Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им.А.Н.ТУПОЛЕВА
Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
СОВМЕСТИМОСТЬ
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Учебное пособие
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом
по направлениям 551100, 654300 - Проектирование и технология электронных
средств и учебно-методических комиссий по специальностям 200800 (210201) «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», 220500 (210202) —
«Проектирование и технология электронно-вычислительных средств»
Казань
ЗАО «Новое знание»
2006
УДК 621.391.82(075)
ББК 32.841
С28
Рецензенты:
Кафедра радиофизики (Казанский государственный университет)
Доктор технических наук В.А.Белавин
(Казанский государственный энергетический университет)
Седельников Ю.Е.
С28
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств.
Учебное пособие. - Казань. ЗАО «Новое знание», 2006 - 304 с
ISBN 5-89347-387-6
Рассматривается проблема электромагнитной совместимости ра­
диоэлектронных средств Описаны причины возникновения непреднаме­
ренных помех, факторы, определяющие распространение НЭМП и под­
верженность радиоэлектронных средств их действию. Даны сведения о
методах прогнозирования Изложены принципы и методы обеспечения.
Предназначено для студентов радиотехнических специальностей.
УДК 621.391.82(075)
ББК 32.841
ISBN 5-89347-387-6
© Ю.Е. Седельников, 2006
© ЗАО «Новое знание»,
оформление, 2006
ПРЕДИСЛОВИЕ
Широкое использование различных электротехнических и РЭС
приводит к возрастанию уровней электромагнитных полей, создава­
емых ими в окружающем пространстве. Эти поля являются помеха­
ми для других подобных устройств, ухудшая условия их функциони­
рования и снижая эффективность применения. В этом процессе
нетрудно увидеть характерные черты диалектического развития- про­
гресс в данной области техники сдерживается отрицательными явле­
ниями, порожденными ее развитием Дальнейший прогресс требует
преодоления этой тенденции, т е. развития на новом качественном
уровне, заключающемся в обеспечении совместного функциониро­
вания различных средств. Новое направление техники, призванное
обеспечить одновременную и совместную работу различного радио­
технического, электронного и электротехнического оборудования, по­
лучило название электромагнитной совместимости технических
средств. Обеспечение ЭМС ТС относится к одной из наиболее акту­
альных проблем современной техники, так как процесс развития элек­
тротехники, электроэнергетики, радиоэлектроники и средств телеком­
муникаций усиливает зависимость результатов применения новых
средств от условий их совместного функционирования.
Проблема обеспечения ЭМС имеет выраженный системный
характер. Учет требований ЭМС необходим на всех стадиях жиз­
ненного цикла ТС. Отделение во времени вопросов разработки,
создания конкретного ТС и обеспечения его совместимости с дру­
гими РЭС в процессе эксплуатации неправомерно. Если аспекты
ЭМС игнорируются до тех пор, пока не приведут к нарушению
совместимости аппаратуры, обеспечение ЭМС ТС будет дорого­
стоящим и неудовлетворительным.
3
Проблема электромагнитной совместимости радиоэлектрон­
ных средств возникла из насущных нужд техники и стала к насто­
ящему времени в ряд важнейших проблем современной техники.
Заниматься проектированием, созданием и эксплуатацией элект­
ротехнических и радиоэлектронных средств различного назначе­
ния без учета условий ЭМС невозможно. Специалист в указанных
областях должен знать принципы обеспечения ЭМС ТС и исполь­
зовать эти знания в практической деятельности. Поэтому стало
необходимостью включение вопросов ЭМС в процесс профессио­
нальной подготовки инженеров..
В конце 1980-х годов создание учебной литературы находи­
лось в центре внимания Научно-методической комиссии Минвуза
СССР по проблеме ЭМС, возглавлявшейся профессором В.И. Ви­
нокуровым. Были изданы первые две книги (Петровский, Виноку­
ров), допущенные Минвузом СССР в качестве учебных пособий для
радиотехнических специальностей, развернута работа по подготовке
и изданию учебной литературы для ряда вузовских специальностей.
Распад СССР и последующие события прервали этот процесс.
В настоящее время Государственным образовательным стан­
дартом (ГОС) Российской Федерации предусматривается изучение
вопросов ЭМС в процессе подготовки специалистов для ряда на­
правлений: либо в виде изучения соответствующей учебной дис­
циплины, либо включением вопросов ЭМС в ряд профильных учеб­
ных дисциплин. Реализация требований ГОС сдерживается острым
дефицитом учебной литературы по проблеме ЭМС ТС.
Имеющаяся информация по проблеме ЭМС - монографии,
нормативные документы, а также публикации в периодических из­
даниях и трудах научно-технических конференций не позволяют
неподготовленному читателю самостоятельно разобраться в во­
просах ЭМС. Существующая учебная литература представлена,
в основном, малотиражными внутривузовскими изданиями и по­
этому также недоступна широкому кругу читателей. Существует
настоятельная потребность в специальной учебной литературе по
вопросам ЭМС. Ввиду того, что проблема ЭМС ТС касается ши­
рокого круга областей техники, каждая из которых имеет свою вы­
раженную специфику, указанная литература должна быть дифференцированна соответственно направлению подготовки.
4
Данная книга представляет собой учебное пособие, предназ­
наченное для студентов вузов радиотехнического профиля. При
этом базовыми, общими для различных специальностей, являют­
ся разд. 1 - 2, З.1., 3.7., 4.1 - 4.3. Разд. 3.6, 4.6 в наибольшей мере
адресованы студентам специальностей 200800 (210201) и 220500
(210202); разд. 3.3, 3.6, 4.5, 4.6 - специальности 200700 (210302),
разд. 3.5, 3.6, 4.5, 4.6 - специальности 201500 (210303), разд. 3.3,
3.4, 3 6, 4.5 - специальности 2012 (210402), разд. 3.3, 3.4, 4.4 - спе­
циальности 2016 (210304 ). Она задумана для первоначального изу­
чения предмета ЭМС. Ее целью является изложение необходимо­
го минимума знаний в области ЭМС радиоэлектронных средств.
В результате изучения данной дисциплины студент должен знать
причины возникновения помех, свойства и характеристики различ­
ных элементов РЭС, влияющие на процессы создания помех и под­
верженности им, иметь представление о методах и средствах ана­
лиза показателей ЭМС, принципах и основных мерах обеспечения
ЭМС, а также об организационных аспектах, стандартах и норма­
тивных документах в области ЭМС РЭС.
Данный труд основывается на многолетнем опыте препода­
вания дисциплины «ЭМС РЭС» в КГТУ им. А.Н. Туполева (КАИ).
При ее подготовке автором использованы материалы ранее издан­
ного пособия «Электромагнитная совместимость радиоэлектрон­
ных средств», (Петровский В.И., Седельников Ю.Е. М.: Радио и
связь, 1986), давно ставшего библиографической редкостью. Ма­
териал расположен в ней в такой последовательности, в которой,
по мнению автора, его целесообразно излагать при чтении курса.
Автор сознает, что книга не свободна от недостатков и с бла­
годарностью примет критические замечания и пожелания, кото­
рые следует направлять по адресу: 420111, Казань, а/я 381.
5
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АОП - амплитудная оценка помех,
БО - биологические объекты,
ИП - источник помех,
ИРП - индустриальная радиопомеха,
ЛЭП - линия электропередачи,
МСЭ - Международный союз электросвязи,
МККР - Международный консультативный комитет по радио,
НТД - нормативно-техническая документация,
НЭМП - непреднамеренная электромагнитная помеха,
РП - рецептор помех,
РЛС - радиолокационная станция,
РРЛ - радиорелейная линия связи,
РЧР - радиочастотный ресурс,
РЭА - радиоэлектронная аппаратура,
РЭС - радиоэлектронное средство,
ТС - техническое средство,
УПЧ - усилитель промежуточной частоты,
УРЧ - усилитель радиочастоты,
ЧОП - частотная оценка помех,
ЧТР - частотно-территориальный разнос РЭС,
ЭМП - электромагнитная помеха,
ЭМС - электромагнитная совместимость.
6
Кто приходит к Вам в дом и не приносит
Сего учения, того не принимайте в дом
и не приветствуйте его
Второе соборное послание
святого Иоанна Богослова. Ст. 4
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной цивилизации неразрывно связано
с использованием различных видов энергии. Важнейшую роль в
научно-техническом прогрессе играет использование электромаг­
нитных процессов различных частотных диапазонов - от посто­
янного тока постоянного магнитного поля до рентгеновского из­
лучения и у-лучей. Условное разделение электромагнитных коле­
баний по частотным диапазонам показано на рис. В1.
Электромагнитные процессы в области от постоянного тока
до частот порядка нескольких сотен герц используются, главным
образом, в электротехнике и электроэнергетике. Диапазон радио­
частот - от 9кГц до ЗОООГГц - различными радиоэлектронными
устройствами. Принципы и методы его использования соответству­
ют области техники, называемой радиоэлектроникой, а соответ­
ствующие устройства и системы - радиоэлектронными средства­
ми. Более высокочастотные процессы, соответствующие ИК-диапазону, диапазону видимого и ультрафиолетового излучения, от­
носятся к оптике как направлению техники.
В основу использования электромагнитных процессов диа­
пазона радиочастот (и более низкочастотных) положено воздей­
ствие электромагнитной энергии, создаваемое одними объектами
на другие.
7
8
Радиоволны
кие
|
ультрафио ­ рентге­
летовые
новские
Инфракрасные лучи
видимый свет
I
_____________________
1
;
лучи
_____________
!
Рис. B l. Диапазоны частот электрома! низ пых излучений
лучи
S
т
>>
корот ­
ультракороткие
е;
сред­
ние
1
>-
промыш ­ длин ­
ленные
ные
j
Указанные воздействия могут быть как намеренными, осуще­
ствляемыми для достижения определенных целей, так и непредна­
меренными, имеющими характер побочных результатов осуществ­
ления намеренных воздействий. В процессе использования электро­
магнитной энергии участвуют две группы объектов. Объекты, со­
здающие электромагнитные поля с определенными целями, назы­
ваются источниками, а объекты, подвергающиеся воздействию, рецепторами.
Источниками электромагнитных воздействий могут быть как
технические средства, так и биологические объекты, рецепторами технические средства и биологические объекты или материалы.
В зависимости от вида источника электромагнитных воздействий,
вида объекта влияния и характера воздействия (намеренное или не­
преднамеренное) определяются области знаний и техники, в основу
которых положены указанные воздействия (табл. В1).
Таблииа Б1
Воздействующие
объекты и характер
воздействий
Объекты, подвергающиеся воздействию
ТС
ТС, намеренное
Радиоэлектро­
ника
ТС. непреднаме­
ренное
ЭМС
БО, намеренное
Экстрасенс
БО. непреднаме­
ренное
БиоЭМС, био­
медицинская
электроника
БО
Электромагнит­
ные методы
в медицине
и биологии
Электромагнит­
ная экология.
ЭМ безопас­
ность
Электрический
скат
Неизвестны
Материалы
Электромаг­
нитные
технологии
В рамках задач
конструирова­
ния
Неизвестны
Нет
Остановимся кратко на особенностях электромагнитных воз­
действий для различного класса объектов. Различные варианты
использования технических средств, намеренно воздействующих
на другие технические средства, составляют существо современ­
ной радиоэлектроники. Принципиальным является то, что воздей­
ствия электромагнитных полей, создаваемых одними средствами
на другие технические средства, осуществляются для передачи ин-
9
формации, обработки ее или, наоборот, нарушению передачи и
обработки. Намеренные воздействия электромагнитных полей на
биологические объекты и материалы с целью придания им неко­
торых новых свойств составляют основу нового научно-техничес­
кого направления электромагнитные технологии Электромагнит­
ные технологии как самостоятельное направление в технике в на­
стоящее время интенсивно развиваются.
Изучение непреднамеренных воздействий электромагнитных
полей на биосферу и человека, а также разработка методов защи­
ты от них представляют относительно новое направление науки и
техники - электромагнитную экологию, которой в последние деся­
тилетия уделяется значительное внимание.
Наконец, непреднамеренные воздействия электромагнитных
полей на материалы представляют собой побочный результат ра­
боты технических средств и в ряде ситуаций не могут игнорироваться
(эти вопросы рассматриваются в рамках задач конструирования)
Воздействия электромагнитных полей, создаваемых биоло­
гическими объектами на другие объекты, хотя и не столь значи­
тельны количественно и качественно, но тем не менее существуют
в природе. Намеренные воздействия практически отсутствуют,
например (электрический скат)’*. Однако как это не представится
парадоксальным, факты свидетельствуют о возможности непред­
намеренных воздействий электромагнитных полей, создаваемых в
процессе жизнедеятельности живых организмов на технические
средства. В большинстве случаев речь идет о слабых электромаг­
нитных полях, используемых, например, в качестве информатив­
ных в медицинской диагностике, а также об индуцированных элек­
тростатических полях.
Непреднамеренные воздействия электромагнитных полей,
создаваемых одними техническими средствами на другие, опре­
деляются понятиями «помеха» и «воздействия помех». Согласно
принятой терминологии электромагнитной помехой называется
нежелательное воздействие электромагнитной энергии, которая
* Общепринятая терминология не сформировалась используются также
понятия микроволновые технологии. СВЧ-технологии, электротермия и др
Сообщения о проявлениях экстрасенсорных способностей такого рода
у отдельных индивидуумов не вызывают доверия
10
ухудшает (или может ухудшить) качество функционирования
средств. Таким образом, непреднамеренные воздействия представ­
ляют собой один из частых и наиболее важных видов помех непреднамеренные помехи (НЭМП). Направление техники, занимающиееся вопросами непреднамеренных электромагнитных воздей­
ствий технических средств друг на друга, получило название элек­
тромагнитной совместимости технических средств (ЭМС)
Согласно ГОСТ 23611-79 термин «электромагнитная совмес­
тимость» определяется как способность технических средств од­
новременно и совместно функционировать в реальных условиях
эксплуатации при воздействии непреднамеренных помех и не до­
пускать непреднамеренных электромагнитных помех другим сред­
ствам. Термин «технические средства» в данном случае относится
к широкому кругу электротехнических, электронных и радиотех­
нических устройств. Заметим, что в общей проблематике ЭМС
вопросы непреднамеренных воздействий электротехнических и ра­
диоэлектронных устройств достаточно специфичны
В данной работе речь будет идти преимущественно об ЭМС
радиоэлектронных средств. Содержание научно-технического на­
правления ЭМС РЭС составляет изучение причин возникновения,
способов предупреждения и устранения непреднамеренных воздей­
ствий электромагнитной энергии, используемой одними техничес­
кими средствами на другие.
11
После всего я взглянул, и вот дверь отверста на небе
и прежний голос который я слышал, как бы звук трубы,
говоривший со мной, сказал взойди сюда и покажу тебе
чему надлежит быть после сего
Откровения святого Иоанна Богослова. Гл. 4, ст. 1
Раздел 1, ПРОБЛЕМА ЭМС
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
1.1. Краткий исторический очерк
Начало активного промышленного использования электро­
магнитных процессов относится к середине XIX века:
- появление телеграфа - 1843-1844 гг.;
- телефонная связь - 1878 г. (Нью-Хейви, США);
- промышленная электростанция - 1882 г., Нью-Йорк;
- электрификация в промышленности и сельском хозяйстве конец XIX века.
С изобретением радио (1895-1896 г., А.С. Попов, Г. Марко­
ни) начинается эра радиотехники:
- оснащение судов ВМФ ряда стран средствами радиосвязи 1900-1904 гг.;
- организация радиовещания - 20-е годы XX века;
- радионавигация - 20-е годы XX века;
- телевидение: пробное вещание - 1925 г., развитие - 40-е годы
XX века;
- радиолокация: появление - 1939 год, бурное развитие
в период Второй Мировой войны и особенно в послевоенный
период.
12
С позиций сегодняшнего дня можно сказать, что с наличием
естественных помех радиоприему человечество столкнулось даже
раньше изобретения самого радио. Для этого стоит вспомнить, что
прообразом радиоприемника был грозоотметчик А.С. Попова,
предложенный им в 1894 году. Проблема наличия непреднамерен­
ных воздействий радиотехнических средств друг на друга прояви­
лась с первых шагов развития радиотехники. Уже в 1906 г. в Бер­
лине созывается Международная конференция с целью выработ­
ки некоторых правил, исключающих нарушения работы одних (из
весьма немногочисленных в то время) радиостанций на другие. На­
чиная с этого времени, проблема возникновения и борьба с непред­
намеренными электромагнитными воздействиями постоянно на­
ходится в сфере пристального внимания специалистов Отметим
основные этапы становления проблематики ЭМС.
Первый этап относится к периоду времени от проведения пер­
вых радиопередач (конец XIX века) до середины 20-х годов про­
шлого века. Существо проблематики на этом этапе легко предста­
вить, имея в виду элементную базу этого периода. В качестве ра­
диопередатчиков использовались электроискровые и дуговые уст­
ройства - генераторы затухающих колебаний, а в качестве прием­
ников - устройства детекторного типа. Они не позволяли осуще­
ствить радиопередачу с частотами выше нескольких сотен кило­
герц при ширине спектра сигналов до нескольких десятков кило­
герц. Появление в конце 20-х годов электромашинных генерато­
ров не намного изменило ситуацию. Для этого периода характе­
рен, прежде всего, дефицит в свободных полосах частот, хотя от­
части положение спасала крайняя немногочисленность радио­
средств. Именно правовые и технические аспекты использования
радиоволн находятся в центре внимания в этом периоде, о чем сви­
детельствует факт Берлинской конференции 1906 году.
Второй этап с некоторой условностью можно ограничить
периодом до конца 30-х годов. Революционным событием для этого
периода явилось изобретение в 1906 г. Ли де Форестом трехэлект­
родной лампы и последующим изобретением лампового генера­
тора (Мейслер, 1913 г.). Совершенствование вакуумных приборов
привело к тому, что уже к середине 20-х годов они позволили ко­
ренным образом усовершенствовать технику радиопередачи и ра-
13
диоприема: генерировать незатухающие колебания (т.е. узкополос­
ные процессы), усиливать принимаемые сигналы (т.е. снизить мощ­
ность излучения). Техника электровакуумных приборов быстро
прогрессировала, что позволило уже к концу 30-х годов начать
освоение диапазона метровых волн. Эти обстоятельства на неко­
торое время сняли напряженность, связанную с дефицитом полос
частот. Развитие техники радиопередачи и радиоприема позволи­
ло уже в 30-е годы создать сеть радиовещания и положить начало
применению средств сухопутной и воздушной подвижной радио­
телефонной связи. Однако стремительно развивающаяся электри­
фикация в промышленности и бытовых нуждах породила пробле­
му непреднамеренного воздействия электромагнитных полей, со­
здаваемых при работе электрических устройств (двигатели, элект­
ротранспорт, электросварка и др.), на средства радиоприема.
