ЭМС

81

нескольких десятых долей дБ) и коэффициенту прямоугольности АЧХ (как можно ближе к 1). Такие фильтры могут быть реализованы следующим образом:

-полосно-пропускающий гребенчатый фильтр - на симметричных полосковых линиях в виде ряда однонаправленных пластин - резонаторов (стержней) переменной длины (от 1/16 до 1/4 средней длины волны). Его достоинством является хорошая прямоугольность АЧХ и малые потери, а недостатком – относительно высокая стоимость. Такой фильтр может работать с уровнем мощности не более 2 кВт, он имеет потери в полосе пропускания не более 0,3 – 0,5 дБ, и затухание в полосе задерживания около 60 дБ;

-полосно-пропускающий встречно-стержневой фильтр – на четвертьволновых отрезках симметричных линий. По сравнению с предыдущим фильтром он имеет более высокую электропрочность и возможность точного синтеза по заданным требованиям к его АЧХ, является более простым и надежным. Его недостатком являются большие габаритные размеры. Такой фильтр может работать с уровнем мощности не более 5 кВт, он имеет потери в полосе пропускания не более 0,3 – 0,5 дБ, и затухание в полосе задерживания около 60 дБ;

-полосно-пропускающий фильтр со спиральными резонаторами, состоящими из четвертьволновых короткозамкнутых отрезков линий в виде однослойной спирали, помещенной в экранированный отсек для исключения потерь на излучение. В таком фильтре между резонаторами существует электромагнитная связь. Основным достоинством такого фильтра является его компактность и простота настройки, а недостатком – отсутствие точных методик конструктивного расчета по заданным требованиям к его АЧХ. Такой фильтр может работать с уровнем мощности не более 5 кВт, он имеет потери в полосе пропускания не более 0,3 – 0,5 дБ, и затухание в полосе задерживания около 65 дБ;

-полосно-пропускающий фильтр на сосредоточенных LC-элементах. Он может использоваться только на относительно низких частотах. Его основными достоинствами являются относительная простота конструкции и возможность реализации АЧХ с хорошим коэффициентом прямоугольности. К недостаткам следует отнести большие габаритные размеры и несколько меньшее, чем у других типов фильтров затухание в полосе задерживания. Такой фильтр может работать с уровнем мощности не более 1 кВт, он имеет потери в полосе

82

пропускания не более 0,2 – 0,4 дБ, и затухание в полосе задерживания около 45 дБ.

Методы повышения развязки между антеннами РЭС.

Как отмечалось в предыдущей лекции, развязка между антеннами характеризуется отношением мощности, принимаемой одной из антенн к мощности, излучаемой другой антенной. Для повышения развязки целесообразно использование следующих основных методов:

-оптимальное взаимное расположение антенн на приемо-передающих радиотехнических объектах;

-применение поляризационного разнесения между антеннами при их близком расположении по отношению друг к другу;

-учет направленных свойств антенн и влияния металлических конструкций антенных опор;

-использование экранирующих свойств элементов металлической конструкции опор;

-использование дополнительных экранирующих структур.

На рисунке 8.1 показан один из вариантов расположения вибраторных антенн относительно опоры. На рисунке 8.2 в качестве примера приведен результат расчета развязки между двумя вертикально расположенными по разные стороны от опоры симметричными полуволновыми вибраторами в зависимости от длины опоры L. Как показывает анализ, влияние металлических конструкций опоры на развязку между антеннами достаточно велико. При относительно малой длине металлоконструкции развязка уменьшается, затем (вблизи резонансного значения длины) резко увеличивается, после чего монотонно уменьшается, стремясь к предельным значениям. При этом максимальное значение развязки относительно слабо зависит от расстояния между вибраторами. Это позволяет при наличии ограничений на пространственное разнесение антенн увеличить развязку за счет использования специальных пассивных элементов (например, может использоваться электрическое «рассечение» опоры на полуволновые отрезки с помощью металлических изоляторов типа «четвертьволновый стакан».

