такродаго

относятся

следующие:

 

 

 

 

 

 

 

ГОСТ30

372-95Совмест. технсредствиэлекческихмос. ромагнитнаяь

 

 

Терминыопределения;

 

 

 

 

 

 

 

ГОСТ 2388

2-79Совместимость. радиоэлексредс вронных

 

 

электр.Номпарамеенгнитнаяклассифтураровехникацияческих

 

 

 

 

характеристик;

 

 

 

 

 

 

 

ГОСТР50842

 

-95Устройства. радиопередающиенароднохозяйственного

 

применения.Требк обочнымоизлучениямвади.Методы

 

 

 

змерения

контроля;

 

 

 

 

 

 

 

ГОСТР51319

 

-99Совмест. технсредствиэлекческихмос. ромагнитнаяь

 

 

Приборыдляизмеренияиндустриальныхрадиопомех.Техническиетребования

 

 

 

 

методыиспытаний.

 

 

 

 

 

 

 

ГОСТР51320

 

-99Совмест. технсредствиэлекческихмос. ромагнитнаяь

 

 

Радиопомехииндустриаль.Методыиспытанийтехсредствическихые

 

 

 

источниковиндустриальныхпомех;

 

 

 

 

 

 

Нормы19

-02Нормы.наширинуполосырадивнеполосныеочастот

 

 

излучениярадиопередатчикгражданскогприменения. ов

1.2 Непреднпомехиканалыихмеренныепроникновения

Теоретическпрактическийанализынепреднамеренныхпомех состважныйразделвляютпроблемыеспеченияЭМС.Припроведенииэтих

 

 

 

 

7

 

 

 

 

анализов рассматриваются триосновныхэлемента:

 

 

источникимешающих

радиосигналовМС)(

,

средараспространения

и

рецептор помехи

(приемник

полезсигногоала

(ПС) ,накоторыйвоздемешающиесигналытвуют

 

 

 

) – см.

рис. 1. Крто, гоме

учитываются частотные,прост,временныеанственныеи

 

 

энергетическхарактеристикипомех е

 

 

.

Кихчисл

уотносятся,вчастности,

 

амплитудно-частотнхарактвыесокочастристикифильтррецепотворовных

 

 

 

 

 

помехи,диаграммын

 

 

аправлпередающнности

 

их антеннПС

иМС иприемной

антенныПС

,соотношениемощност й

 

иполяризации

ПСиМСнавходе

 

рецепторапомехи,часто

 

 

тнраясстройкаПСиМС,энергетическиеспектрыПС

 

 

 

МС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источник

 

 

 

 

 

 

 

МС

 

 

 

 

 

 

 

 

Сраспространенияеда

 

 

 

МС

 

 

 

 

 

Рецептор

 

 

 

 

 

 

 

 

Источник

 

 

ПС

помехи

 

 

 

 

 

 

ПС

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 .2 Обобщенная схемавоздмействияшающегосигналаприем

 

 

 

полезсигногоала

 

.

 

 

 

 

 

Источникинепреднампомехвобщслучможераенныхзделитьао

 

 

 

 

 

естественныеиискусств нные

 

.Кестествеистотчникамнымосятся

 

 

 

атмосферные помехи,шумнеба,электромагизлучеСолдругихнцатное

 

 

 

 

 

естественныхкосмическихобъектов.Кискусствеисточникапомпренымхжде

 

 

 

 

 

всегоотносятсядругиеРЭС,различнпромбытовыешленные

 

 

 

 

 

электроустановки,системызажиганиядвиг.В обмомтелей

 

 

 

 

 

щемслучае

воздействнепреднамисточнипомехкарецпомехможетпторренныхбыть

 

 

 

 

 

повнешнемупространствутакназыва( поммеждуРЭС,мыехит..

 

 

 

 

 

 

 

межсистемные помехи) иповнутпроеннемувстранствуамомРЭСтак(

 

 

 

называемые

внутрисистемныепомехи

).

Внутрисистемные помехи

стремятся

максимуменьшитьэтаперазрабльноРЭС,егоизготовлениятки

 

 

 

 

 

эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

ВсвязиувелчиодновременнослачениемработающихРЭСростом

 

 

 

 

 

энергетическиххарактеринепреднамереннпомехисоз, тик аваемругимиые

 

 

 

 

 

РЭС,вбольшинствеслучаев

 

становятсяпреобладающими.Этообусловливает

 

 

необходимостьуглублеизучевлиянияепреднамеренныхогопоименноех

 

 

 

 

 

этойгруппыисточников.Приэтоманализ

 

 

 

следуетвести

,имеяввиду

прежде

всего типовойслучайизлучения

 

 

приемасигнчерезантеннылов

 

,хотя

возможныслучаипроникновенияпомех

 

 

вприемник

-рецептор ипомимоантенн.