Непреднамеренные воздействия со стороны электротехнических
средств на радиоприемники получили название «индустриальные
помехи», сохранившееся в более широком понимании до настоя­
щего времени. Проблематика борьбы с непреднамеренными воз­
действиями в этот период в основном охватывала негативные по­
следствия работы электротехнических средств, а борьба с индуст­
риальными помехами - основное ее содержание.
Следующий этап 40-е - 50-е годы XX в. В этот период проис­
ходит ряд важных сдвигов, изменивших, в конечном счете, отно­
шение к проблеме непреднамеренных воздействий, наиболее су­
щественные из которых:
- изобретение и промышленное освоение генераторных при­
боров СВЧ- магнетрона и клистрона, что существенно повысило
верхнюю границу используемого диапазона радиочастот;
- активное развитие военной радиоэлектроники*;
- начавшийся в конце 40-х годов процесс быстрого развития
радиовещания и телевизионного вещания.
‘ Опытная РЛС, установленная в Пирл-Харборе 7 декабря 1941 г. обнару­
жила на подлете большую группу самолетов, а персонал станции доложил об
этом по команде. Однако руководство базой не приняло это предупреждение все­
рьез, что в последующем привело к национальной трагедии и вступлению США
во Вторую Мировую войну.
14
Ki
В этот период происходит осознание существования пробле­
мы непреднамеренных воздействий как серьезного фактора, влия­
ющего на эффективность использования радиотехнических средств
в военной сфере и гражданских применениях. К этому периоду
формируется понятие «электромагнитная совместимость радио­
электронных средств» и закладываются научно-методологические
основы обеспечения ЭМС. На этот период приходится становле­
ние международной правовой и организационной базы обеспече­
ния ЭМС, в том числе формирование структуры органов для ко­
ординации действий на международном уровне, согласовавших
международное распределение полос частот в диапазоне до 40 ГГц,
в уже 1947 году.
Следующий этап условно охватывает период до 70-х годов.
Как и предыдущие, этот этап обусловлен прогрессом в создании
элементной базы радиоэлектроники. Данный этап проходит под
знаком широкого использования нового класса активных уст­
ройств - полупроводниковых приборов. Полупроводниковые три­
оды (транзисторы) ведут начало от разработок 1948-1951 гг.
(Д. Бардин, У. Браггейн, У. Шокли). Использование транзисто­
ров, а затем интегральных микросхем на их основе привело к зна­
чительному снижению объемов аппаратуры, ее массы и энергопот­
ребления. Достаточно отметить, что ЭВМ М-20, выпускаемая
в СССР в 60-е годы и выполненная на лампах, занимала площадь
спортивного зала средних размеров и требовала специальной, мощ­
ной системы охлаждения. Примерно равная ей по производитель­
ности ЭВМ на транзисторной базе - «Наири» уже занимала объем
порядка большого письменного стола. Возможность сокращения
объемов РЭС дала мощный импульс к расширению сфер примене­
ния радиотехники как в бытовом, так и в профессиональном пла­
не. Соответственно количественному и качественному росту по­
вышался удельный вес и значение вопросов обеспечения ЭМС РЭС.
Наконец, последующие этапы вплоть до настоящего време­
ни характеризуются, помимо продолжающегося широкого распро­
странения радиоэлектроники в новые области человеческой дея­
тельности, еще одной важной вехой в ее развитии. Этот очередной
качественный скачок происходит, в 80-е годы в связи с огромным
прогрессом в технологии микроэлектроники, позволившим созда-
15
Эти обстоятельства требуют внимания к проблеме ЭМС со сторо­
ны не только профессиональных ученых и организаторов этого
профиля, но и самого широкого круга инженеров и специалистов,
занятых разработкой, производствам, эксплуатацией РЭС и даже
коммерческой деятельностью в области электротехники и радио­
электроники
1.2. Понятие радиочастотного ресурса
Любое техническое средство, использующее в процессе фун­
кционирования электромагнитные процессы, генерирует электри­
ческие колебания определенного вида с целью воздействия ими на
другие технические средства (или их элементы или биологические
объекты) Эти воздействия преследуют те или иные цели, связан­
ные с передачей информации, ее обработкой, разрушением инфор­
мации, изменением свойств материалов и т д В любом случае со­
здаваемые ими электромагнитные поля должны существовать в
пределах определенной области пространства, например в зоне
работы телевизионного центра, в пределах платы микропроцессо ­
ра или рабочей камеры СВЧ-печи Эти электромагнитные процес­
сы должны иметь определенный спектральный состав, соответству­
ющий выполнению задач, а также создаваться в пределах опреде­
ленных временных интервалов.
Таким образом, любое техническое средство, использующее
электромагнитную энергию для выполнения своих прямых функ­
ций, создает электромагнитные поля, локализованные в пределах
определенной области пространства, полосы частот и интервала
16
вать большие и сверхбольшие интегральные цифровые микросхе­
мы невысокой стоимости. Этот прогресс вызвал бурное развитие
средств цифровой вычислительной техники, включая ее примене­
ние для управления многочисленными техническими средствами автомобилями, бытовой аудио-телеаппаратурой, медицинской
электроникой и т д.
Наконец, прогресс микроэлектроники привел к перевороту
в технике телекоммуникаций, в том числе проводной и мобильной
связи Роль вопросов ЭМС на данном этапе остается исключитель­
ной важной Более того, усилилась роль международной коорди­
нации усилий стлан в части технической политики в области ЭМС
реагировать на них, если их уровни превышают некоторое поро­
говое значение, соответствуют определенной полосе частот и про­
странственному положению и ориентации Можно считать, что
любое техническое средство, являющееся объектом внешнего элек­
тромагнитного воздействия, обладает определенной избиратель­
ностью по частоте, времени и пространственным координатам Это
интерпретируется как существование некоторой области Qpri;
в пространстве V-F-T, в пределах которой данное средство спо­
собно реагировать на внешние электромагнитные воздействия
Рис 1 1 Области, занимаемые ИП и РП в пространстве V-F-T
----- —
- соответствуют области в которых интенсивность ЭМП
превышает фоновый уровень
- - - полосы «прозрачности» рецепторов
17
времени Введем в рассмотрение многомерное пространство, ко­
ординатами которого являются пространственные координаты,
частота и время. Функционирование некоторого z-го техническо­
го средства, создающего электромагнитные поля, можно интер­
претировать как использование им определенной области QHni в
этом пространстве (рис 1 1) Указанная область соответствует ча­
сти этого пространства, для которой уровень электромагнитного
поля превышает некоторую заданную величину, например, уро­
вень естественного фона электромагнитного поля
С другой стороны, техническое средство, подвергающееся
действию извне некоторых электромагнитных полей, способно
Таким образом, область Qp представляет собой полосу «про­
зрачности» рецептора как фильтра с определенной избирательно ­
стью по частоте во времени и пространственным координатам.
Если некоторое i-e средство - источник, создающее электромаг­
нитные поля, осуществляет намеренное воздействие на i-e средстворецептор, этому соответствует пересечение областей £1ИП; и ОрП;:
(1-1)
П ^РП;
здесь о - знак пустого множества.
Таким образом, факту намеренного воздействия соответству­
ет пересечение одноименных областей, занимаемых источником и
соответствующих рецептору. Соответственно, если в паре г-й ис­
точник - у-й рецептор, намеренное воздействие не должно иметь
место, но возникает в силу тех или иных причин, чему соответ­
ствует пересечение разноименных областей ОИП; и Е>рП/:
(1-2)
Это можно интерпретировать как нарушение электромагнит ­
ной совместимости у-го рецептора с z-м источником.
Соответственно, при отсутствии воздействия:
^ИП; Г)
~ 0’
(1-3)
что можно интерпретировать как совместимость указанной пары —
«z-й источник -у-й рецептор».
Представление множества технических средств областями
«передачи» и «приема» в пространстве, с координатами «частота,
время, пространственные» и приведенная интерпретация наличия
или отсутствия воздействий источников на рецепторы позволяет
сделать следующие выводы:
- совокупность возможностей размещения в пространстве, по
частоте и во времени непересекающихся областей, соответствую­
щих электромагнитным полям отдельных технических средств,
определяется понятием «радиочастотный ресурс»;
- любое техническое средство, использующее электромаг­
нитные процессы в диапазоне радиочастот и ниже, занимает по
частоте, во времени и в пространстве область конечных разме­
ров, которая не может быть использована другими технически­
ми средствами. Таким образом, любое упомянутое здесь техни­
18
ческое средство использует в некоторой его части радиочастот­
ный ресурс;
- радиочастотный ресурс является ограниченным природным
ресурсом, требующим экономного обращения;
— проблема электромагнитной совместимости технических
средств в значительной мере состоит в организации и обеспечении
эффективного использования техническими средствами радиоча­
стотного ресурса.
Обратимся к интерпретации понятия «эффективное использо­
вание радиочастотного ресурса». Различным функционирующим
техническим средствам соответствует определение области в про­
странстве «пространство-частота-время», пересечения которых со­
ответствуют возможности нарушения совместной работы. Потому
одно из принципиальных направлений усилий для обеспечения ЭМС
состоит в организации рационального использования ресурса раз­
личными средствами, что может интерпретироваться как рациональ­
ное «размещение» областей Qlffll и 0РП/ соответственно простран­
ственным координатам в частотной области и во времени.
Другим, не менее важным направлением является сокраще­
ние, по возможности, протяженности областей ОИП; и Т>рп„ т.е. раз­
меров областей, занимаемых электромагнитными полями источ­
ников, и областей, соответствующих полосам прозрачности рецеп­
торов по частоте, в пространстве и во времени. Для выполнения
основных функций каждому техническому средству-источнику
требуется создать электромагнитные поля требуемой интенсивно­
сти в пределах вполне определенной, заданной области простран­
ства (и времени). Спектральный состав этого поля определяется
характером и параметрами передаваемой информации, причем
существует определенное значение ширины занимаемой полосы
частот, необходимой для выполнения основных функций.
Таким образом, каждому техническому средству соответству­
ет некоторая область ^ип,„ минимальной протяженности. В реаль­
ных условиях размеры занимаемых областей
всегда превыша­
ют необходимые значения Qm„,. Аналогичное можно сказать и о
свойствах рецепторов, для каждого из которых можно определить
значение минимально необходимой протяженности области £1РПнГ
В реальных условиях всегда имеет место превышение размеров
19
занимаемой области ОРП„7 над необходимым значением ОРПн7. Ука­
занные превышения, очевидно, ухудшают возможности обеспече­
ния совместной работы различных средств. Завышенные значения
занимаемых полос частот и областей пространства, в принципе, мо­
гут быть снижены без ухудшения выполнения техническими сред­
ствами своих основных функций, так как они являются в той или
иной мере следствием технического несовершенства устройств-ис­
точников и устройств-рецепторов. Напротив, размеры необходимых
областей
и ОРПн7 не могут быть сокращены без ухудшения фун­
кциональных показателей при выбранном принципе действия.
Любое техническое средство, выполняющее некоторые фун­
кции, имеет две группы показателей:
- функциональные, определяющие выполнение заданных фун­
кций с требуемым качеством в отсутствие воздействия помех со
стороны других средств;
- показатели ЭМС, определяющие возможность создания
непреднамеренных помех и степень подверженности их действию
со стороны других технических средств.
Приведенное разделение, несмотря на некоторую условность,
отражает весьма важную сторону: функциональные показатели
непосредственным образом определяют качество выполняемых
функций, показатели ЭМС, напротив, не имеют прямого отноше­
ния к выполнению основных функций, они определяют возмож­
ность создания непреднамеренных помех источниками и подвер­
женность рецепторов действию помех.
1.3. Факторы, влияющие на ЭМС технических средств
Воздействие непреднамеренных помех на устройства, являю­
щиеся рецепторами, (рис. 1.2) определяется следующими обстоя­
тельствами:
• существуют источники помех, характеризуемые значения­
ми мощностей Pmj, создающие помехи на любых частотах, в том
числе и на рабочих. Электромагнитные поля, создаваемые РЭС,
можно условно разделить на основные, определяемые функцио­
нальным назначением данного средства, и нежелательные, обус­
ловленные его техническим несовершенством. Например, радио­
передающие устройство должно создать излучение только в опре­
20
деленной полосе частот, однако в силу ряда причин имеют место
нежелательные радиоизлучения за пределами этой полосы. При
учете влияния НЭМП на рецептор необходимо считаться со всеми
ее видами: излучаемыми на основной частоте и частотах нежела­
тельных излучений; создаваемыми цепями питания, управления,
коммутации и заземления и др. Нежелательные электромагнитные
поля, создаваемые некоторым РЭС, частично ослабляются в са­
мом источнике помех. Ослабление НЭМП в месте их возникнове­
ния будем характеризовать коэффициентом ослабления Тиш, где
индекс I определяет принадлежность излучения к основному излу­
чению или одному из видов создаваемых НЭМП;
• имеет место передача электромагнитной энергии от ИП к
РП. Этот процесс определяется многими факторами: свойствами
среды, параметрами антенн, расстоянием между РП и ИП, взаим­
ной ориентацией их антенн, поляризацией излучения и т.д. Излу­
чение и прием НЭМП могут осуществляться антеннами радиоуст­
ройств в направлениях, соответствующих главным, боковым или
задним лепесткам диаграмм направленности антенн (ДНА), а так­
же корпусами устройств, элементами фидерного тракта, кабелями
и т.д. Ослабление НЭМП в среде распространения будем характе­
ризовать коэффициентом Lk, где к - номер пути воздействия НЭМП
на рецептор;
• электромагнитная энергия помехи принимается рецептором
и оказывает влияние на его функционирование. Рецептор может
различным образом реагировать на внешние электромагнитные
воздействия.
р
р
Г РП
1 ИП
г
ьип/
L,
р
ГРП*
Рис. 1.2. Схема воздействия НЭМП на РП
По аналогии с ИП можно говорить об основном механизме
воздействия, принципиально необходимом конкретному устрой­
ству, и нежелательном, обусловленным техническим несовершен­
ством РП. Так, для радиоприемника основным является прием сиг21
налов в полосе частот, соответствующей спектру передаваемого
сообщения, а неосновным (нежелательным) - прием по побочным
каналам, прием, помимо антенн и т.д. Ослабление НЭМП, наблю­
даемое при прохождении ее через цепи рецептора, можно характе­
ризовать коэффициентом £РШ, где ,v - номер канала приема Значе­
ние мощности НЭМП, приведенное ко входу рецептора с учетом
действия помехи 7-го вида по £-му пути воздействия и г-му каналу
приема, будет:
Ppulks ~ Aill Аш/
Д>1Ь’
(1-4)
где Рт - мощность ИП на рабочей частоте.
Для конкретных РЭС и типа помех можно указать такой пре­
дельный уровень помехи РРПдоп, который соответствует требуе­
мому качеству функционирования, если Ррп< РРПдап Такие поме­
хи называют допустимыми Электромагнитная совместимость в
группе средств выполняется, если все создаваемые непреднаме­
ренные помехи являются допустимыми для всех РП рассматри­
ваемой группы.
Имеющее место нарушение ЭМС может быть вызвано либо
неправильной организацией использования радиочастотного ре­
сурса с пересечением областей ОИПн, и ОРПнг, либо техническим
несовершенством устройства-источника, устройства-рецептора,
а также тех параметров ЭМС источника и рецептора, которые оп­
ределяют ослабление помех на пути распространения, т.е. пара­
метров, определяющих значения £ип/, Lk и Zprb. В этих случаях для
обеспечения ЭМС очень важно выявить конкретные причины воз­
действия непреднамеренных помех: найти их источники и пути рас­
пространения и определить причины, вызывающие подвержен­
ность рецепторов действию определенных помех. С этой целью
необходимо более подробно рассмотреть свойства различных РЭС
и их элементов с точки зрения создания, распространения НЭМП
и подверженности им.
В заключение отметим одно, достаточно важное обстоятельстве.
Особенность задач обеспечения ЭМС состоит в том, что в большин­
стве случаев параметры ЭМС, определяющие ослабление помех в
источнике, рецепторе и среде распространения, представляют собой
величины, на несколько порядков меньшие по сравнению с близкими
22
к ним по смыслу функциональными показателями. Читателю следу­
ет ясно представлять то, что относительно малые значения величин
совершенно не означают возможность их игнорирования, например
таких, как уровни излучений вне рабочей полосы частот или уровни
дальних боковых лепестков, на несколько порядков меньшие по срав­
нению с мощностью излучения в рабочей полосе частот или соответ­
ствующей главному лепестку ДН антенны.
Проиллюстрируем это на простейшем модельном примере.
Пусть источником является радиопередатчик мощностью L0 Вт.
Приемник, расположенный на небольшом расстоянии от него,
имеет чувствительность 10~12Вт. Предположим, что уровень допу­
стимой помехи равен Р п=10_,1Вт. Связь источника и рецептора
осуществляется через передающую и приемную антенны Допус­
тим, что коэффициент связи антенн, т.е. отношение мощностей на
входе передающей и выходе приемной антенн, равен 10'2
Пусть спектр излучения радиопередатчика и величина ослаб­
ления помехи в рецепторе (АЧХ приемника) имеют вид, показан­
ный на рис 1.3
Рис 1 3 К примеру оценки ЭМС
В условиях примера прием помехи рецептором ослаблен:
Сип = ЮЛ L ~ ЮЛ ТР11=104. Таким образом, уровень помехи, при­
нимаемой рецептором, составляет 10~10 Вт. Эта величина в 100 раз
превышает уровень чувствительности приемника и в 10 раз допус23
тимый уровень помехи. Приведенный пример имеет единственную
цель: показать, что относительно низкий уровень излучения пере­
датчика вне рабочей полосы частот (0,01%), приема вне рабочей
полосы - (0,01%) и коэффициента связи антенн (1%) не обеспечил в
данном случае отсутствие недопустимого влияния радиопередат­
чика на радиоприемник.
Подчеркнем, что в практике обеспечения ЭМС интересуются
значениями параметров, определяющих уровни помех и воспри­
имчивость к ним, представляющих собой величины на несколько
порядков меньшие по отношению к аналогичным, характеризую­
щим функциональные показатели.
В дополнение к сказанному сделаем еще одно замечание. По­
скольку, как это было показано приведенным примером, в зада­
чах ЭМС оперируют с относительно малыми величинами, на прак­
тике для их задания используется логарифмическая шкала, т.е. ве­
личины, выражают в децибелах:
- мощность: Р = 10 lgP дБ Вт;
- ослабление по мощности: L = 10 IgZ дБ Вт;
- напряжение: U - 20 lgl7 дБ В;
- ослабление по напряжению: U = 20 lgt7 дБ.
Расчетные соотношения, соответственно, также видоизменя­
ются. Например, соотношение (1.4) для величин, выраженных
в децибелах, принимает вид:
■^РП/As ~ ^ИП + АпК + А: +
1 -5)
В дальнейшем будут использоваться обе формы записи: в ло­
гарифмической шкале и в натуральном масштабе. Чтобы избежать
возможной путаницы, величины, выраженные в децибелах, набра­
ны полужирным курсивом.