84

Методы обеспечения ЭМС при помощи электромагнитных экранов

Электромагнитные экраны позволяют защитить оборудование от воздействия внешних электромагнитных полей или локализовать излучение каких-либо РЭС. Эффективность экранирования определяется степенью ослабления электрической или магнитной составляющей ЭМП, которая количественно описывается коэффициентом экранирования:

где КЕ , КН , и КП - коэффициенты экранирования по электрическому, магнитному полям и плотности потока мощности, соответственно;

Е0 и Н0 – напряженность электрического и магнитного полей в данной точке пространства без экрана;

Е1 и Н1 – напряженность электрического и магнитного полей в данной точке пространства при наличии экрана.

Наиболее общим является электромагнитное экранирование, обеспечивающее защиту от переменных электромагнитных полей. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что форма экрана незначительно влияет на его эффективность. Главными факторами, определяющими качество экрана, являются проводимость металла и конструктивные особенности. Для электрически толстых экранов (толщина металла у которых существенно превышает толщину скин-слоя) коэффициент экранирования по плотности потока мощности определяется выражением:

где d – толщина экрана, мм;

Косл –коэффициент ослабления ЭМВ в экране, дБ/мм. Для различных металлов и частот его можно определить из таблицы 8.1.

85

Таблица 8.1.

Коэффициент ослабления ЭМВ в экране, дБ/мм

Глава 9. Индустриальные радиопомехи

9.1. Классификация индустриальных радиопомех и их нормирование

Общие сведения об индустриальных радиопомехах

Индустриальные помехи – это электромагнитное излучение в диапазоне радиочастот, создаваемое электрическими и электронными устройствами всех видов и назначений, кроме радиопередающих устройств, работающих на присвоенных им частотах.

При работе электроустройств индустриальные помехи возникают вследствие резких изменений тока и напряжения в электрических цепях, что, как правило, сопровождается искрением. В результате создается практически непрерывный спектр радиопомех. Несмотря на то, что ИРП, как правило, имеют меньшую мощность на радиочастотах, чем помехи от радиостанций, ИРП также влияют на ЭМО, а их уменьшение является одной из основных задач в обеспечении нормальной работы РЭС. Поэтому допустимые уровни ИРП регламентируются нормативными документами (Нормами ГКРЧ, ГОСТ-ами и др.).

86

Кроме того, устройства – источники ИРП подвергаются контролю качества по параметрам ЭМС при их производстве и сертификации.

Для уменьшения ИРП используют различные средства: экраны, искрогасители, отражающие и поглощающие фильтры, дроссели, заземление и др.

Важность проблемы ИРП признана и на международном уровне. В частности, в состав Международной электротехнической комиссии (МЭК) входи специальный комитет по радиопомехам (СИСПР), в рамках шести подкомиссий которого рассматриваются теоретические и практические способы и меры уменьшения ИРП.

В общем случае ИРП воздействуют как на РЭС, так и на различные электронные приборы и устройства. При воздействии на РЭС основным каналом их проникновения является антенна и фидерный тракт, а неосновным – цепи питания и управления. Воздействие ИРП на электронное устройство происходит только по цепям питания и управления. Поэтому международный комитет по радиопомехам декларирует, что главный объект его внимания и защиты от ИРП – РЭС.

Классификация ИРП

ИРП делятся на множество групп по различным классификационным признакам.

По функциональному назначению устройств, создающих ИРП эти помехи бывают:

-созданные бытовыми приборами и устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …1000 МГц);

-созданные электрическим световым оборудованием (создает ИРП в диапазоне 0,15 …600 МГц) ;

-созданные двигателями внутреннего сгорания (создают ИРП в диапазоне 0,15 …4000 МГц);

-созданные промышленными, научными и медицинскими высокочастотными устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …20 ГГц);

88

-излучаемые, т.е. ИРП, распространяющиеся в пространстве. Поскольку в источниках ИРП нет специальных устройств для их излучения, то мощность излучаемых ИРП весьма мала и, как правило, на расстояниях в несколько метров (десятков метров для мощных источников) ее влияние на РЭС уже можно не учитывать.