Характернойособ нностьюпреднампомехявляеренныхтся

 

 

 

 

 

многообразканаловихформ.Вэтомиаспектерованиярассматриваются

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

основной и неосновной каналыизлучения.Неосновноеизлучениележитза

 

пределамиотводимогодляосновнраб)(излучениячегоучастка

 

неосновное

радиочастотногоспек.Приэ необходимоомразличать

 

внеполосноеизлучение

 

,спектркоторогоимыкаетчастотамсновного

 

излучения,

неосновноепобочноеизлуч ние

насубгармониках, ,

комбиинтермодационныхчастотах,которыеудаленыляционных

 

полосы

частотосновного

 

излучения Вн (см.рис.

1.3).

 

Можноговорить

неоснпространстввныхканалахизлученияных

,

вчастностиобизлучениипобоковымзаднемулепесДНантенны.Такжекам

 

 

следуетучитывать

 

поляризационныесвойствапомех

,котморыегут

отличатьсяполяризацсвойполезситв.гонныхогоала

 

 

ОднимизважныхфакторовприоценкеЭМСРЭСявлясредатся

 

 

распространениясигн.Приловспространениисигналаввиде

затухание,рассеяниеискаж ние

 

электромагнитныхволнпроисходит

 

сигналов.ВсеэтифактнеоучитывбходрыпроценкеЭМОмоиатьнализе

 

 

ЭМСРЭС.

 

 

 

 

 

ПрианализеЭМСучитываютнеосновной

 

каналыприема

помехи.Вобщемслучаемежсистепомехивзаимспныеодл йствуютзным

привысокомуровнепом х

сигналомаддитивно,однакоследуетучитывать,что

(нап, рвоздействиимернап н мнсколькихмешающихсигналовк

 

 

одновременно)неммогутво

 

зникнуть явленияблоки,перекрестныхования

 

интермодуляционныхискажений,

чтообусловлнелинтрактаейностью

 

приема.

Этиявленмогутпривестикструктуяизменепрнымнимаемогоям

 

 

сигнала.

 

 

 

 

 

Уровень излучений

1

 

4

2

 

6

 

3

 

 

 

 

 

5

 

 

3

 

 

 

 

8

 

5

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5fo

fo

 

 

 

 

2fo

3fo

 

f

Вн

Рис. 1.3. Вид энергетическспектраосновн,внеполосногопобочного излучений

 

 

9

 

 

1 – основноеизлуч; 2 ние

– внеполосноеизлучение; 3

излучениена

гармониках; 4

– излучениенасубгармониках; 5

– комбинационноеизлучение; 6

интермодуляционноеизлучение; 7

– паразитноеизлучение; 8

 

– шумовое

излучение.

 

 

 

 

Всесигна,какпо,лтакиезныемешающ,имеютсвоиамплитудые начальныефазывысокочастотногозаполнения.Этипарамемогутбыкакрыь детерминированными,такслуча йными,чтообусловливаетрядособенностейих приемаобработки.

Такимобразом,непреднапомехи,являямешающимиеренсигьныеалами приемеполезсиг,какнипоследниеыхалов,характбольшимризуются

разнообразием,чтоследуетучитыватьприоценкеих влияниянакачество функционированияРЭС.

1.3 КритерииЭМСдляразлрадчныхусловияослужбвыполнения

Под критериемЭМС

понимается допустимоезначениепоказателяЭМС

 

 

(илинесколькихтакихпоказателей

 

 

),однозначноопределяющ

 

ееусловия

выполненияЭМСрадиослужбопредэлектромленнойобст.Поановкегнитной

 

 

 

 

своейструктурепоказателиЭМСможразделитьнтригруппы:простые,

 

 

 

 

 

группиобобщ.выенные

 

 

 

 

 

 

К простымпоказателямЭМС

 

относятсяэлементарныеэнергетические

 

 

параметры,х

арактеризующиеэлектромобст: новкугнитную

 

 

 

- расстояниемеждуРЭС

Rм;

 

- источникомпомехиРЭС,подвергающимся

 

 

воздействиюпомехи

 

 

φм,т.е.уголмеждуосьюДНантенны

 

 