24
Все сделал Он прекрасным в свое время и вложил мир
в сердиа их, хотя человек не может постигнуть
дел которые Бог делает, от начала и до кониа
Экклезиаст. Гл. 3, ст. 11
Раздел 2. ФАКТОРЫ,
ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭМС РЭС
2.1. Электромагнитные помехи
Электромагнитной помехой (ЭМП) называют нежелательное
воздействие электромагнитной энергии, которое ухудшает или
может ухудшать качество функционирования технических средств.
Радиопомеха - электромагнитная помеха, соответствующая
диапазону радиочастот 9 кГц - 3000 ГГц. Радиопомехи, в неиз­
бежном присутствии которых работают различные радиоэлектрон­
ные средства, делятся на естественные и искусственные.
Естественные помехи вызваны электромагнитными процес­
сами, объективно существующими в природе и не связанными
с деятельностью человека. Рассмотрим основные виды, источники
и причины их возникновения.
Источники естественных ЭМП делятся на земные (в том чис­
ле в ее атмосфере) и внеземные (вне Земли и ее атмосферы).
2.1.1. Естественные радиопомехи
Земные источники. В диапазоне частот ниже 30 МГц преоб­
ладают атмосферные помехи (АЭМП), вызванные электрически25
ми разрядами во время гроз. Для частот, расположенных ниже
ионосферной «частоты среза», основными источниками АЭМП
в районах с умеренным климатом являются летние грозы, а в тро­
пических районах - зимние штормы, при этом АЭМП распростра­
няются на расстояние несколько тысяч километров. Для частот,
превышающих ионосферную «частоту среза», преобладающими ис­
точниками АЭМП являются местные грозы. Спектральное распре­
деление атмосферных помех показано на рис. 2.1.
Плотность
мощности,
дБ /(м2кГц )
_5Q
-100
-140
-180
0.01 0.03 0.1
0.3
1
3
10
30
100
Рис 2 1 Спектральное распределение атмосферных помех:
— - шум неба (горизонтальная поляризация), О - северное полушарие Земли.
А - южное полушарие Земли. ------ - атмосферные помехи, зима,
0-4 ч вертикальная поляризация (цифры на кривых обозначают шумовые градации)
Кроме названных механизмов, в образование атмосферных
помех могут внести вклад и некоторые другие процессы - северное
сияние, пыльные бури и др.
Собственное тепловое радиоизлучение земных покров и атмос­
феры. Поверхность земли, а также атмосфера являются источником
широкополосного шумового теплового излучения. Причиной его
возникновения является свойство нагретых тел создавать слабое
электромагнитное излучение, в том числе в диапазоне радиочастот.
Интенсивность его характеризуется значением яркостной темпера­
туры тел 7Я, а мощность в полосе частот А/ - величиной кТЛ /\f, где
к — постоянная Больцмана. Конкретные значения яркостной темпе­
ратуры земных покровов зависят от их электрофизических парамет­
ров и находятся в пределах от нескольких десятков до порядка 300К.
Яркостная температура, соответствующая радиотепловому излуче­
26
нию атмосферы, определяется главным образом величиной затуха­
ния радиоволн соответствующего диапазона. Значение яркостной
температуры атмосферы не превышает нескольких кельвинов в ди­
апазоне метровых волн в направлении зенита и 150 - 250 К в диапа­
зоне миллиметровых волн в направлениях, близких к горизонту.
Из-за относительно низкой интенсивности этот вид естественных
помех может быть существенным только в высокочастотных диа­
пазонах (сантиметровые и более короткие волны).
Внеземные источники. Шум неба для частот выше 1 МГц обус­
ловлен комбинированным излучением Галактики с дискретным и
сплошным спектром. Интенсивность его излучения может быть
заметной (рис. 2.1). Шум со сплошным спектром имеет два меха­
низма возникновения. Один из них вызван излучением ионизиро­
ванного водорода, спектр которого соответствует спектру излуче­
ния абсолютно черного тела, а второй - излучением электронов
(линейно-поляризованное поле). На частотах выше 300 кГц шум
Галактики значителен в обоих полушариях Земли.
ЭМП Солнца. В период высокой активности солнце излучает
в околосолнечное пространство до 12 раз в день импульсы энер­
гии большой интенсивности. Эти вспышки сопровождаются рез­
ким увеличением ЭМП, спектральные составляющие, длительность
и поляризация которых изменяются. На рис. 2.2 показана частот­
ная зависимость, характерная для одного из наиболее распростра­
ненного типа вспышек.
Частота, ГГц
Рис. 2.2. ЭМП звезд, Солнца и планет
27
Для ЭМП, вызванных процессами на Солнце, характерно чере­
дование периодов с меньшей интенсивностью их и солнечных бурь.
При «спокойном» Солнце солнечная радиация минимальна. Период
повторения минимальной солнечной активности составляет 11 лет.
Бури на Солнце создают кратковременные узкополосные импульсы
ЭМП
средней
интенсивности.
На
частотах
ниже
3 ГГц ЭМП солнечных бурь и «спокойного» Солнца не превыша­
ют уровни шума Галактики.
Вторичный космический шум. Луна, Юпитер и Кассиопия-А
представляют собой дополнительные источники космических по­
мех в диапазонах ОВЧ, УВЧ, СВЧ. В диапазонах СВЧ Луна излу­
чает как абсолютно черное тело, температура которого изменяет­
ся с лунным циклом от 100 до 300 К. Интенсивность излучения
луны как источника помех превышает только интенсивность из­
лучения Кассиопеи-А на частотах выше 2ГГц.
Кассиопия-А (сверхновая звезда), наиболее интенсивный источ­
ник помех вне солнечной системы, излучает нетепловой линейно-по­
ляризованный спектр частот, интенсивность которого в диапазоне
ОВЧ и ниже большего, чем у излучения «спокойного» Солнца.
Излучения Юпитера в диапазонах ВЧ и ОВЧ являются
нетепловыми линейно-поляризованными. На частотах ниже час­
тоты среза ионосферы Земли эти помехи не достигают поверхно­
сти Земли. Однако в интервале частот от 20 до 40 МГц (при усло­
вии, что главный лепесток ДН приемной антенны направлен на
планету и имеется циклический максимум излучаемых помех) из­
лучение Юпитера превышается только помехами Солнца и шу­
мом Галактики.
2.1.2. Электромагнитные помехи
искусственного происхождения
Искусственные ЭМП возникают при работе различных тех­
нических средств - радиотехнических, электронных и электротех­
нических. В отдельных случаях они даже могут создаваться обо­
рудованием, не использующим электромагнитные процессы для
выполнения своих функций. Виды искусственных ЭМП представ­
лены на рис. 2.3.
28
Электромагнитные помехи
Рис. 2 3 Классификация непреднамеренных помех
Различают помехи умышленные, которые создаются специаль­
ными техническими средствами для нарушения функционирования
оборудования определенных типов, и непреднамеренные, возникаю­
щие в качестве побочного результата выполнения техническими
средствами своих основных функций. В свою очередь непреднаме­
ренные помехи представлены двумя принципиально различными
группами - излучениями радиопередающих устройств и индустри­
альными помехами. Первые из них связаны с выполнением радиопе­
редающими устройствами своих основных функций — создание в за­
данной части окружающего пространства электромагнитных полей
с требуемыми интенсивностью, частотной и временной структурой.
Индустриальные помехи создаются различными техническими сред­
ствами, основное функциональное назначение которых не предпола­
гает создания электромагнитных полей вне их внутренних объемов.
2.2. Излучения радиопередающих устройств
Функциональное назначение радиопередающих устройств со­
стоит в генерации и излучении электромагнитных волн, несущих
определенную информацию, с целью последующего ее извлечения
Ю.Е Седельников 2
29
в заданной области пространства. Требуемая интенсивность излучае­
мых волн определяется уровнем напряженности его в точке приема,
достаточного для извлечения передаваемой информации.
Количество и качество передаваемой информации зависят от
способа организации передачи информации при помощи электро­
магнитных волн, т.е. способа и параметров модуляции и полосы
частот, соответствующих передаваемому сообщению Для каждо­
го конкретного вида модуляции существует минимальное значе­
ние ширины полосы частот передаваемого сообщения - Вн. Эта
величина называется шириной необходимой полосы частот и опре­
деляется как минимальное значение полосы частот, обеспечиваю­
щее радиопередачу данного класса сообщений (сигналов) с требу­
емыми скоростью и качеством Излучения в пределах необходи­
мой полосы частот называют основными (ОИ), во вне необходи­
мой полосы - нежечатепъными (НИ). Нежелательные излучения в
той или иной мере присущи любым реальным радиопередающим
устройствам и могут быть ослаблены без ущерба для качества пе­
редаваемой информации Нежелательные излучения делятся на
побочные, внеполосные и шумовые (рис. 2.4)
Рис 2 4 Основные и нежелательные излучения радиопередатчика
2.2.1. Побочные излучения
К побочным излучениям (ПИ) относят нежелательные радио­
излучения, возникающие в результате любых нелинейных процес­
сов в радиопередающем устройстве, за исключением процесса мо­
30
дуляции сигнала. Различают излучения на гармониках, субгармо­
никах, паразитные, комбинационные и интермодуляционные. Пе­
речисленные виды излучений вызываются нелинейными процес­
сами, существующими в самом передатчике, а также фидере и ан­
тенне В образовании интермодуляционных излучений, кроме того,
принимают участие внешние электромагнитные поля, воздейству­
ющие на данное радиопередающее устройство.
Радиоизлучение на гармонике — побочное радиоизлучение на
частотах, в целое число раз больших частоты основного радиоиз­
лучения. fTSfts - mf0, от = 2, 3, . ..и (рис 2 4). Излучения на гармони­
ках принципиально присущи любым радиопередающим устрой­
ствам и обусловлены нелинейностью амплитудных и фазовых ха­
рактеристик, главным образом, активных элементов Конечным
результатом является то, что выходное немодулированное коле­
бание U(i) имеет форму, отличающуюся от гармонической, и, сле­
довательно, представляет собой сумму колебаний основной час­
тоты То и ее гармоник
U(t) = U0^Ulcos(2nf0t + ^ + ^итсоз{2пт/^ ^<рт).
(2 1)
ш-2
где Um - коэффициенты разложения U(f) в ряд Фурье; от = 0,1, ...
Уровень гармонических составляющих генерируемого или
усиливаемого колебания зависит от схемы радиопередающего ус­
тройства, типа и рабочих параметров активных приборов, режи­
ма работы, наличия дополнительных устройств частотной фильт­
рации и т.д. Конкретное проявление нелинейных свойств различ­
но в зависимости от диапазона частот.
В радиопередающих устройствах метрового и отчасти деци­
метрового диапазонов волн, использующих ламповые и транзис­
торные генераторы, генерация гармоник вызвана в основном
нелинейностью амплитудной характеристики активного прибора,
особенно если последний работает в режиме с углом отсечки ме­
нее 180°. На более высоких частотах существенную роль в образо­
вании гармоник может играть явление запаздывания. Кроме того,
в электронных приборах СВЧ, например в клистронных генерато­
рах или генераторах на ЛОВ, где время пролета электронов соиз­
меримо или превышает период высокочастотного колебания, по-
31
явление гармоник связано с нелинейностью фазовой характерис­
тики активного прибора.
Независимо от конкретных причин возникновения гармоник
их амплитуды связаны со степенью нелинейности и, как правило,
убывают с ростом номера гармоники. При этом, чем сильнее выра­
жены нелинейные свойства, тем больше амплитуды гармоник и число
гармоник, имеющих заметную амплитуду. Кроме того, уровень гар­
моник на выходе передатчика зависит от качества фильтрации вы­
ходных цепей, особенностей схемы передатчика и степени согласо­
вания его с нагрузкой на частоте данной гармоники. Последнее об­
стоятельство становится весьма важным, если в выходном тракте,
включая фидерные линии и антенну, образуются резонансные кон­
туры на частоте, близкой к частоте одной из гармоник. В этом слу­
чае уровень излучения на данной гармонике может значительно
возрасти. Как показывает опыт, в реальных радиопередающих уст­
ройствах уровень излучения на ти-й гармонике необязательно мо­
нотонно убывает с ростом номера гармоники. Представление об
относительных уровнях генерируемых колебаний для разного типа
активных приборов (без дополнительной фильтрации) могут дать
данные табл. 2.1, где приведены относительные уровни гармоник
для различных активных приборов.
Таблица 2 1
Средние уровни побочных излучений
относительно основного. дБ
Тип прибора
Магнетрон
С габилитрон
ЛОВ М-типа
ЛЕВ
Клистрон:
импульсного излучения
непрерывного излучения
на гармониках
Эп
2
паразитное излучение
47
14
31
37
44
39
51
44
59
30
43
42
42
53
46
53
42
53
В табл. 2.2 представлены аналогичные данные для некоторых
типов радиопередающих устройств, используемых в радиолокаци­
онных станциях.
Таблица 2.2
Тип
передатчика
Магнетронный
Клистронный
На триоде
или тететроде
Относительные уровни мощности излучений на гармониках
(максимальные/минимальные значения), дБ,
8
10
3
4
7
9
2
5
6
45
67
81
93
57
63
76
100
93
114
114
103
93
96
38
119
57
105
56
101
59
111
73
89
72
97
-
-
-
74
97
72
81
93
108
79
98
83
108
93
113
98
113
93
100
100
100
Колебания на частотах гармоник могут возникать также и в
фидере вследствие нелинейности характеристик размещенных в нем
ферритовых и полупроводниковых элементов. Кроме того, нели­
нейные свойства фидеров могут быть вызваны нелинейностью пе­
реходных сопротивлений между соприкасающимися поверхностя­
ми, поскольку в сочленениях волноводов, механических соедине­
ниях антенн и т.д. возможно образование слоев окислов, облада­
ющих нелинейной амплитудно-фазовой характеристикой. Нако­
нец, в процесс излучения гармоник основной частоты могут вне­
сти вклад нелинейные эффекты, подобные описанным и происхо­
дящие в элементах конструкции антенных мачт, а также в свар­
ных, клепанных, болтовых и других соединениях конструкций под­
вижного объекта, на котором размещено радиопередающее уст­
ройство. При излучении сигналов антеннами, расположенными на
подобных объектах, на металлических поверхностях, находящих­
ся в непосредственной близости от них, возникают наведенные
токи. В отличие от контактов в радиочастотных трактах, имею­
щих антикоррозионные покрытия и защищенных от внешних кли­
матических воздействий, соединения в элементах конструкции не­
редко выполняют исходя из требований лишь механической проч­
ности, и следовательно, они более подвержены влиянию коррозии
и связанных с ней нелинейных эффектов. Поэтому указанные эф­
фекты могут явиться причиной возникновения значительного уров­
ня излучений на гармониках (до -40... -80 дБ относительно мощ­
ности основного радиоизлучения). Уровни этих гармонических
33
составляющих могут изменяться в значительных пределах: до ±30 дБ
при сухих контактах и до ±13 дБ при влажных. Заметим, что с упомя­
нутыми явлениями тесно связано образование так называемых кон­
тактных помех.
Радиоизлучение на субгармониках - побочное радиоизлучение
на частотах, в целое число раз меньших частоты основного радио­
излучения. Несущие частоты их равны:/су5г = fjm, т ~ 2, 3, ..., где
f0- несущая частота основного радиоизлучения. Радиоизлучения
на субгармониках свойственны радиопередатчикам, использую­
щим умножение частоты. Схема умножения применяется не толь­
ко в относительно низкочастотных диапазонах, где используются
стабилизированные генераторы опорных частот, но и в диапазоне
СВЧ, поскольку мощность полупроводниковых или диодных ге­
нераторов, особенно в верхней части СВЧ диапазона, недостаточ­
но высока. Например, в излучающих модулях активных фазиро­
ванных антенных решеток могут использоваться маломощные
транзисторные генераторы и умножители частоты на варактор­
ных диодах или диодах с накоплением заряда.
Хотя в состав каскадов умножителя частоты входят частот­
ные фильтры, гармоники и субгармоники выделяемой частоты по­
давляются не полностью и присутствуют в спектре выходного ко­
лебания.
Паразитное радиоизлучение - вид побочного излучения, воз­
никающего в результате самовозбуждения радиопередатчика
из-за паразитных связей в его генераторных или усилительных кас­
кадах. Для данного излучения характерно, что его частота некрат­
на частоте основного радиоизлучения и субгароник: /пар ± mfQ,
т = 1, 2, 3,..., 1/2, 1/3 ... Паразитные излучения могут иметь место
на частотах как ниже, так и выше основной частоты. В ламповых
и транзисторных генераторах излучение на более низких частотах
чаще всего определяется самовозбуждением из-за паразитных ре­
зонансов в цепях питания. Частоты таких колебаний обычно на
порядок меньше основной частоты. Самовозбуждение на высоких
частотах возникает, например, при параллельном соединении не­
скольких выходных генераторных приборов. В этом случае пара­
зитные резонансы обусловлены наличием индуктивности соеди­
нительных проводов, выводов электровакуумных или транзистор­
34
ных приборов, а также конструктивными и межэлектродными
емкостями. Аналогичные явления могут возникать также в двух­
тактных схемах, в схемах нейтрализации выходных контуров пе­
редатчиков и др. В некоторых случаях образование паразитных
колебаний связано с явлениями в самих приборах, например с динатронным эффектом. В диапазоне СВЧ к перечисленным меха­
низмам добавляется возможность образования паразитных резо­
нансов в фидерном тракте вследствие влияния рассогласования ан­
тенны, соединенной с передатчиком протяженным фидером. Воз­
можны также паразитные резонансы на различных неосновных
типах колебаний резонаторов и типах волн в волноводах.
В радиопередатчиках диапазона СВЧ основную роль в воз­
никновении паразитных излучений играют внутренние паразит­
ные связи в электровакуумных приборах. Внутренние паразитные
связи обусловленны физическими процессами, происходящими в
самом электронном приборе, и могут быть устранены, как прави­
ло, только при оптимизации конструкции прибора.
Причины, приводящие к возникновению паразитных коле­
баний в результате внутренних связей в электронных приборах,
многообразны и в подавляющем большинстве случаев индивиду­
альны для каждого класса прибора. Имеющиеся эксперименталь­
ные данные позволяют заключить, что в сеточных ЭВП, транзис­
торах, клистронах редко возникают проблемы паразитных коле­
баний. Наиболее предрасположены к возбуждению паразитных
колебаний ЭВП с длительным взаимодействием (магнетроны, ам­
плитроны, ЛБВ, ЛОВ). Для генерации паразитных колебаний
в приборах этих классов необходимо выполнение двух условий:
наличие положительной обратной связи между выходом и входом
прибора в целом или его секциями и синхронизации электронного
потока с электромагнитной волной в замедляющей системе для
обеспечения необходимого усиления электромагнитной волны.