-кондуктивные, т.е. ИРП, распространяющиеся по проводам. Это основной путь распространения ИРП, поскольку провода имеют весьма значительную проводимость, поэтому затухание помехи в них происходит значительно медленнее, чем в пространстве.

Нормирование ИРП

Как известно, для обеспечения заданного качества радиоприема с надежностью α исходят из условия, что реальное отношение сигнал/помеха должно в заданном проценте времени быть больше минимально допустимого, т.е. больше защитного отношения:

где Ес- минимальная гарантированная напряженность поля полезного сигнала; Еп – напряженность поля помехи; А0 –защитное отношение. Из (9.1) следует, что надежность α можно повысить следующими способами:

-увеличением Ес , т.е. увеличением мощности РПД. Однако это приводит к нерациональному использованию спектра и является крайне нежелательной мерой;

-уменьшением А0 , что связано с конструированием аппаратуры и требует больших затрат;

уменьшением величины Еп , т.е. ограничением (нормированием) уровня ИРП на источнике помех. Это наиболее рациональный путь, именно он и применяется на практике.

Нормы на уровень ИРП определяют по методике, рекомендованной комитетом СИСПР и состоящей из следующих этапов:

- определение защитных отношений для различных РЭС и для различных типов помех. Эти сведения содержатся в документах МСЭ;

89

-зная требуемую минимальную напряженность поля полезного сигнала Ес и защитное отношение для данного типа РЭС с помощью (1) вычисляют допустимую напряженность поля ИРП в месте расположения приемной антенны данного РЭС;

-определяют минимально допустимое расстояние между данным РЭС и источником ИРП;

-используя статистические данные о случайном характере потерь полезного сигнала и помехи при их распространении от источника ИРП до приемной антенны определяют процент времени, в течение которого с заданной вероятностью отношение сигнал/помеха будет больше защитного отношения.

Конечным результатом расчета и является так называемая расчетная норма на уровень ИРП. Эта расчетная норма затем используется для определения рабочей нормы, которая, как правило, находится в результате компромисса - радиослужбы допускают определенную степень влияния помех на процесс приема радиосигналов, но уровень ИРП не должен превышать рабочей нормы (допускающей более высокий уровень этой помехи по сравнению с расчетной нормой). Основой этого компромисса является экономический баланс между затратами на мероприятия по снижению уровня ИРП и затратами на разработку РЭС, требующих меньшего защитного отношения.

Нормы на уровень ИРП устанавливаются для серийно выпускаемых устройств. При этом по результатам испытаний определяются статистические параметры уровня ИРП, т.е. с достоверностью р в партии устройств должно быть не менее q процентов изделий, отвечающих норме на уровень ИРП. Комитет СИСПР рекомендует принимать правило q = p = 80%, т.е. по крайней мере 80% серийных изделий должны соответствовать норме на уровень ИРП с вероятностью не менее 80%.

9.2Измеряемые параметры индустриальных радиопомех

Всамом общем случае измеритель ИРП – это измерительный приемник со специальными входными и выходными устройствами. Входные устройства служат для подсоединения приемника к источнику ИРП, а выходные – для регистрации результатов измерений. Измерительный приемник должен измерять квазипиковое, пиковое, среднее и среднеквадратическое значения. В табл. 9.1 приведены измеряемые параметры ИРП и типы входных устройств.

90

Квазипиковое значение используется в основном при оценке уровня широкополосных ИРП на частотах ниже 30 МГц. Пиковое значение также используется в основном при оценке уровня широкополосных ИРП на частотах выше 30 МГц. Среднее значение характеризует уровень узкополосной ИРП. Среднеквадратическое значение является энергетической характеристикой ИРП, наиболее часто применяемой при оценках гауссовских шумов. В таблице 9.2 приведены нормы напряжения ИРП на сетевых зажимах оборудования информационных технологий (ПЭВМ, принтеры, сканеры, копировальные устройства и т.д.) классов А и Б. Оборудование класса А предназначено для применения в промышленной обстановке, класса Б – в бытовой обстановке.