- уголприходапомеховогосигнала

 

 

източкиего

РЭС,подвергающегосявоздействиюпомехинаправлением

 

 

 

 

расположениянаРЭС

- истпомехи;чник

 

 

 

- расстройканесущихчастотпомеховогополезсиг∆ногоалов

 

 

 

fp,

определяемаявыражением:

 

∆fp = |fc - fм | ,

 

 

(1.3.1)

 

 

 

 

 

где fc

и fм

– несущиечастотыполезногомешающегосигналов

 

 

 

соответственно;

 

 

 

 

 

 

- уровеньпомеховогосигналавходеприемникаРЭС,подвергающегося

 

 

 

воздействиюпомехи

 

рмвх ,дБВт.

 

 

 

 

К групповымпоказателямЭМС

 

относятакие,которыепредставляются

 

 

совокупэлементарныхергетичостьпарамилинекоторыйтрскихв

 

 

 

 

 

системныйпоказатель,яв

 

ляющийсяфункциейоттакойсовокупности:

(ЭИИМ)

 

- эквизотропновалентная

 

-излучаемаямощность

РЭС – источника

помех рим ,дБВт:

рим =

10 lg (P пер * G пер.ант

),где

P

пер= мощность

передатчика, а G пер.ант=

 

коэффициентусиленияпередающей

 

антенны;

 

 

 

 

10

 

 

- плотнпотмощностистька(

 

ППМ),создаваемаяРЭС

– источником

помехивточкерасположРЭС,подввоздействиюргающегосянияпомехи

 

 

 

Wм

дБВт/м

2;

 

 

ОСП)

qм ипроцеегоуменьшениятиже

-

отношениесигнал

 

-помеха(

фиксированногозначения

 

Тм навходеРЭС,подвергающегосявоздействию

 

помехи,дБ;

 

 

 

ЧТР),представляющийсобой

- частотно-территориальныйразнос(

групповойпоказа,учитывающийельречисленныевышепростыепоказатели

 

 

 

ЭМСтерриториаль( ,угловойчастотразносымеждуныйРЭС

 

 

 

 

– источником

помехиРЭС,подвергающимсявоздействиюпомехи);

 

 

КОП) дБæ,.

 

- коэффициослаблпом( енхит я

 

 

К обобщеннымпоказателямЭМС

 

 

относятакие,котсосядержатврые

 

себепрактическивсеэлементпараметвзаиморныеадиослужб:ействующих

 

 

 

- мощностьпом

ех Рп ипроцентеепоявления

Тп навыходеРЭСаналоговой

сисвязитемы,подвергающегосявоздействиюпомехи;

 

Рош

 

 

Тп навыходеРЭС

-

верошибокятность

 

ипроцентихпоявления

цифровсисвязитемы,пойдвергающегосявоздействиюпомехи;

 

 

 

 

- эффективностьиспо

льзованиярадиоспектраЭ

f ;

Сэмс .

- доползатнрительныеаеализацатыусловЭМСйю

 

 

 

ВнекоторыхслучаякритерииЭМСимеютспецифическиеназвания,

например:

Rпдоп

- минимальнодопустимоерасст яние

помехиРЭС,подвергающимс

явоздействиюпомехи

(ТР) иликоординационноерасстояние(

КР);

- минимальнодопустуголпрпомехиходамый

 

(УР) ;

- минимальнодопустимаярасстрнесущихмеховогойкамешающего

сигналов ∆fp доп (ЧР);

- совокупнотерричатостразносовиальнотног го

территориальныйразнос(

ЧТР);

- минимальнодопустотношениегналмое

 

отношение.

ЭтоткритерийЭМСявляетсянеобходимымограничениемтолько

опредЭМО,т.е.еленнойго

действиераспространяетсянаопределеннуюполосу

частотификсивавзаимодействияриантованныйрадиослужб.

 

междуРЭС – источником

– территориальныйразнос

φпдоп – угловойразнос

– частотно-

-помеха qпдоп – защитное

ВмеждународноммасштабекритерииЭМСразрабатываются МеждународнымсоюзомэлектросМСЭ()иотражаютсясоответствующихязи

РекомендацияхМСЭ

-Ри

РегламентерадиосвязиРР()В.соответствииэтимРР

определеныградациипомехи:

 

 

- допустимаяпомеха

– наблюдаемаяилипрогнозируемаяпомеха,

соответствующаяколическритерипомехивеннымкритериямсов, ещения

содержащимсявРРилиРекомендацияхМСЭ

-Р;