В относительно широкополосных усилительных приборах
(ЛБВ, амплитронах) эти условия могут одновременно выполнять­
ся на границах рабочей полосы частот замедляющих систем, где
еще обеспечивается достаточный синхронизм между электромаг­
нитной волной и потоком электронов. Сложность согласования
элементов электронного прибора между собой на этих частотах
35
может привести к положительным обратным связям при отраже­
нии волн от концов или неоднородностей замедляющей системы.
В узкополосных усилительных приборах ЛОВ М- и О-типа
условия паразитной генерации одновременно могут быть выпол­
нены за пределами полосы электронной перестройки в течение
фронта или спада модулирующего напряжения.
Мощность и значение частоты паразитного излучения трудно
предсказуемы и могут иметь значительный разброс даже в группе
однотипных устройств. В последние годы достигнуты значительные
успехи в разработке методов, направленных на исключения причин
возникновения паразитных колебаний или существенное ослабле­
ние их в ЭВП с длительным взаимодействием. Однако и во вновь
разработанных ЭВП (в основном в приборах М-типа) отмечаются
еще достаточно высокие уровни паразитных колебаний, нередко
достигающие -30...-40 дБ относительно основного колебания.
Комбинационное радиоизлучение - побочное радиоизлучение,
возникающее при воздействии на нелинейные элементы радиопе­
редающего устройства колебаний на частотах несущих или фор­
мирующих несущую частоту, а также гармоник этих колебаний.
Комбинационные излучения имеют место главным образом в ра­
диопередатчиках, в которых применяется возбудитель, создающий
сетку рабочих частот нелинейными преобразованиями вспомога­
тельных стабилизированных по частоте колебаний. Здесь на нели­
нейный элемент радиопередатчика поступают колебания с часто­
тами /р/,,/3, ..., находящиеся обычно в декадном соотношении:
f2=lQfx,f3=10f2, ... В результате их смешения возникают различ­
ные комбинационные составляющие с частотами /ком6= |±
± m2f2±... |. Выходной фильтр выделяет необходимую частоту,
осуществляя возбуждение широкополосного оконечного каскада
стабилизированным колебанием. Поскольку избирательные свой­
ства любого фильтра конечны, он лишь частично подавляет ос­
тальные неиспользуемые колебания. После усиления в оконечном
устройстве (с учетом его избирательных свойств) эти колебания
проявляются в виде нежелательных излучений с соответствующи­
ми частотами.
Другой причиной возникновения комбинационных излуче­
ний может быть многочастотный режим радиопередатчика. В мно-
36
гочастотном режиме работы усилителей мощности наиболее опас­
ными являются комбинационные колебания третьего порядка,
возникающие из-за нелинейности характеристик усилителей на
частотах:
Л_р/Р1-Л2,
где f v
- несущие частоты первого и второго сигналов.
Физическая природа возникновения этих сигналов та же, что
и в возникновении интермодуляционных излучений. В режиме
максимального кпд оконечных каскадов усилителя мощности от­
носительные уровни комбинационных составляющих третьего
порядка практически не зависят от типа электронного прибора
и могут достигать значений порядка -10...-14 дБ.
Уровни комбинационных излучений имеют наибольшие зна­
чения в полосе частот, соответствующей полосе пропускания око­
нечного усилителя, и довольно быстро убывают за ее пределами.
В ряде случаев значительные уровни комбинационных колебаний
на выходе радиопередатчика могут возникнуть на гармонике
несущей частоты информационного сигнала, если частота гармо­
ники также попадает в полосу пропускания усилителя мощности.
Амплитуды комбинационных составляющих зависят, в основном, от
схемы синтезатора. Наиболее совершенные из них, использующие
цифровые методы деления частоты и активные фильтры в виде кас­
кадов, охваченных частотной и фазовой автоподстройкой частоты,
имеют уровни комбинационных излучений порядка 80 ... 120 дБ
относительно мощности основного радиоизлучения.
Интермодуляиионное радиоизлучение - побочное радиоизлу­
чение, возникающее в результате воздействия на нелинейные эле­
менты высокочастотного тракта радиопередающего устройства
генерируемых колебаний и внешнего электромагнитного поля (от
другого радиопередатчика). В определенном смысле они являют­
ся результатом нарушения работы радиопередающего устройства
под влиянием радиопомех от других радиопередатчиков, имеющих
с рассматриваемым сильную связь. Такая ситуация соответствует
либо близкому расположению нескольких радиопередающих уст­
ройств с раздельными антеннами на ограниченной территории,
37
например на корабле, самолете, узле связи, либо при работе не­
скольких радиопередатчиков на общую антенну. Воздействие вне­
шних электромагнитных полей из-за конечной частотной избира­
тельности антенн, фидера и выходных фильтров передатчика,
а также вследствие недостаточного экранирования фидера и раз­
вязки по цепям электропитания может происходить через антен­
ны и помимо антенн, через корпуса и межблочные соединения,
а также цепи электропитания.
При наличии нелинейности любой природы, например вы­
ходного активного прибора или элементов фидера, происходит
взаимодействие внешнего колебания с частотой /п и генерируемо­
го. В результате появляются дополнительные составляющие на
частотах гармоник - mf0 и nfr (т, и = 1, 2, ...) и интермодуляцион­
ных частотахfmi= |± тх/а± m2f0±... |,
т2 = 1, 2, ...). Как и в
случае образования гармоник, имеют значение нелинейности ам­
плитудных и фазовых характеристик, причем последняя наиболее
характерна для приборов СВЧ диапазона. Например, для усили­
телей мощности, выполненных на ЛБВ, уровень интермодуляци­
онных составляющих равен -20 ...—40 дБ относительно уровня ос­
новного излучения даже в том случае, когда воздействующий сиг­
нал на 5 ... 10 дБ меньше уровня насыщения.
Число и амплитуды интермодуляционных составляющих за­
висят от степени нелинейности: чем сильнее выражены нелинейные
свойства, тем больше образуется интермодуляционных составляю­
щих и тем выше их амплитуды. Интенсивность интермодуляцион­
ных составляющих зависит также от порядка преобразования
^Чптт= I т\ + mi I и убывает, как правило, с ростом этой величины.
Если разность частот генерируемого и мешающего колеба­
ний невелика, интермодуляционные колебания могут возникнуть
из-за свойства автогенератора синхронизироваться приложенны­
ми к нему внешними колебаниями. Указанный механизм в прин­
ципе возможен в любых типах автогенераторов, но наибольшее
значение имеет для устройств СВЧ диапазона, в частности для ав­
тогенераторов на магнетронах. При воздействии на них внешних
колебаний, не вызывающих существенного изменения энергетичес­
ких характеристик, но имеющих малую расстройку от генерируе­
мой частоты, происходит частичный захват частоты. Действие
38
помехи в этом случае приводит к модуляции основного колебания
по амплитуде и частоте, а также к смещению частоты основного
колебания и изменению его мощности. При этом выходной спектр
оказывается несимметричным относительно центральной часто­
ты и содержит ряд боковых частот, отстоящих от основной на
(п = 1,2, ...). Величина Л/Х11Т имеет порядок разности частот
основного и мешающего колебаний:
I/, - I; ее точное зна­
чение, а также амплитуды спектральных составляющих зависят от
относительной амплитуды внешнего сигнала, расстройки и пара­
метров автогенератора. Полоса частот, в пределах которой еще
возможен указанный механизм интермодуляции, при относитель­
ном уровне помехи -20 ... -30 дБ может быть значительной и пре­
восходить в 15 ...25 раз полосу синхронизации автогенератора. При
этом относительный уровень интермодуляционных составляющих
может доходить до значений -30 ... -35 дБ, а при меньших рас­
стройках - даже до -10 ... -15 дБ.
Второй механизм возникновения интермодуляционных излу­
чений часто называют параметрическим. Электромагнитное поле
на частоте помехи изменяет параметры электронного прибора во
времени (крутизну вольтамперной характеристики сеточных ЭВП
и транзисторов, параметр группировки электронов в ЭВП СВЧ),
что приводит к модуляции сигнала на рабочей частоте и появле­
нию в спектре выходного сигнала колебаний на комбинационных
частотах.
Кроме отмеченных механизмов возникновения интермодуля­
ционных излучений, связанных непосредственно с процессами в ак­
тивных устройствах, как и в случае излучений на гармониках, воз­
можно образование их из-за нелинейных свойств элементов фидера
и различных элементов конструкции. Из интермодуляционных ко­
лебаний наиболее интенсивными являются колебания третьего по­
рядка на частотах 2/п -f0 и 2fQ -fn, уровень которых нередко дости­
гает -35. ..-20 дБ при уровне внешнего сигнала -20...-15 дБ.
При воздействии двух и более мешающих колебаний интер­
модуляционные частоты/ивт = |± mJz± /и,/п1 ± m,fn3± ... |. а их
общее число оказывается значительным. Например, 10 работаю­
щих передатчиков могут генерировать около 100 составляющих
второго порядков (N^ = 2) и 800 - третьего порядка (Nm = 3) .
39
Все сказанное относится к немодулированным основным ко­
лебаниям. При наличии модуляции передаваемого сигнала могут
оказаться модулированными и некоторые составляющие побоч­
ных излучений. В зависимости от механизма возникновения по­
бочного излучения его спектр либо подобен спектру основного
радиоизлучения, либо занимает более широкую полосу частот.
2.2.2. Внеполосные излучения
Внеполосное радиоизлучение определяется как нежелатель­
ное в полосе частот, примыкающей к необходимой полосе радио­
частот, и является результатом модуляции. Оно может быть вы­
звано рядом причин, к наиболее существенным из которых можно
отнести следующие.
1. Передача сигналов с более широкой полосой частот, чем это
требуется для нормальной работы. Например, для импульсной пе­
редачи с чрезмерно крутыми фронтами полоса частот, в которой
сосредоточена основная доля мощности, может превышать необхо­
димую полосу частот. Как видно из рис. 2.5, сигналы прямоуголь­
ной формы по сравнению с сигналами другой формы при одной и
той же длительности импульсов характеризуются замедленным убы­
ванием спектральных составляющих, а значит, занимают более
широкую полосу частот. Ограничение длительности фронта импуль­
са, скругление их вершин приводят к существенному уменьшению
ширины спектра. Поскольку
максимально возможная кру­
тизна фронта требуется дале­
ко не всегда (тем более, что
любой приемник имеет огра­
ниченную полосу пропуска­
ния и, следовательно, импуль­
сный сигнал на его выходе
имеет фронты конечной дли­
тельности), завышение требо­
Отсройка по частоте от несущей, МГц
ваний к крутизне модулиру­
ющих импульсов приводит к
Рис. 2.5. Спектры импульсов
появлению интенсивных вне­
различной формы
при равной их длительности
полосных излучений.
40
2. Наличие нелинейности амплитудных характеристик элемен­
тов передатчика (усилитель, модулятор, элементы фидера). В ре­
зультате в спектре выходного колебания присутствуют дополни­
тельные частотные составляющие, обусловленные биениями час­
тот отдельных спектральных составляющих передаваемого сигна­
ла, как в пределах необходимой полосы частот (нелинейные иска­
жения сигнала),так и вне ее (внеполосные излучения).
К аналогичным результатам приводит наличие нелинейнос­
ти фазовых характеристик. Зависимость фазы выходного напря­
жения от амплитуды входного сигнала, присущая многим прибо­
рам диапазона СВЧ, вызывает существенное расширение спектра
выходного колебания. Так, при амплитудной модуляции сигнала
в усилителях на ЛЕВ возникает паразитная фазовая модуляция,
которой соответствует более широкий спектр. В импульсных маг­
нетронных автогенераторах
наблюдается девиация фазы
колебания во время нараста­
ния и спада огибающей им­
пульса, а во время формирова­
ния плоской части импульса
нередко происходит паразит­
ная амплитудная модуляция,
также приводящая к появле­
нию внеполосных радиоизлу­
чений. В этих случаях спектр
излучения радиопередатчика
несимметричен и занимает по­
лосу частот, значительно пре­
Рис. 2.6. Спектр излучения
восходящую необходимую
магнетронного передатчика
(рис. 2.6).
3. Наличие нелинейности в тракте формирования модулирую­
щих сигналов. Данное явление вызывает расширение полосы час­
тот модулирующего сигнала вследствие образования дополнитель­
ных спектральных составляющих. Модулирующий сигнал
в этом случае занимает более широкую полосу частот, что неизбеж­
но приводит к расширению спектра радиоизлучения. Наличие перемодуляции, т.е. использование модулирующих сигналов чрезмер-
41
но высокого уровня или ограничение их амплитуд улучшает неко­
торые индивидуальные характеристики радиопередатчиков и ши­
роко применяется, например, в подвижных РЭС. Однако при этом
существенно расширяется спектр модулированных радиосигналов.
Так, повышение уровня модулирующего сигнала на 17% по отно­
шению к уровню 100%-ной амплитудной модуляции может привес­
ти к возрастанию боковых составляющих вида/, ± 3FM0A до 8дБ.
4. Использование квантования также вызывает расширение спек­
тра по сравнению со случаем, когда квантование не используется.
2.2.3. Шумовые излучения
Шумовое излучение радиопередающего устройства - неже­
лательное радиоизлучение, обусловленное собственными шумами
и паразитной модуляцией генерируемого колебания шумовыми
процессами радиопередатчика. Для него характерны уровни на
60.. 80 дБ ниже уровня основного излучения и весьма широкая по­
лоса частот, превышающая необходимую в десятки и сотни раз.
Несмотря на относительно низкий уровень, шумовые излучения
могут в ряде случаев нарушать работу близкорасположенных ра­
диосредств, использующих соседние радиоканалы.
Источниками шумовых излучений являются различные эле­
менты передатчика: электровакуумные или твердотельные прибо­
ры в выходных автогенераторах или усилителях мощности, возбу­
дитель, низкочастотные тракты модуляторов, источники электро­
питания. Шумы, возникшие в передатчиках, могут проводить к
амплитудной и фазовой модуляциям основного колебания шумо­
вым процессом, что и обусловливает шумовые излучения. Важно
отметить, что в мощных приборах шумовые излучения нередко
проявляются в отсутствие основного излучения.
Одной из причин наличия интенсивных шумовых излучений
является то, что требования достижения высокого КПД и малых
шумов оказываются, как правило, противоречивыми. Например,
в генераторах на диодах Ганна обеспечивается уровень шумового
излучения на 10 ...15 дБ меньше, чем в генераторах на лавинно­
пролетных диодах (ЛПД). Однако по КПД они заметно уступают
автогенераторам на ЛПД. Аналогичное положение имеет место и
42
при использовании в диапазоне СВЧ биполярных и полевых тран­
зисторов (последним свойствен уровень шума, меньший пример­
но на 20 дБ).
Значительные шумы создаются возбудителями, в особенно­
сти имеющими каскады умножения частоты, а также синтезато­
рами частоты, формирующими сетку опорных частот за счет
нелинейных преобразований их ряда. В этих случаях на нелиней­
ных элементах схем действуют полезные колебания требуемых ча­
стот и собственные шумы. После преобразования на нелинейном
элементе полезные сигналы образуют колебания требуемых час­
тот, а биения шумовых колебаний и гармонических составляю­
щих - шумовой процесс. Однако амплитуды преобразованных со­
ставляющих уменьшаются в большей мере, чем соответствующие
плотности шумового спектра, в результате отношение сигналшум после преобразования ухудшается. Например, удвоитель
частоты ухудшает это отношение приблизительно на 6 дБ, а утроитель - на 10 дБ. Аналогичные значения соответствуют и пре­
образованиям второго - третьего порядка при смешении частот
двух колебаний. Таким образом, при многократных умножениях
или преобразованиях частоты сигналы на выходе возбудителя
могут иметь значительный уровень шумов, порождающих шумо­
вые излучения.
Интенсивность шумовых излучений (спектральная плот­
ность мощности, измеряемая при определенных значениях от­
стройки) зависит от схемы передатчика, его назначения, диапа­
зона частот, применяемой элементной базы и отстройки А/ от
частоты /0 основного излучения. Так, для диапазонных транзис­
торных и ламповых радиопередатчиков при отстройках от f0 до
10 ... 15% наибольший вклад вносят оконечные каскады. Здесь
скорость спада около 3 дБ на октаву, а уровень шумов от возбу­
дителя значительно меньше. При больших отстройках уровень
шума практически постоянен и определяется лишь фильтрующи ­
ми свойствами антенн передатчика и фидеров. В резонансных
передатчиках при отстройках от f0 до 1 ... 2% преобладает влия­
ние шумов возбудителя (скорость спада до 15 ... 18 дБ на октаву).
Скорость убывания огибающей энергетического спектра шумо­
вых излучения в этих случаях зависит от числа и качества изби-
43
рательных цепей в предварительных и выходных каскадах пере­
датчика. Например, полосовые фильтры в выходных цепях пере­
датчика дециметрового диапазона волн на основе коаксиальных
резонаторов позволяют снизить его шумовые излучения с 15 до
185 дБ при отстройках от fQ в пределах ± 2МГц в полосе 3 кГц.
При больших расстройках от fQ преобладают шумы источников
электропитания.
Наибольшее практическое значение имеет учет шумовых из­
лучений в системах радиосвязи. Возможные нарушения ЭМС для
них связаны с тем, что они часто создают помехи приему в сосед­
них частотных каналах. Наличие‘шумовых излучений влияет на
выбор частот соседних радиосредств, а также частот приемников
и передатчиков при организации дуплексной радиосвязи.
2.2.4. Параметры нежелательных излучений
радиопередатчиков
Для количественной оценки уровней нежелательных излуче­
ний радиопередатчиков используется ряд их параметров. Выбор
параметров, используемых в практике ЭМС, характеризующих
неосновные (нежелательные) излучения радиопередатчиков, опре­
деляется следующими требованиями:
- используемые параметры должны быть в достаточной мере
информативны и отражать основные свойства помех, влияющих
на работу различных рецепторов;
- вводимые параметры должны допускать, по возможности,
простое представление, удобное для включения их в нормируемые
показатели;
- эти параметры должны быть достаточно удобными с точки
зрения возможности их контроля при непосредственном измерении.
Учитывая условия в качестве параметров радиоизлучений
передатчиков, как правило, используют величины, характеризую­
щие интенсивности их в выходном тракте радиопередатчика.
Для побочных излучений в качестве параметра используется
величина абсолютной или относительной (по отношению к мощ­
ности основного излучения) мощности наибольшего по уровню
побочного излучения (рис. 2.7):
44
PS^lOlgfmax/SJ.sBBT;
(2.2)
^=1018{ши(^,/;*),дБ.
Рис 2 7 К определению параметров побочных излучений
Внеполосные излучения характеризуются параметрами спект­
ра выходного колебания радиопередатчика. В качестве этих пара­
метров в большинстве практических случаев используется ряд зна­
чений полос частот - ВХ1, соответствующих относительным уров­
ням Xt дБ (рис. 2.8). Чаще всего это значение полос частот В3 и В60,
соответствующих относительным уровням - 3 и — 60 дБ, реже - B-iW
соответственно уровню - 30 дБ.
Рис. 2.8. К определению параметров внеполосных излучений
45
Шумовые излучения характеризуются спектральной плотностью
шумового излучения - абсолютной в Вт/Гц, или относительно основ­
ного излучения и шириной полосы частот, в пределах которой ин­
тенсивность шумовых составляющих превышает некоторый уровень.
2.3. Индустриальные помехи
2.3.1. Понятие индустриальных помех
Исторически сложившийся термин «индустриальные радиопо­
мехи» (ИРП) объединяет широкий круг электромагнитных помех,
создаваемых различными электронными и электротехническими
устройствами, применяемыми в технике, быту и т.д. Роль методов
борьбы с индустриальными помехами, влияющими на ЭМС средств,
весьма велика, так как эти помехи не только ухудшают показатели
качества средств радиовещания, связи, телевидения и т.п., но и яв­
ляются одной из важнейших причин нарушения ЭМС РЭС на объек­
тах. Источники индустриальных помех достаточно плотно разме­
щены в пространстве, часто в непосредственной близости от РЭС —
рецепторов. Поэтому, несмотря на меньшую мощность на радиоча­
стотах в сравнении с радиостанциями, ИРП в значительной степени
определяют электромагнитную обстановку.
Воздействуя различными путями на радиоэлектронную ап­
паратуру, они ухудшают качество работы не только радиоприем ­
ных устройств, но и различных средств, не предназначенных для
радиоприема: электронно-вычислительных машин, средств элект­
ронной автоматики, устройств преобразования информации и т.п.,
работающих как самостоятельно, так и в комплексе с радиопере­
дающими и радиоприемными устройствами.
Существуют две главные причины возникновения индустри­
альных радиопомех. Во-первых, в цепях различных устройств про­
текают переменные электрические токи и создание помех обуслов­
лено излучением электромагнитных полей, создаваемых этими
токами, в окружающее пространство. Для таких помех характер­
но то, что их спектральный состав соответствует сигналам, исполь­
зуемым в источнике помех для передачи полезной информации или
обработки ее. Другая причина связана с изменением энергопот­
ребления нагрузками, прерыванием контактов и переходными
46
процессами в цепях. В этом случае спектр помех оказывается шире
спектра колебаний, существующих в рассматриваемой цепи при
условии регулярности протекающего тока. Помехи, соответству­
ющие этим дополнительным спектральным составляющим, излу­
чаются в окружающее пространство, а также распространяются в
различных электрических цепях, в том числе цепях электропита­
ния. Таким образом, источником индустриальных помех может
быть любое электротехническое или электронное устройство, при­
чем не только в силу специфики выполняемых им функций, но и в
вследствие технической неисправности силовых цепей, устройств
коммутации и т.д. Среди различных видов индустриальных помех
выделим следующие:
• Узкополосные помехи. Их возникновение связано с суще­
ствованием в аппаратуре - источнике помех непрерывных перио­
дических или почти периодических электрических процессов.
Спектр колебаний сосредоточен в относительно узкой полосе час­
тот A/по сравнению с ее средним значением^.
• Широкополосные помехи. Их возникновение связано с ши­
рокополосными непрерывными или импульсными процессами
в аппаратуре источника помех.
• Кратковременные помехи, представляющие собой одиноч­
ные импульсы или непериодические импульсные последователь­
ности с большой скважностью.
• Контактные помехи, проявляющиеся как расширение спек­
тра излучения радиопередающих устройств, расположенных на
объектах в процессе их движения;
• Помехи, связанные с преобразованием механической энер­
гии в электрическую.
Рассмотрим конкретные причины, приводящие к появлению
указанных помех, типичные источники и их характеристики.
2.3.2. Источники непрерывных помех
К устройствам, создающим индустриальные радиопомехи в
виде непрерывных электромагнитных полей, относятся: промыш­
ленные нагревательные установки, высокочастотные индукцион­
ные электрические печи, медицинское оборудование, в котором
используются высокочастотные генераторы, и т.д. К ним же мож-
47
но отнести гетеродины радиоприемников, генераторы накачки
лазеров и другие подобные устройства. Источники данного вида
легко определить, их характеристики можно прогнозировать.
Для источников этого вида характерно, что они генерируют
относительно регулярные высокочастотные колебания. Создавае­
мые ими помехи близки к гармоническим, их спектры узкополос­
ные и имеют максимальную интенсивность вблизи частот основ­
ного колебания и отчасти его гармоник. По статистическим свой­
ствам они близки к детерминированным. Источники данного вида
легко определить, их характеристики можно проигнорировать.
Значительное число источников индустриальных помех ге­
нерирует более широкополосные непрерывные периодические по­
мехи. Такие помехи создают генераторы разверток телевизионных
приемников, видеотерминалов ЭВМ, индикаторов РЛС, различ­
ные электрические и радиоэлектронные устройства, в частности
модуляторы, усилители сигналов изображения, средства автома­
тического управления и т.д.
2.3.3. Источники широкополосных помех
Значительное число источников создает индустриальные
радиопомехи в виде почти периодической или хаотической пос­
ледовательности импульсов. Характеристики данных помех оп­
ределяются формой и частотой повторения импульсов, частот­
ный спектр их бывает довольно широким, так как энергия та­
ких помех распределена в широкой полосе частот. Форма им­
пульсов данных помех, их длительность и частота повторения,
как правило, различны и случайны. Рассмотрим наиболее ха­
рактерные из них.
Системы зажигания. Мощными источниками индустриаль­
ных помех являются различные системы запуска (зажигания) дви­
гателей внутреннего сгорания (авиационных, морских, наземных).
Электромагнитные помехи создаются импульсными токами, про­
текающими в цепях зажигания, и переходными процессами в ука­
занных цепях. Длительность импульсов составляет от долей мик­
росекунды до единиц наносекунд, вследствие чего спектр помехи
оказывается широким, до нескольких сотен мегагерц. Интенсив­
ность помех от систем зажигания обычно максимальна в полосе
48
частот от 30 до 300 МГц. Типичный вид частотной зависимости
для этого вида помех показан на рис. 2.9.
Рис. 2.9 Уровень ИРП от систем зажигания на расстоянии 10 м от дороги
согласно данным измерений различных авторов
Помехи от систем зажигания являются одной из серьезных
причин нарушений ЭМС не только РЭС, расположенных вблизи
трасс с интенсивным движением, но и на объектах, оборудованных
двигателями внутреннего сгорания. Исследования показали, что
напряженность электрического поля этих помех на объекте может
достигать высоких значений. Например, на автомобиле, не обору­
дованном специальными помехоподавляющими устройствами, на­
пряженность электрического поля может достигать 500 мкВ/м
и более.
Для некоторых служб, в частности сухопутной подвижной
связи, большое значение имеют помехи, создаваемые группой ав­
томобилей, так как на удалении до 60 ...80 м от шоссе с интенсив­
ным автомобильным движением эти помехи практически преоб­
ладают над остальными видами ИРП. Указанные помехи представ­
ляют собой поток групп импульсов, длительность каждого из ко­
торых колеблется от нескольких микросекунд до нескольких мил­
лисекунд, а длительность отдельных импульсов - от 1 до 6 нс. Ин­
тенсивность этих помех подвержена значительным изменениям
(до ± 16 дБ) в соответствии с плотностью движения.
Линии передачи электроэнергии. Высоковольтная аппаратура
и линии передачи электроэнергии (ЛЭП) создают импульсные по-
49
мехи максимальной интенсивности во время дождя, снега, тумана
и высокой влажности воздуха, а в засушливых районах - при боль­
шой турбулентности воздуха и повышенной солнечной радиации.
Непосредственной причиной возникновения данных помех явля­
ются дефекты изоляторов опорной мачты, а также переходные
процессы, вызываемые электрическими разрядами, хаотически
возникающими на поверхностях проводников и изоляторов линии.
Помехи от ЛЭП представляют собой случайный поток импуль­
сов. По характеристикам этот вид помех аналогичен помехам, со­
здаваемым системами зажигания, но отличается большей средней
длительностью импульса и меньшей средней частотой следования.
Спектр этих помех занимает полосу частот примерно от 14 кГц до
1 ГГЦ (рис. 2.10).
Частота, кГц
Рис 2.10. ИРП от ЛЭП
Помехи от ЛЭП излучаются в окружающее пространство,
а также распространяются на значительные расстояния вдоль ко­
аксиальной (подземный кабель), двухпроводной или многопровод­
ной линии передачи (воздушная ЛЭП).
Дуговые сварочные аппараты. Помехи от этих аппаратов обус­
ловлены излучением дугового разряда на частоте сети и ее гармо­
никах вследствие переходных процессов и являются широкополос­
ными импульсными помехами. Интенсивность их весьма высока,
что дает основание считать такой вид помех одним из наиболее
опасных.
50
Результаты измерений спектров этих помех указывают на на­
личие трех широких резонансных полос, центры которых соответ­
ствуют частотам, равным примерно 750 кГц, 3 и 20 МГц, хотя спектр
излучения каждого отдельно взятого аппарата не обязательно вклю­
чает в себя все эти резонансные полосы. Близкими к ним по причи­
нам возникновения и основным свойства создают также нагрева­
тельные установки для сваривания пластмасс. Хотя в основном
спектр этих помех сосредоточен в области до 35 МГц, высшие гар­
моники могут проявляться до частот порядка 1 ГГц. На рис. 2.11
приведены данные, характеризующие частотные зависимости ИРП,
соответствующих указанным устройствам.
Дуговой сварочный
аппарат
*
Аппарат
для
склеива-ч
Пре.тварительный
Е агреватель
плас тмасс (12кВт)
древеси­
ны
(3 кВт)
г»
I
1 г
1
1 1
т
г
ж
1 1 ij] 1 ill
1
h1 rill
1 11
uh
п Иг
t 1
1 i 11 1 111
1 III)
1
1 1 >111 1 ПН
III
11 11 11 111 1 Illi
2
т
А
1
1
1
1
1
!-------- I
1
0.5
1
2
3
1 1
5 7 10
1
1
1
20
50 70 100
300 500
1000
Частота. мГц
Рис. 2.11. ИРП от дугового сварочного аппарата, устройства для сушки
и склеивания древесины и нагревателя пластмасс (на расстоянии 300 м)
Газоразрядные источники света. Лампы дневного света и нео­
новые лампы создают непрерывные флуктуационные помехи,
а ртутные дуговые и натриевые лампы - импульсные помехи.
Непосредственной причиной возникновения помех является нере­
гулярный характер тока при газовом разряде. В цепях электропи­
тания мощных ламп протекают интенсивные токи, создающие зна­
чительный уровень радиопомех в широкой полосе частот. Напри­
мер, люминесцентные лампы могут создавать помехи в диапазоне
51
частот 10 ... 100 МГц и более. В качестве иллюстрации на рис. 2.12
приведены данные для флуоресцентных ламп.
Рис. 2.12 ИРП. излучаемые флуоресцентной лампой на расстоянии 0.9 м от нее
---------- _ лампа с холодным катодом длиной 2,4 м.
- - ------- блок из двух ламп с холодным катодом длиной 0,6 м,
-------------лампа с горячим катодом длиной 1.2 м
Контактная сеть. Источником индустриальных помех может
быть любая электрическая цепь, в которой происходят частые и рез­
кие изменения тока, обычно связанные с разрывом контактов, искрообразованием, появлением утечки тока через изоляцию, иони­
зацией газа. Мощным источником помех является электротранспорт,
движение которого сопровождается частым прерыванием контакта
между воздушным проводом и токосъемником. Эти и другие по­
добные электрические устройства создают помехи в виде групп им­
пульсов или непериодических импульсных последовательностей.
Например, помехи при каждом прохождении электротранспорта
представляют собой поток импульсов в течение 20...30 с длительно­
стью импульса около 4,5 мс и средней частотой следования около
220 Гц. Спектр этих помех занимает широкую полосу частот, а уро­
вень зависит от типа устройства и, как правило, увеличивается с
ростом мощности потребителей электроэнергии.
52
Помехи от электродвигателей. Среди всех типов электродви­
гателей наибольшие помехи создают двигатели коллекторного
типа, широко используемые как в бытовых приборах, так и в раз­
личных исполнительных механизмах. Причиной возникновения
помех является прерывание контактов и, как следствие, возникно­
вение импульсных токов в электрической цепи двигателя. Помехи
имеют вид хаотического потока импульсов, их спектр может зани­
мать полосу частот от 10 кГц до 1 ГГц. Помехи, создаваемые при
работе электродвигателей, распространяются в сети электропита­
ния, а также излучаются в окружающее пространство.
Вторичные источники электропитания. Значительные уров­
ни помех могут создаваться самими источниками электропитания.
Так, при работе мощных тиристорных выпрямителей нередко воз­
никают периодические помехи на частоте второй гармоники пере­
менного тока. Данные помехи занимают область частот, превы­
шающую несколько десятков мегагерц. Другая причина возник­
новения помех от источников электропитания связана с тем, что
при перегрузках трансформаторы входят в режим насыщения, про­
текающие в них токи имеют несинусоидальную форму, т.е. содер­
жат гармоники. В этом случае источник электропитания создает
также помехи на частотах гармоник сети переменного тока.
2.3 4. Кратковременные помехи
Первичные и вторичные цепи питания электротехнического
и радиоэлектронного оборудования могут служить источником
импульсных помех, обусловленных переходными процессами
из-за резких изменений тока. Суть этого механизма заключается в
том, что при изменении электропотребления одним из средств (на­
пример, при включении электродвигателей, исполнительных ме­
ханизмов и других потребителей) изменяется напряжение, действу­
ющее в цепи электропитания. Это изменение, а также сопровож­
дающие его переходные процессы в виде скачков тока или колеба­
тельных процессов нередко имеют большую амплитуду и широ­
кий спектр. Так, зарегистрированы случаи, когда в бортовой ап­
паратуре наблюдались скачки напряжения с амплитудой до сотен
вольт и длительностью около 10 мкс.
53
По спектральному составу помехи, возникающие при ком­
мутации электрических цепей, близки к другим видам широкопо­
лосных помех (рис. 2.13).
Рис 2 13 Зависимость от частоты уровня помех,
созданных размагничивающим (7). переключающим (2)
и электромеханическим переключающим (3) устройствами
и определенных на расстоянии 7.5 м от ИП
Основное отличие, по которому эти помехи выделены в обособ­
ленную группу, заключается в их кратковременности и нерегулярном
характере. Это обстоятельство в значительной мере определяет ха­
рактер воздействия их на различные рецепторы. Помехи этого вида
весьма опасны для цифровых устройств: не только как приводящие к
нарушению работы, но и в ряде случаев к необратимым отказа ввиду
повреждений активных элементов.
Другая особенность помех, создаваемых устройствами ком­
мутации, состоит в том, что нерегулярный и кратковременный ха­
рактер их требует использования специальных методов и аппара­
туры для контроля уровней.
2.3.5. Контактные помехи
Контактные помехи и их источники. В любом подвижном
объекте имеется большое число металлических элементов конст­
рукции, соприкасающихся или неплотно соединенных между со­
бой винтами, болтами, заклепками, а также с помощью сварки.
54
Полное сопротивление между контактирующими поверхностями име­
ет комплексный характер и зависит от материала, конфигурации и со­
стояния поверхностей, прижимного усилия и дестабилизирующих фак­
торов (температура, влажность и т.п.)- В диапазоне низких частот (там,
где работают, например, электрические устройства автоматики и те­
лемеханики) модуль контактного сопротивления определяется в ос­
новном активной составляющей, а на высоких частотах (порядка со­
тен мегагерц) - преимущественно емкостным сопротивлением. Если
объект находится в покое, сопротивление контакта остается постоян­
ным.
При движении объекта под воздействием вибрации, качки,
ударов контактное сопротивление становится переменным. В за­
висимости от характера изменения контактного сопротивления во
времени различают контакты трения, качения и скольжения, а так­
же случайно переключающиеся разрывные контакты. К первой
группе можно отнести контакты между элементами конструкции
объекта, имеющими неплотные механические сочленения или до­
пускающие по условиям эксплуатации небольшие взаимные пере­
мещения. Эти контакты между элементами конструкции, частич­
но расходящимися в процессе движения, контакты между враща­
ющимися частями (колеса, лопасти винтов и т.д.), контакты меж­
ду колесами железнодорожных вагонов и грузовых тележек и рель­
сами и т.д. Группа случайно переключающихся разрывных кон­
тактов представлена контактами между неплотно соединенными
элементами конструкции в условиях сильной вибрации. Их сопро­
тивление может изменяться от очень малых до бесконечно боль­
ших значений. Контакты двух или более соприкасающихся прово­
дящих элементов конструкции подвижного объекта, полное сопро­
тивление между которыми в процессе движения изменяется в ши­
роких пределах, называют переменными контактами.
Контактными помехами называют непреднамеренные поме­
хи, возникающие в результате переизлучения электромагнитного
поля элементами конструкции объекта, имеющими контакты, со­
противление которых в процессе движения объекта изменяется.
Возникновение контактных помех объясняется следующим обра­
зом. Под действием электромагнитного поля, излученного пере­
дающей антенной, на элементах конструкции объекта возникают
55
наведенные электрические токи. Другой причиной появления токов мо­
жет быть электризация объекта. Если объект находится в покое, спектр
вторичного излучения, обусловленного этими токами, совпадает со спек­
тром первичного излучения. В процессе движения указанные токи, а
следовательно, и поля излучения этих токов оказываются промодулированными по амплитуде и фазе в соответствии с законом изменения кон­
тактных сопротивлений. Появляющиеся при этом дополнительные час­
тотные составляющие и являются контактными помехами Характер­
ным для них является то, что они присутствуют только при движении
объекта (рис. 2.14).
Гармоника
а
1
|
Частота
/о
2/о
Уровень
Контактные
помехи
/о
б
2f0
Частота
Рис 2.14 Контактные помехи, а - спектр излучения радиопередающего устройства
на стоянке, б - при движении объекта
Спектр контактных помех, возникающих при облучении гар­
моническим полем переменных контактов, когда сопротивление их
изменяется во времени по непрерывному случайному закону, со­
держит дискретную составляющую на частоте облучения и сплош­
ной спектр, симметрично расположенный относительно частоты
облучающего поля. Энергетический спектр контактных помех, воз­
никающих при облучении гармоническим полем случайно переклю­
чающихся разрывных контактов, в общем случае опреде-
56
ляется результатом модуляции несущей частоты смешанным импуль­
сным случайным процессом и имеет как непрерывную часть, так и
дискретные составляющие. Если изменения контактов соответству­
ют апериодическому случайному процессу, указанный спектр также
является непрерывным. Так, для случайной последовательности им­
пульсов постоянных амплитуды и длительности он подобен спектру
одиночного радиоимпульса. В любом случае спектр контактных по­
мех занимает широкую полосу частот.
В некоторых случаях проявляются также нелинейные свой­
ства контактов между элементами конструкции. Они обусловле­
ны наличием окисных пленок, образуемых вследствие коррозии,
а также эффектом дутообразования, когда происходит электричес­
кий пробой слоя окисла под воздействием приложенного напря­
жения. Это напряжение в зависимости от материала колеблется от
10 до 15 В. Нелинейность контактов приводит к тому, что вторич­
ное электромагнитное поле содержит гармоники частот передат­
чиков и интермодуляционные составляющие, промодулированные
в соответствии с законом изменения контактных сопротивлений
во времени. Таким образом, при облучении нелинейного перемен­
ного контакта электромагнитным полем нескольких радиопередат­
чиков спектральные составляющие контактных помех будут рас­
полагаться около основных частот, их гармоник и интермодуля­
ционных частот.
Структура контактных помех на большинстве объектов име­
ет квазиимпульсный характер. Мгновенное значение огибающей
напряженности суммарного поля этих помех содержит флуктуа­
ционную и импульсную составляющие. Первая обусловлена облу­
чением переменных контактов трения, качения и скольжения, а вто­
рая — облучением случайно переключающихся разрывных контак­
тов. Соотношение между ними зависит от режима движения объек­
та и типа преобладающих контактов. Так, флуктуационная со­
ставляющая контактных помех имеет большой вес на вертолетах,
а импульсная - на железнодорожном транспорте. В суммарном поле
контактных помех, образуемых при движении самолетов и авто­
мобилей, присутствуют обе составляющие. С ростом числа пере­
менных контактов и частоты их переключения суммарное поле
контактных помех приближается по свойствам к непрерывному
Ю.Е Седельников 3
57
нормальному случайному процессу. Спектр частот контактных помех,
как следует из причин их появления, занимает значительную полосу,
нередко превышающую несколько мегагерц.
2.3.6. Помехи, не связанные с непосредственным
использованием электромагнитной энергии источником помех
Индустриальные помехи могут вызываться электризацией дви­
жущегося объекта в результате трения его корпуса о воздух с
взвешенными в нем частицами пыли, дыма, снежинками и т.д.
Плотность индуцированных электрических зарядов максимальна
в местах, где имеются малый радиус изгиба поверхности или ост­
рые кромки. Так, у концов крыльев самолета или лопастей винтов
вертолета она в 5-8 раз выше, чем на поверхности средней части
фюзеляжа. Уровень электризации корпуса самолета (вертолета,
автомобиля) бывает настолько высоким, что может произойти
коронный разряд, создающий помехи с широким спектром. Сте­
пень электризации и, следовательно, интенсивность этого вида
помех (рис. 2.15) зависят от скорости движения и примерно про­
порциональны кубу скорости.
з-
/
0,1
Г
1
1,0
10
/о, МГц
Рис. 2.15. Спектр помех, вызванных электризацией самолета из-за токов
с непроводящих участков (У), стекания токов с проводящих участков (2),
электрического пробоя (5)
К этой же группе следует отнести помехи, возникновение ко­
торых обусловлено процессами преобразования механической энер­
гии в электрическую и не связано непосредственно с использова­
58
нием электромагнитной энергии источником помех. Так, перемен­
ные механические нагрузки в элементах радиоустройства (ЭВП,
твердотельные приборы и т.д.) способны вызвать появление по­
мех из-за пьезо- и трибоэлектрического эффектов и других физи­
ческих причин. К данной группе помех также можно отнести и на­
веденные переменные токи, образуемые вследствие перемещения
проводников в магнитном поле. Помехи этого вида обычно воздей­
ствуют только на устройства, в которых они возникли, и малосуще­
ственны для других РЭС.
2.3.7. Количественные характеристики
индустриальных радиопомех
Для количественного описания ИРП используют две группы по­
казателей. Первая из них относится к конкретным устройствам и ха­
рактеризует интенсивность создаваемых им помех. Характеристики
этой группы используют главным образом в качестве нормируемых
показателей источников помех. Показатели этой группы могут также
применяться при прогнозировании ЭМС, при воздействии конкретного
источника ИРП на конкретный рецептор помех.
Ввиду значительного разнообразия временной структуры,
частотных свойств и статистических свойств электромагнитных
процессов, представляющих ИРП, создание унифицированной си­
стемы показателей, отражающих свойства ИРП различного про­
исхождения, является довольно сложной задачей. Эта система по­
казателей должна отвечать ряду требований:
- быть в достаточной мере универсальной, пригодной для
оценки свойств помех, создаваемых техническими средствами раз­
личного функционального назначения;
- быть достаточно информативной, характеризовать свой­
ства данной помехи оказывать влияние на рецепторы помех раз­
личных типов;
- быть достаточно простой в практическом использовании,
допускающей непосредственное измерение введенных показателей;
- обеспечивать, при соблюдении правил проведения измере­
ния, повторяемость результатов контроля введенных показателей.
Исходя из компромисса между перечисленными требования­
ми к системе показателей, в настоящее время для количественно-
59
го описания свойств ИРП, создаваемых конкретными устройства­
ми, сформировалась определенная система показателей, закреп­
ленная в большинстве стандартов, относящихся к источникам ИРП.
Рассмотрим, прежде всего, принципы, положенные в основу выбо­
ра этих показателей.
Электромагнитные процессы, представляющие собой ИРП, су­
ществуют в двух формах:
- в виде электромагнитных полей в окружающем простран­
стве, включая поля ближней и дальней зоны
.
*
Интенсивность этих
полей описывается зависимостями напряженностей электрическо­
го и магнитного полей от пространственных координат (х, у, z) и
частоты /: Е(х, у, z, f ") и Н(х, у, z,f). Использование в качестве
числовых показателей, в том числе подлежащих нормированию,
четырехмерных функций нереально
.
**
Поэтому, на практике в ка­
честве характеристики интенсивности ИРП используют частотные
зависимости значений напряженности электрического и магнит­
ного полей, определяемых на стандартном расстоянии от источ­
ника помех;
- в виде направляемых электромагнитных волн, распростра­
няющихся в волноведущих структурах, как правило, образован­
ных проводниками электрических цепей. Поскольку в подавляю­
щем большинстве практических случаев распространяющиеся вол­
ны являются волнами Т-типа, интенсивность их вполне корректно
определяется значениями электрических напряжений между про­
водниками и электрических токов, протекающих в проводниках в
различных их сечениях. Кроме того, ввиду относительно низких
частот колебаний, соответствующих ИРП, явления временного
запаздывания несущественны. Это позволяет в качестве количе­
ственной меры интенсивности ИРП, распространяющихся в про­
водниках, использовать значения этих напряжений и токов как
функций частоты (безотносительно сечения, например на выход­
ных зажимах). При этом для обеспечения и унификации процессов
измерений и повторяемости их результатов напряжения и токи
* Подробнее этот вопрос рассматривается в разд. 2.4.
’* В действительности даже более сложных, имея в виду поляризационную
структуру электромагнитного поля.
60
определяются в стандартных условиях, а именно при подключении
нагрузки со стандартным импедансом.
Уточним теперь понятие частотной зависимости Е( f), H(f ),
U(
)• Функциональная зависимость напряжения, напряжен­
ности поля и т.д. от частоты А( f ) представляет собой математи­
ческую категорию. На практике измеренная частотная зависимость
является ее оценкой, сглаженной вследствие конечной ширины
полосы частот измерительного прибора. Эта оценка Атм( f ) тем
ближе к действительной величине А(/), чем уже полоса пропуска­
ния измерительного прибора А/ Однако уменьшение А/" с неизбеж­
ностью влечет увеличение времени измерения: 7ИЗМ—> °° при А/"-н> 0.
Разумеется, в любой реальной аппаратуре полоса частот имеет ко­
нечное значение, а условие повторяемости результатов требует
стандартизации указанной полосы частот A f =/SfciaB„.
По указанным причинам в настоящее время в в качестве ко­
личественной меры уровней ИРП, создаваемых конкретными ис­
точниками, в практике ЭМС используются частотные зависимос­
ти напряжений, токов, напряженности электрического и магнит­
ного полей. Значения указанных величин определяются в стандар­
тной полосе частот А
Уточним понятие «значение соответствующей величины на­
пряжения или напряженности поля». Не представляет трудностей
определить значения постоянного напряжения или тока, так как
эти величина определяется очевидным образом и однозначно.
В случае гармонического колебания A{f} - Ат cos (at + ср) исполь­
зуются уже две различные величины: значение - максимальное (пи­
ковое) Лпик = Ат и эффективное - А^ = (1/Г)
|(Д, cos(<oZ + <p))2 dt.
величина, связанная с мощностью Для гармонических процессов
пиковые и эффективные значения связаны однозначно: А^ф =
Электрический процесс, соответствующий ИРП в полосе ча­
стот А^1анд, в общем случае представляет собой случайную функ1000
f ), Для которой пиковое и эффективное значение не связа-
61
ны между собой и не определяют по отдельности свойства процесса в
достаточной мере.
Выбор параметра процесса Л( f), который достаточно полно
характеризовал интенсивность процесса, определяется характером
влияния помех различного вида на рецепторы также различного
вида. Очевидно, что выбрать универсальный показатель невозмож­
но. Для рецепторов с пороговыми свойствами (цифровые устрой­
ства) возможность негативного воздействия помехи зависит от ее
пикового значения AWK. Для типичных рецепторов, соответствую­
щих устройствам передачи и обработки аналоговой передачи ин­
формации, эффект воздействия помехи более зависит от ее мощ­
ности. Таким образом, более адекватным параметром в этих слу­
чаях оказывается эффективное значение.
Учитывая, что временная структура помех, создаваемых раз­
личными источниками, имеет различный характер, на практике в
качестве параметра, характеризующего интенсивность процесса
А( f ), чаще всего принимается так называемое квазипиковое зна­
чение ^4квазпик, являющееся в некотором роде компромиссным меж­
ду пиковым и эффективным значениями: ЛэсЬф < Лквазпик Anils. Ква­
зипиковое значение соответствует измерению с использованием де­
тектора с конкретным, стандартизированным значением постоян­
ной времени т^,^*. Квазипиковое значение используется в каче­
стве показания интенсивности в большинстве стандартов, относя­
щихся к уровню ИРП, создаваемых конкретными источниками
.
**
Таким образом, для большинства практических случаев ко­
личественным показателем интенсивности ИРП, создаваемых кон­
кретным источником, являются квазипиковые значения напряжен­
ностей электрического и магнитного полей, напряжений и токов,
соответствующих стандартной полосе частот и определяемых в
стандартизованных условиях в контролируемом диапазоне частот.
Вторая группа показателей ИРП характеризует электромаг­
нитную обстановку в конкретных пространственных областях: на
крупном объекте, в конкретном городе, регионе и т.д. Эти показа* Использование детектора с постоянной времени t = 0 и t = оо соответ­
ствует измерениям пикового и эффективного значений соответственно.
" В некоторых стандартах, преимущественно военных, используются так­
же пиковые значения соответствующих величин.
62
гели отражают результат совместного действия неопределенной со­
вокупности источников ИРП. В конкретных случаях в теории и прак­
тике ЭМС используются различные способы представления инфор­
мации об электромагнитной обстановке, соответствующей конкрет­
ной группе источников ИРП.
Предварительное описание электромагнитного процесса, со­
ответствующего совокупности составляющих ИРП, описывает ча­
стотную зависимость его интенсивности. Поскольку стандартизо­
ванных характеристик не существует, на практике используются
различные формы представления этой величины. Чаще всего ис­
пользуются следующие показатели:
- значение яркостной температуры шумового процесса Тя ,
соответствующего совокупности ИРП. В этом случае величина
мощности помех, принимаемых ненаправленной антенной радио­
приемника - рецептора помех оценивается как
^п-^яирДп,
(2-3)
где к - постоянная Больцмана; 5рп- полоса частот, соответствую­
щая полосе пропускания входных цепей приемника;
— интегральное значение напряженности поля (как правило,
электрического поля)
, соответствующего полосе частот АВ.
В этом случае напряжение, помехи на входе радиоприемника оп­
ределяются как:
<24>
где йд - действующая высота приемной антенны, а значение мощ­
ности помехи при условии согласования антенны с входным со­
противлением приемника, равным 7?рп:
/«,.■
<2-5)
На рис. 2.16 показаны усредненные экспериментальные зави­
симости, относящиеся к приему ИРП ненаправленной антенной
вблизи поверхности Земли, соответствующие ЭМО в различных ус­
ловиях. Представлены средние (медианные) значения, среднеквад­
ратические отклонения даны цифровыми значениями для каждой
кривой. Аналогичные зависимости яркостной температуры, соот­
ветствующей ИРП в различных условиях, приведены на рис. 2.17.
63
Рис 2 16. Медианные значения интенсивности ИРП.
соответствующие приему ненаправленной антенны вблизи поверхности Земли:
-------------- - измеренные значения.-------------- ---- экстраполяция
Рис. 2.17. Зависимость яркостной температуры шумового процесса,
соответствующего ИРП:
А - центр крупного города, В - жилые кварталы крупного города;
С - сельская местность, Д - удаленные места сельской местности
Для более детального описания свойств ИРП, созданных
группами источников, в последнее время используются различные
64
показатели, описывающие статистические свойства случайных
процессов, им соответствующих. Для подробного ознакомления с
этими представлениями читателю следует обратиться к специаль­
ной литературе [17].
2.4. Пути распространения НЭМП
2.4.1. Особенности распространения НЭМП
Электромагнитные процессы, соответствующие помехам,
могут воздействовать на устройства-рецепторы различным обра­
зом: излучением электромагнитных волн антеннами радиопереда­
ющих устройств и приемом их антеннами радиоприемных уст­
ройств, излучением различными проводниками электрических це­
пей источника и приемом антеннами, распространением в цепях
электропитания и т.д. Иллюстрацией возможных путей распрост­
ранения является рис. 2.18.
Общий контур заземления (шасси)
Рис. 2.18. Пути распространения НЭМП
65
Несмотря на значительное разнообразие возможных путей
распространения НЭМП для дальнейшего рассмотрения выделим
два их вида:
• распространение НЭМП при излучении и приеме антенна­
ми радиотехнических устройств;
• любые другие механизмы.
Такое деление имеет достаточно веские причины. Излучение
радиоволн в окружающее пространство антеннами радиотехничес­
ких устройств является неотъемлемым свойством радиопередаю­
щих устройств, специально создаваемых для целей передачи ин­
формации. Аналогично, радиоприемные устройства по своему ос­
новному назначению должны осуществлять прием информации,
содержащейся в свободно распространяющихся электромагнитных
волнах. Как намеренная, так и непреднамеренная передачи и при­
ем радиоволн основаны на общих принципах и подчиняются об­
щим закономерностям. Отличие намеренной передачи от непред­
намеренной заключается лишь в различной степени ослабления
электромагнитных процессов на пути от выхода радиопередатчи­
ка до входа радиоприемника. Для любых других механизмов рас­
пространения помех характерно то, что они являются результа­
том технического несовершенства электротехнических и радиоэлек­
тронных устройств и их элементов.
Ни один из возможных путей распространения, кроме излу­
чения и приема антеннами, не соответствует намеренной передаче
информации, а также не связан непосредственно с выполнением
устройствами-источниками помех и рецепторами своих основных,
запланированных функций. Поэтому все возможные варианты
осуществления нежелательных электромагнитных воздействий
источников помех на рецепторы, кроме излучения и приема ан­
теннами, обычно рассматривают как пути распространения инду­
стриальных помех.
Независимо от видовой принадлежности механизмов распро­
странения НЭМП наибольший практический интерес представля­
ют следующие вопросы:
• выявление конкретного механизма распространения НЭМП
и причин, приводящих к появлению в каждом конкретном случае
механизма распространения помех;
66
• оценка затухания (ослабления) помех на пути распростра­
нения;
• определение преобладающих факторов, определяющих ос­
лабление на пути распространения с целью последующего исклю­
чения конкретного механизма распространения или хотя бы уве­
личения ослабления помех до приемлемого уровня.
Для любого конкретного механизма величина ослабления
НЭМП на пути распространения определяется коэффициентом
передачи четырехполюсника, соединяющего генератор (источник
помех) и нагрузку (рецептор помех) (рис. 2.19).
Рис. 2.19. К распространению НЭМП
В зависимости от конкретной ситуации более удобно
пользоваться теми или иными формами записи параметров это­
го четырехполюсника. Для случая излучения и приема антенна­
ми радиотехнических устройств наиболее распространенным и
удобным является использование коэффициента передачи по
мощности Zcp = PpxJPwn- Для механизмов, соответствующих рас­
пространению индустриальных помех, традиционно использу­
ют величины коэффициента передачи по напряжению или на­
пряженности поля:
т
-ср
= •р
/р ■
С'РП/-С'ИП’
4₽ ~
-^рп/^ип»
■^ср ~ Ц>г/^ИП’
где Е, Н - значения напряженности электрического и магнитного
полей в непосредственной близости от источника и рецептора;
U - напряжение в электрической цепи на выходе источника и вхо­
де рецептора соответственно. Для величин мощности величину Zcp,
выраженную в дБ, традиционно называют затуханием на пути
распространения, а величины Zcp для напряжений или напряжен­
ности поля коэффициентами переноса помех.
67
2.4.2. Излучение и прием антеннами
радиотехнических устройств
Механизм связи ИП и РП при излучении и приеме помех антен­
нами (как и механизм передачи-приема сигналов) состоит в следую­
щем. Электромагнитные колебания, соответствующие помехе, пере­
даются от радиопередатчика к передающей антенне направляемыми
электромагнитными
волнами,
распространяющимися
в фидере
,
*
характеризуемом коэффициентом передачи по мощно­
сти £ф ип. Передающая антенна преобразует направляемые волны
в фидере в свободно распространяющиеся радиоволны в простран­
стве. Приемная антенна осуществляет обратное преобразование
свободно распространяющихся волн в направляемые волны в при­
емном фидере. Отношение мощностей принятой Рпр и передавае­
мой Рпрд волн называется коэффициентом связи антенн:
АванТ = Лр/Лрд(2-19)
Направляемые волны в приемном фидере ослабляются соответ­
ственно его коэффициенту7 передачи £ф рш. Величину суммарного ос­
лабления помехи обычно представляют произведением этих величин
:
**
~-^Фип ZCBaHT ^-ф РП •
(2.20)
Таким образом, величина суммарного ослабления определяется как
свойствами фидеров, так и коэффициентами связи антенны.
2.4.3. Коэффициент связи антенн
Величина £свшт в значительной мере зависит от электрических
размеров антенн 7?ант/ А. и расстояния между ними R. Различают
следующие характерные случаи:
* Напомним, что передающим фидером называется совокупность линий
передач и включенных в них элементов, расположенных между выходом пере­
датчика и входом антенны, приемным - соответственно, между выходом прием­
ной антенны и входом радиоприемника.
’* В действительности соотношение (2.20) достаточно точно описывает
процесс намеренной передачи сигналов, т.е. в пределах полосы частот основно­
го излучения и основного канала приема, так как в этих полосах антенны хоро­
шо согласованы с фидерами Вне рабочей полосы согласование не обеспечивает­
ся. Вследствие переотражения между элементами фидеров и входами антенн ве­
личина коэффициента связи антенн может значительно отличаться от соотноше­
ния (2.20). Запись в форме (2.20) преследует скорее качественные цели - показать
роль характерных факторов, влияющих на эту величину. Кроме того, соотноше­
ние (2 20) может служить основой для ориентировочных оценок.
68
- J? >7^=7?^//.-дальняя зона;
- R < 1 / 2it - ближняя зона;
- 1/2л: < R < R&- зона Френеля.
Случай расположения антенны в ближней зоне обычно ха­
рактерен для радиосредств относительно низкочастотных диапа­
зонов, расположенных на ограниченной территории. Характерный
пример представляет случай антенн судовых средств коротковол­
новой радиосвязи.
При расположении антенны в ближней зоне коэффициент свя­
зи имеет значительную величину до (-5......-10дБ), слабо зависит от
конструкции, поляризации, диаграмм напряженности и ориентации
антенн и имеет тенденцию к быстрому снижению (порядка Rr' или
быстрее по мере удаления антенн друг от друга
).
*
Количественная
оценка значения £сваят в случае антенн в виде вибраторов или щелей
может быть получена из рассмотрения взаимодействующих антенн
как системы связанных излучателей с использованием соотношений
для расчета собственных и взаимных сопротивлений. В более об­
щем случае, расчет 7)свант для большего числа вариантов слабона­
правленных антенн, в том числе с учетом влияния элементов конст­
рукции и объекта установки, может быть проведен методами вы­
числительной электродинамики с использованием современных па­
кетов программ - MMANA[21], FEKO [22] и др.
Расположение в зоне Френеля чаще всего характерно для ан­
тенн средней или высокой направленности, расположенных на раз­
личных объектах ограниченных размеров (самолет, корабль). Для
этого случая коэффициенты связи антенн также имеют значитель­
ную величину (до -10 ... -30... -50 дБ). Коэффициент связи антенн,
расположенных по отношению друг к другу в зоне Френеля, зави­
сит, и при этом весьма сложным образом, от типа антенн, их пара­
метров, включая поляризацию, расстояние, и взаимной ориента* Следует отметить, что для ближней зоны характерно значительное отли­
чие коэффициентов связи электрически коротких антенн в зависимости от их типа.
Антенны одного типа, например, когда обе антенны электрического типа обла­
дают значительно большими коэффициентами связи по сравнению с разнотип­
ными. например, передающей в виде вибратора (электрический тип) и прием­
ной - в виде рамки (магнитный тип). Причины этого явления будут рассмотре­
ны в разд 2.4.5.
69
ции. Количественная оценка £свант для этих случаев представляет зна­
чительные трудности. Один из путей преодоления - использование
приближенных соотношений, соответствующих расположению в даль­
ней зоне, с поправкой, зависящей от соотношения между значениями
расстояния и условной границы дальней зоны [4].
При расположении взаимодействующих антенн в дальней
зоне коэффициент связи антенн определяется коэффициентами уси­
ления антенн в направлении друг на друга, поляризационными
свойствами антенн, расстоянием между ними и ослаблением ра­
диоволн на радиотрассе.
Коэффициент связи антенн в свободном пространстве. Если
антенны располагаются в свободном пространстве, коэффициент
связи можно представить в следующем виде:
=(Ky„,Ky,nflm(0„<p1)fm(eJ,<p2)i™)(VM2. (2.2i)
где КУ11ПКУРПГИП (б|,(р!)77рп(6,,(?.,)- коэффициенты усиления и
значения ДН по мощности антенн источника и рецептора в на­
правлении друг друга; кпоя — коэффициент, учитывающий поляри­
зационные свойства антенн: кт = 1 при совпадающей и кпо~ 0 при
ортогональной поляризации, X - длина волны, соответствующей
частоте /.
Расчет величины Хсзант для частот, соответствующих ОКП
приемника и ОИ радиопередатчика, не вызывает принципиальных
трудностей, так как значения коэффициентов усиления обеих ан­
тенн и ДН обычно известны с достаточной точностью. Ситуация
оказывается принципиально отличающейся для случаев, когда хотя
бы одна из антенн работает на частоте, значительно отличающей­
ся от частот в пределах полосы основного излучения передатчика
или основного канала приема
*
приемника. Для этих частот значе­
ния коэффициентов усиления и ДН антенн могут существенно от­
личаться от значений в рабочих полосах частот. Изменение направ­
ленных свойств антенн, работающих вне рабочей полосы частот,
является следствием:
* Основные и неосновные каналы приема рассматриваются в разд. 2.5. Ча­
стоты неосновных каналов приема могут значительно отличаться от частот
основного канала.
70
- 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
тически равно волновому сопротивлению фидера:
~Z0. При
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
немонотонного характера зависимости
f ) частотная зависимость
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
факторов
ьсват =1(куип,кут,^ип(е1,ф1),грп(е2,ф),/,|т)),
(2.22)
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
характер, а также значение величины L
в конкретных случаях:
- 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
ризуемая средним (медианным) значением mL
и среднеквадра­
тическим отклонением в ^трасс (РИС‘ 2’25)’
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
трассе распространения. Зависимость величин L
от протяжен­
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
влекается из баз данных, представляющих подробные цифровые
карты рассматриваемых участков поверхности.
2.4.4. Частотные зависимости коэффициентов
передачи фидеров
Коэффициенты передачи фидеров в полосах частот, соответ­
ствующих ОИ передатчика и ОКП приемника, очевидно, должны
быть близки к единице. Это условие является исходным при про­
ектировании и контролируется при производстве (иногда и при
эксплуатации). Вне рабочих полос частот, тем более на частотах
значительно более высоких по сравнению с рабочими частотами,
эти показатели не задаются и не контролируются, так как их зна­
чения не влияют на выполнение основных функций передачи и
приема. Однако эти значения могут изменяться в широких преде­
лах в зависимости от состава элементов фидеров, их конструкции
и частоты. С позиций ЭМС практическое значение имеет, глав­
ным образом, то, что коэффициенты передачи для некоторых по­
лос частот могут соответствовать малому затуханию создаваемых
или воздействующих НЭМП*.
Во многих случаях значения частотных зависимостей конк­
ретных типов аппаратуры трудно предсказуемы и характеризуют­
ся значительными разбросами от образца к образцу.
Причинами, определяющими такой характер поведения фиде­
ров при больших отстройках от рабочих полос частот, являются:
• наличие частотных зависимостей параметров различных
нерегулярностей в составе фидера;
• интерференция волн, прошедших участки с нерегулярнос­
тями, отраженных и переотраженных между ними;
• во многих случаях многомодовый характер распространения
радиоволн в фидерах на частотах, значительно превышающих час­
тоты ОН и ОКП. Многомодовый характер распространения сопро­
вождается взаимным преобразованием мод на нерегулярных участ­
ках тракта и интерференцией составляющих, что усиливает частот­
но-зависимый характер передачи электромагнитной энергии.
'Некоторые дополнительные сведения о частотных характеристиках фи­
деров читатель найдет в разд. 4.5.3.
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 частотой f 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.
Таблица 2 3
№
Свойства
1
Характер ЭМП
2
Радиальная зависи­
мость интенсивно­
сти ЭМП
1/7?
3
Ориентация векто­
ров напряженности
поля
Е перпендикулярен Н
и направлению распро­
странения
4
Соотношение амп­
литуд. Z = ]#]/)#]
5
Свойства Zc
Z ~ZC - характери­
стическое сопротив­
ление
ZQ - зависит только
от параметров среды
(для воздуха » 377 Ом)
6
Энергия электриче­
ского и магнитного
полей
w==£R2/2;
и ч.=цИ/2
80
Зона
дальняя
Неоднородная сфери­
ческая волна
В свободно распро­
страняющейся волне
W3= WM
ближняя
Квазистатическое поле
Быстро убывающая,
как 1/R2 или I/??3
Вектора, Ей Н имеют
составляющие в направ­
лении распространения,
превышающие попереч­
ные составляющие
Z =ZcE_ajui источников
электрического и Z =Zal
- магнитного типов
и Z а] зависят от рас­
стояния от источника
(рис. 2 26)
Различны для источни­
ков электрического
»э > и’м и магнитного
типов WM>W3
Цепи ИП, в которых протекают переменные электрические токи
помех, представляют собой слабонаправленные антенны, возбуж­
дающие в окружающем пространстве ЭМП в виде свободно рас­
пространяющихся электромагнитных волн. Функции приемных
антенн выполняют металлические проводники цепей рецептора, в
которых под действием внешнего ЭМП индуцируются электричес­
кие токи помех.
Рис 2 27 Зависимость характеристического сопротивления
от расстояния в ближней зоне
Отличия от случаев связи антенн радиотехнических устройств
определяются электрическими характеристиками указанных цепей
как антенн:
• При создании антенн обеспечивается режим эффективного
излучения и приема в пределах требуемой полосы частот, соответ­
ствующей требуемым значениям несущей частоты и необходимой
полосы частот. Электрические цепи ИП и РП не предназначены
для выполнения функций передающей и приемной антенн. Вслед­
ствие этого по эффективности они значительно уступают антен­
нам радиоустройств - у них значительно меньшие значения коэф­
фициентов усиления.
• В отличие от антенн радиотехнических устройств физичес­
кие размеры проводников электрических цепей обычно значитель­
но меньше длины волны. Важное свойство таких цепей как элект­
рически коротких антенн состоит в том, что их входные сопротив-
81
ления значительно отличаются от типовых значений внутренних со­
противлений эквивалентных генераторов, соответствующих источни­
ку помех, и входных сопротивлений чувствительных элементов цепей
рецепторов помех. Вследствие этого имеет место значительное рас­
согласование «антенн» с генераторами и нагрузками, дополнительно
ослабляющее
электродинамическую
связь.
Тем
не менее, несмотря на низкую эффективность электрически корот­
ких проводников как антенн, в пределах отдельных узких полос ча­
стот возможны эффективные излучение и прием вследствие эффек­
та сопряженного согласования, имеющего паразитный характер.
• В большинства случаев радиопередачи и радиоприема ис­
пользуются, как правило, узкополосные процессы. Радиоприем­
ные и радиопередающие тракты обладают почти равномерными
коэффициентами передачи в пределах рабочих полос частот. По­
этому спектр и форма передаваемых и принимаемых сигналов до­
статочно близки друг к другу. При излучении и приеме широкопо­
лосных ИРП электрически короткие антенны, которыми являют­
ся соответствующие участки цепей ИП и РП, не могут обеспечи­
вать равномерность частотных характеристик канала передачи.
Вследствие этого спектр и форма «принимаемых сигналов», как
правило, значительно отличаются от «передаваемых».
Перечисленные особенности определяют важные с точки зре­
ния практики свойства механизмов связи источников и рецепто­
ров ИРП при расположении их в дальней зоне:
- электродинамическая связь источников ИРП и рецепторов,
не являющихся радиоприемниками, не играет существенной роли
при условии расположения их в дальней зоне. Исключение могут
составлять только случаи влияния наиболее высокочастотных со­
ставляющих спектра излучения ИП;
- указанная связь играет заметную роль для случаев, когда
рецепторами помех являются радиоприемные устройства;
- ввиду сложной конфигурации проводников электрических
цепей источников и рецепторов ИРП значения их характеристик
как антенн (диаграмма направленности, коэффициент усиления)
практически не поддаются количественному анализу. Вследствие
этого при необходимости количественного описания приходится
прибегать к использованию эмпирических данных.
82
Связь проводников цепей источников и рецепторов ИРП.
Ближняя зона
Связь проводников электрических цепей ИП и РП в ближней
зоне соответствует относительно низкочастотным процессам, для
которых выполняется условие R < 1/ 2Л Эти случаи широко рас­
пространены на практике и являются одной из основных причин
влияния различных ИП на РП при их близком расположении. Осо­
бенности механизмов связи и их количественные характеристики
определяются свойствами ЭМП ближней зоны. Наиболее важны­
ми с практической точки зрения являются следующие свойства:
- проводники электрических цепей ИП и РП в данных случа­
ях представляют собой электрически короткие антенны. Для них
характерна способность создавать электромагнитные поля, кото­
рые могут иметь значительную интенсивность в ближней зоне при
практически отсутствующем излучении в дальней зоне. Аналогич­
но. в силу принципа взаимности электродинамики, они не могут
выполнять функции эффективных приемных антенн в дальней зоне,
но при расположении в ближней зоне источника, в них могут ин­
дуцироваться токи помех значительной интенсивности, причем в
широких полосах частот;
- характер и количественная мера связи в ближней зоне про­
водников электрических цепей существенно зависят от их типа. Так,
электродинамическая связь цепей, представляющих собой источ­
ники одноименного типа (электрического или магнитного), зна­
чительно выше, чем в случае цепей разноименного типа;
- любые реальные электрические цепи имеют черты источни­
ков как электрического, так и магнитного типов. Однако электри­
ческие цепи с высокими значениями напряжений и импедансов
представляют преимущественно источники электрического типа,
а цепи с малыми импедансами и большими токами - источники
магнитного типа. Таким образом, для проводников высокоомных
электрических цепей преобладающей является связь, обусловлен­
ная квазистационарным электрическим полем, а низкоомных, со­
ответственно, магнитным полем;
- связь проводников, соответствующую взаимодействию це­
пей ИП и РП в электрическом поле ближней зоны, можно тракто­
вать, как обусловленную наличием паразитной емкости между про-
83
водниками С12 (рис. 2.27). Напряжение помех, индуцированное в цепи
рецептора, равно Ц>п ®Этот механизм связи называется
емкостной связью. Напротив, если преобладающим является меха­
низм взаимодействия, обусловленный квазистационарным магнитным
полем ближней зоны, связь цепей ИП и РП можно трактовать как обус­
ловленную наличием взаимной индуктивности М12 (рис. 2.28). Соот­
ветственно, индуцированное напряжение помех равно Ц>п~
• Количественный анализ явлений, соответствующих емкостной
или индуктивной связи, при необходимости может быть проведен в
квазистационарном приближении на основе использования методов
теории цепей, а также с использованием современных программных
средств, позволяющих учитывать и оценивать электромагнитную связь
проводников (например, MICROWAVE OFFICE).
Рис. 2.28. Электрическая и магнитная связи проводников цепей:
а, б - схематическое изображение; в, г — эквивалентные схемы
84
Кондуктивная связь проводников цепей источников
и рецепторов ИРП
Кондуктивная связь, как уже отмечалось, существует при нали­
чии металлических проводников, соединяющих электрические цепи ис­
точника и рецептора ИРП. Механизм передачи электромагнитной энер­
гии в этом случае обусловлен распространением направляемых элект­
ромагнитных волн в волноведущей структуре, образованной указанны­
ми проводниками. Из фундаментальных положений электродинамики
следует, что в структуре, образованной двумя или более проводниками,
могут распространяться направляемые электромагнитные волны Т-типа.
Наиболее важной их особенностью является то, что критическая час­
тота для волн Т-типа равна нулю. Это означает, что подобные структу­
ры, состоящие из двух проводников, способны поддерживать распрост­
ранение электромагнитных волн любых частот, вплоть до постоянного
тока.
Таким образом, электромагнитная волна, возбужденная в дан­
ной волноведущей структуре, способна распространяться на зна­
чительные расстояния без существенного ослабления. В большин­
стве практических случаев механизм распространения кондуктивных помех соответствует относительно низкочастотным помехам,
для которых длина волны значительно превышает протяженность
проводников. Для этих случаев временное запаздывание волн на
пути распространения не играет существенной роли. Поэтому ха­
рактеристики механизма кондуктивной связи с достаточной точ­
ностью могут быть описаны с использованием величин токов в про­
водниках и напряжений между ними и землей.
При наличии трех и более изолированных проводников
*
об­
разованная ими структура также может поддерживать распрост­
ранение электромагнитных волн Т-типа. Однако в этом случае
картина имеет несколько более сложный характер, так как ста­
новится возможным одновременное распространение Т-волн раз­
личного вида. Так, в структуре, состоящей из двух изолирован­
ных металлических проводников, расположенных над проводя­
щей плоскостью (землей), возможно существование двух видов
Т-волн - симметричной и несимметричной (рис. 2.29).
* А также двух проводников над проводящей плоскостью.
Ю Е.Седельников
4
85
Рис 2 29 Структура Т-волн несимметричного(а) и симметричного (б) видов
Оба указанных вида характеризуются нулевым значением кри­
тической частоты и практически равными значениями фазовой скоро­
сти и коэффициента затухания. Поэтому с точки зрения передачи сиг­
налов между различными блоками или устройствами симметричные
и несимметричные волны равноценны. Однако эти виды волн облада­
ют различными свойствами в отношении создания помех близко рас­
положенным рецепторам, а также разной мерой восприимчивости по
отношению к величине тока, индуцированного в структуре под дей­
ствием внешнего электромагнитного поля. Для симметричных волн
токи, индуцированные в близко расположенных проводниках токами в
проводниках структуры, практически противофазны и в значительной
мере взаимно компенсируются. Случаю несиммметричных волн, на­
оборот, соответствует почти синфазное сложение наведенных токов.
Аналогичные рассуждения приводят к выводу о том, что под действием
внешнего электромагнитного поля в рассматриваемой структуре бу­
дут возбуждаться преимущественно несимметричные Т-волны. По­
этому с точки зрения снижения уровня помех в окружающем простран­
стве и степени подверженности действию внешних помех для переда­
чи сигналов между различными блоками и устройствами предпочти­
тельнее использование соединений, поддерживающих распростране­
ние в них симметричных Т-волн.
На практике, в силу различных причин, в системах из соедини­
86
тельных проводников часто присутствуют оба вида волн. Для количе­
ственного описания эффектов, связанных с их распространением, обыч­
но используют понятия симметричных и несимметричных напряже­
ний и токов. Смысл их поясняет рис. 2.30.
Рис 2 30 Симметричные и несимметричные токи и напряжения
в системе из двух проводников над землей
Согласно рис. 2.30 значения симметричных и несимметрич­
ных напряжений и токов равны:
/»=(/1 + /2)/2;
^=(Ц+^2)/2:
<2'23)
где Ix, I,, Ux, U,- соответственно токи в проводниках и напряже­
ния между ними и землей.
При числе проводников больше двух возможно существова­
ние соответственно большего числа видов Т-волн, также характе­
ризуемых величинами симметричных и несимметричных напряже­
ний и токов. Возникновение кондуктивных помех обусловлено
возбуждением электромагнитных волн в волноведущей структу­
ре, состоящей из металлических проводников, имеющих электри­
ческие соединения с источником и рецептором. Возможен ряд ме­
ханизмов возбуждения:
- из-за наличия емкостной или индуктивной связи помехонесущих цепей ИП и системы проводников (рис. 2.31) в последних
возникают неравные токи помех:
Ix = s/(7?3 +1/>С12) и 12 = еД/?, + 1/>С12).
(2.24)
87
- вследствие наличия гальванической связи помехонесущих
цепей ИП и системы проводников, обусловленной неидеальной
изоляции цепей (рис. 2.32).
Рис 2 31 Возникновение кондуктивных помех при емкостной связи
Рис 2 32 Возникновение кондуктивных помех при гальванической связи
(неидеальная изоляция)
Токи помех, протекающие в проводниках, равны:
Д =s/(X + Дз) и Д =е/(Л +^2);
(2-25)
при наличии гальванической связи помехонесущих цепей ИП
и системы проводников, обусловленной наличием общих участ­
ков электрических цепей (рис. 2.33) токи помех, протекающие
в проводниках, равны:
/,
/(Я,+£,)/?! и/, «е/2Д.
(2.26)
Рис. 2 33 Возникновение кондуктивных помех при гальванической связи
(помехи «по общей земле»)
88
Помимо описанных способов возбуждения токов помех, в
проводниках электрических цепей иногда оказывается возможным
возникновение кондуктивных помех, обусловленных совместным
действием нескольких факторов. В этих случаях в силу одной из
перечисленных причин возникают токи помех в электрических
проводниках, соединяющих устройство-источник помех с некото­
рым другим устройством (блоком). Вследствие емкостной, индук­
тивной или гальванической связи могут возникнуть токи помех,
индуцированные указанными токами, в соединительных провод­
никах другой пары устройств (блоков), являющихся в данном слу­
чае рецепторами помех от рассматриваемого источника. Далее
имеет место распространение электромагнитных волн в указанных
проводниках и воздействие их на рецепторы как кондуктивных
помех (рис. 2.34).
Рис 2 34 Комбинированный механизм возникновения кондуктивных помех
В заключение отметим, что в некоторых случаях воздействие
НЭМП на рецепторы обусловлено распространением направляе­
мых электромагнитных волн при отсутствии непосредственных
электрических соединений. Эта ситуация оказывается возможной,
если устройства - источники помех и рецепторы располагаются
внутри замкнутой протяженной области с проводящими граница­
ми (фюзеляж самолета, шахтные сооружения, тоннели и т.д.). Внут­
ренние объемы подобных объектов представляют собой волнове­
дущие структуры, в которых возможно распространение электро­
магнитных волн, не являющихся Т-волнами. Как известно, необ-
89
ходимым условием распространения этих волн является X < 'ккртп,
где Л. тп - критическое значение для тп -их типа. Низшее значение
Ххрт„ имеет величину порядка половины поперечного размера вол­
новода. Поэтому в полых металлических сооружениях возможно
распространение высокочастотных НЭМП, обусловленное распро­
странением направляемых волн волноводных типов в случаях, ког­
да их частота выше критического значения /пом > f^mn~ с/2Аповер,
где с и Эпопер — скорость света и максимальный размер поперечного
сечения объекта соответственно.
2.5. Воздействие НЭМП на рецепторы
2.5.1. Варианты воздействия НЭМП
Электромагнитные поля, создаваемые при работе различных
технических средств за пределами их внутренних объемов вслед­
ствие различных механизмов распространения, оказывают влия­
ние на окружающие средства, являющиеся рецепторами помех,
которыми могут быть любые радиоприемники, а также широкий
круг радиоэлектронных устройств, не являющихся радиоприемни­
ками. Действующие помехи могут представлять собой электромаг­
нитные поля свободно распространяющихся волн или реактивные
электромагнитные поля в ближней зоне источника
*.
Другой вариант воздействия помех представляют случаи их
переноса при помощи направляемых электромагнитых волн. В тех
случаях, когда направляемыми волнами являются поперечные вол­
ны Т-типа, распространяющиеся в проводниках различных элект­
рических цепей, говорят о кондуктивных механизмах распростра­
нения помех. Возможны различные формы воздействия внешних
электромагнитных полей на рецепторы: прием антеннами, индукцирование эдс помехи в электрических цепях, действие кондуктив­
ных помех. Обобщенная схема источников, рецепторов и возмож­
ных путей воздействий показана на рис. 2.35.
* Напомним, что за помехами этого вида в практике ЭМС закрепилось
понятие «излучаемые помехи». Такое название подчеркивает возможность влия­
ния их на рецептор при отсутствии электрических соединений цепей источника и
рецептора.
90
I----------------------------------------------------------- 1
I
Распространяющиеся помехи
|
Рис. 2.35. Воздействие НЭМП на различные группы РЭС
Рассматривая воздействие НЭМП на рецепторы, принято
выделять две различающиеся группы рецепторов:
- прием НЭМП радиоприемниками при условии воздействия
помех на антенный вход;
- все остальные варианты, показанные на рис. 2.35: прием из­
лучаемых помех радиоприемниками при воздействии помимо ан­
тенного входа, воздействие на радиоприемники кондуктивных
помех на все виды излучаемых и кондуктивных помех на устрой­
ства, не являющиеся радиоприемниками.
Разделение на приведенные группы имеет принципиальный
смысл. Радиоприемные устройства по своему основному назначе­
нию обеспечивают прием электромагнитных колебаний, наведен­
ных в антеннах, осуществляющих преобразование свободно рас­
пространяющихся волн в направляемые волны. Поэтому свойство
реагировать на электромагнитные колебания, действующие на
антенном входе приемника, есть неотъемлемое его свойство.
Все остальные виды нежелательных воздействий в той или
иной мере связаны с техническим несовершенством радиоэлект­
ронных устройств. Очевидно, что свойство реагировать на внешние
электромагнитные воздействия не относится к числу основных
91
функций как РЭС, не являющихся радиоприемниками, так и ра­
диоприемников по отношению к помехам, действующим помимо
антенного входа. Исходя из приведенного разделения, рассмотрим
в последующих разделах свойства радиоприемников по отноше­
нию к помехам, действующим на антенном входе, и остальных ус­
тройств, действие помех на которые отвечает группе «индустриа­
льные помехи».
2.5.2. Воздействие НЭМП на радиоприемники
Каналы приема
Радиоприемное устройство, состоящее из радиоприемника,
антенны, фидера и вспомогательных устройств, предназначено для
селективного приема сигналов, соответствующих намеренной ра­
диопередаче. Для этого радиоприемное устройство обладает из­
бирательными свойствами по направлению прихода волны, час­
тоте и времени. Пространственная избирательность обеспечива­
ется поляризационными и направленными свойствами антенн, ча­
стотная и отчасти временная избирательность - свойствами радио­
приемника. Воздействие помех, проявляющееся как прием неже­
лательных радиоизлучений, может осуществляться как через ан­
тенну, так и помимо нее — через корпус, межблочные соединения,
цепи электропитания и т.д.
Идеальный с точки зрения ЭМС радиоприемник должен при­
нимать полезные сигналы только в пределах необходимой полосы
частот для данного сообщения, причем только через антенный вход.
Для описания воздействия помех через антенный вход пользуются
понятием «канал приема». Основным каналом приема (ОКП) назы­
вается полоса частот, находящаяся в полосе пропускания прием­
ника, предназначенная для приема полезных сигналов и соответ­
ствующая необходимой полосе частот для передаваемого сообще­
ния. Любой реальный приемник обладает в некоторой степени
восприимчивостью вне основного канала приема как на частотах,
непосредственно примыкающих к необходимой полосе частот, так
и в более широкой полосе. Полосы частот, соответствующие
нежелательному приему, называют неосновными (или нежелатель­
ными) каналами приема.
92
Рассмотрим процессы, приводящие к приему помех за преде­
лами необходимой полосы частот. В большинстве случаев на прак­
тике используются приемники супергетеродинного типа (рис. 2.36).
Рис. 2.36. Супергетеродинный приемник
Принцип действия супергетеродинного приемника хорошо
известен: колебания с частотой сигнала fc (в основном канале при­
ема) после усиления в усилителе радиочастот (УРЧ) поступают
вместе с колебаниями гетеродина с частотой f- на смеситель. Пре­
образованное по частоте колебание с частотой (/_/-) = /пр* уси­
ливается в усилителе промежуточной частоты. Далее оно детекти­
руется и усиливается. Электрические колебания с частотой поме­
хи/п fc, не соответствующие полосе частот основного канала.
/п«
Дэсн
частично ослабляется преселекто­
2
ром, в меньшей степени усиливаются (или даже ослабляются) УРЧ
из-за его частотно-избирательных свойств и поступают в смеси­
тель приемника. После преобразования частоты колебание, соот­
ветствующее помехе с частотой/рсо5 - \fn-fc I в значительной мере
отфильтровывается частотно-избирательными цепями УПЧ. В ре­
зультате прием колебаний с частотой/, практически отсутствует.
При этом частотная фильтрация помехи осуществляется цепями,
предшествующими УРЧ, УРЧ и УПЧ. «Качество» фильтрации эти­
ми элементами различно: в наибольшей мере оно обеспечивается
в УПЧ, в значительно меньшей степени цепями, предшествующи­
ми смесителю (рис. 2.37).
т.е.
•Или (/г-/с)=/пр
93
Таким образом, если уровни сигналов и помех таковы, что
все усилительные каскады приемника работают в линейном режи­
ме, а активный элемент смесителя обеспечивает преобразование
колебаний с частотами сигнала (помехи) и гетеродина вида
/пр=1/с-/Г1 и
свойства частотной селекции приемника,
определяются только его линейными частотно-избирательными
цепями. В силу принципиальных свойств линейных электрических
цепей частотная характеристика приемника в линейном режиме
работы не может быть идеально прямоугольной формы. Отличие
частотной характеристики приемника от идеальной приводит к
нежелательному приему колебаний, не соответствующих полосе
частот основного канала приема. Это свойство приемника назы­
вается прямое прохождение помех.
Прямое прохождение помех
Из-за неидеальной частотной избирательности линейных кас­
кадов приемника (преселектора, фильтров в каскадах УРЧ и, глав­
ным образом, каскадов УПЧ) характеристика частотной избиратель­
ности приемника (рис. 2.37) всегда отличается от прямоугольной
Нормированный I'
коэффициент _______________________
передачи
____
Помеха
Рис 2.37 Частотные характеристики радиоприемника.
7 - преселектор, 2 — УРЧ, 3 - УПЧ и практически совпадающая с ней кривая
результирующей частотной избирательности приемника в линейном режиме работы
Показателем качества частотной характеристики является
коэффициент прямоуголъности — отношение полосы пропускания
приемника, измеренной на уровне X дБ (например, на уровне
60 дБ), к полосе пропускания приемника, измеренной на уровне
3 дБ: кП=В^
94
Значительное число радиоприемников имеет высокое значе­
ние кп: для 90% приемников к^ 2,5; для 50% кп > 4; для 20% кв > 8.
Из-за существенного отличия характеристики частотной избира­
тельности от прямоугольной становится возможным прием помех
с частотами, примыкающими к основному каналу приема. Ука­
занный механизм приема обусловлен только недостаточно высо­
кой избирательностью линейных каскадов приемника.
Побочные каналы приема
Побочным каналом приема (ПКП) радиоприемника называ­
ется полоса частот, находящаяся за пределами основного канала
приема, в которой сигнал проходит на выход радиоприемника.
К числу ПКП относятся канал приема на промежуточной частоте,
комбинационные каналы приема, зеркальный канал и каналы на
субгармониках частоты настройки.
В супергетеродинных приемниках образование побочных ка­
налов приема связано с процессом преобразования частоты. Час­
тотная избирательность определяется главным образом каскадами
УПЧ, так как избирательность цепей, предшествующих смесителю,
значительно меньше избирательности УПЧ*. Поэтому на смеситель
приемника поступают электромагнитные колебания как полезного
сигнала, так и помех, уровень которых соизмерим с амплитудой
полезного сигнала или даже превосходит его (см. рис. 2.37).
Смеситель производит нелинейное преобразование колеба­
ний сигнала, гетеродина и помех, в результате образуются колеба­
ния гармоник и комбинационных частот вида I m,fc + ти2/г+
+
=0,±1,±2,...), где/с,Уг,7^ - соответственно часто­
ты сигнала, гетеродина и помехи. Число составляющих тем боль­
ше, чем выше степень нелинейности смесителя, а их амплитуда тем
больше, чем выше степень нелинейности и меньше величина
N - 17??! | + I т21 +1 т~ |, называемая порядком преобразования.
По принципу действия супергетеродинного приемника в по­
лосу пропускания УПЧ должна попасть одна из частот биений
’ Указанное свойство принципиально связано с тем, что частотная избира­
тельность не может быть эффективной во входных каскадах без значительного
снижения чувствительности приемника.
95
сигнала и гетеродина: (fc - fr) или (fv — fc). Кроме нее, в полосе
пропускания УПЧ могут оказаться некоторые другие составляю­
щие преобразования частот сигнала, помехи и гетеродина, кото­
рые не могут быть подавлены и обусловливают прием помехи по
побочному каналу приема. Поскольку восприимчивость приемника
связана с амплитудой преобразованного сигнала, наиболее значи­
мы те составляющие, которые имеют наибольшие амплитуды.
Колебания на частоте гетеродина обычно на несколько порядков
превышают амплитуду сигнала и помехи, поэтому наиболее важ­
ны продукты преобразования частот гетеродина и помехи вида
|w2/r + w3/n|; (т2,/Из =0,±1,±2,..).
Таким образом, частотное условие возникновения побочных
каналов приема в супергетеродинном приемнике имеет вид
(2.27)
где /т, Вт - соответственно среднее значение частоты и полоса
тракта УПЧ.
Из соотношения (2.27) следуют частные случаи:
Тп=£пч ~ прием на промежуточной частоте (ти2 =0,т~ =1);
± 2^- прием по зеркальному каналу, когда |лг,| = |ти^| = 1;
прием на субгармонике частоты настройки (/и, = 0).
Любые помехи, отвечающие условию (2.27), кроме перечис­
ленных, соответствуют каналам приема, называемым комбинаци­
онными каналами приема.
В приемниках с двойным, тройным и т.д. преобразованием
частоты качественная картины сохраняется для каждого из смеси­
телей. Потенциально возможное число комбинационных каналов
возрастает, так как в каждом последующем смесителе возможно
образование биений не только частот сигнала, помехи и гетероди­
нов, но и результатов преобразования предшествующих смесите­
лей. Однако в силу высокой избирательности тракта первого УПЧ
образование комбинационных каналов обусловлено преимуще­
ственно процессами в первом смесителе.
96
С точки зрения снижения числа нежелательных ПКП идеаль­
ным является приемник со смесителем с квадратической характе­
ристикой. В этом случае существуют преобразованные частоты
только 2-го порядка: |±fc±fr| и ]± fn±fT| Частота принимае­
мого сигнала равна fr±
и в соответствии с условием (2.27) воз­
можен прием помехи только с частотой fn-fr± 2 /т, т.е. только
зеркальный канал приема (а также прием на промежуточной час­
тоте за счет прямого прохождения). Отличие формы характерис­
тики смесителя от квадратической приводит к росту числа преоб­
разованных составляющих. Например, при преобразовании 3-го
порядка (кубическая нелинейность), как следует из условия (2.7),
возможен прием на частотах, соответствующих условиям
|± 2/п±/г| =/пч и |± 2/г±/п| =/т, т.е. на частотах /с/
(2-я субгармоника частоты настройки),
2/с = Лн (комбинационные каналы). Чем больше отличие характе­
ристики смесителя от квадратической, тем больше число потенци­
ально возможных побочных каналов приема. Восприимчивость по
конкретному побочному каналу тем больше, чем меньще частот­
ная отстройка данного канала от частоты сигнала и меньше поря­
док преобразования. Нелинейные свойства преобразователя час­
тоты зависят от типа активного элемента, его характеристик, ре­
жима, диапазона частот и схемы устройства.
Побочные каналы приема присущи также некоторым другим
устройствам, в которых имеет место преобразование частоты, на­
пример параметрическому усилителю. Здесь, в частности, возмо­
жен нежелательный прием на частотах гармоник сигнала или
в зависимости от значения частоты накачки на некоторых некрат­
ных им частотах.
Внеполосные эффекты
Существует ряд механизмов, вызывающих реакцию радио­
приемника на воздействие помех, не совпадающих по частоте
с частотами основного или побочных каналов приема. Указанные
эффекты имеют в своей основе то, что в силу недостаточно высо­
кой частотной избирательности линейных цепей устройств, пред-
97
шествующих смесителю, колебания помех, не соответствующие
полосе частот основного канала, действуют в УРЧ и попадают на
смеситель приемника. Если интенсивность помехи такова, что пре­
вышает диапазон линейности активных элементов, наблюдается
ряд специфических эффектов, проявляющихся в реакции радиопри­
емника на указанные помехи. Влияние помехи проявляется в виде
эффектов блокирования или перекрестной модуляции или одновре­
менного возникновения указанных эффектов.
Блокированием называется изменение уровня сигнала или от­
ношения сигнал-шум на выходе радиоприемника при действии
интенсивной радиопомехи, частот'а которой не совпадает с часто­
тами основного и побочных каналов приема радиоприемника. Это
явление проявляется в уменьшении усиления приемника в присут­
ствии помехи.
Перекрестными искажениями называется изменение структу­
ры спектра сигнала на выходе радиоприемника при одновремен­
ном действии сигнала и модулированной радиопомехи, частота
которой не совпадает с частотами основного и побочного кана­
лов приема. Перекрестные искажения часто проявляются в виде
модуляции принятого сигнала частотами модуляции помехи.
Явления блокирования и перекрестных искажений имеют об­
щую природу, обусловленную нелинейными свойствами активных
элементов. Как уже отмечалось, частотная избирательность вход­
ных цепей и каскадов УРЧ значительно меньше избирательности
приемника в целом. Поэтому на активные приборы, предшествую­
щие УПЧ, действуют помехи в широкой полосе частот. Если сум­
марное напряжение сигнала и помех на активных элементах усили­
телей соответствует линейному участку их рабочих характеристик
(порядка 0,2...0,6 В для электровакуумных приборов, 0,03...0,06 В
для полевых и 5...6 мВ для биполярных высокочастотных транзис­
торов), происходит независимое усиление сигнала и помех. Посколь­
ку частоты сигнала и помехи различны, помехи будут отфильтро­
вываться в тракте УПЧ и на оконечное устройство приемника
не поступают. Аналогично, если уровни действующих колебаний,
поступающих на смеситель приемника, соответствуют квадратичес­
кому участку его характеристики, в смесителе происходит незави­
симое преобразование частот сигнала и помехи.
98
При воздействии на приемник интенсивной помехи суммар­
ный уровень сигнала и помехи уже не соответствует линейному
участку характеристики усилителя или квадратическому участку
характеристики смесителя. Линейность передаточной функции этих
устройств нарушается, и сигнал на выходе смесителя или усилите­
ля при совместном действии сигнала и помехи не равен сумме вы­
ходных сигналов, соответствующих действию помехи и сигнала по
отдельности. В отсутствие сигнала приема помехи не происходит,
так как частота помехи после преобразования не попадает в поло­
су пропускания УПЧ. Однако наличие интенсивной помехи изме­
няет условия прохождения полезного сигнала в тракте УРЧ, в сме­
сителе и, быть может, в первых каскадах УПЧ и проявляется в виде
эффектов блокирования и перекрестных искажений.
Рассмотрим причины, вызывающие изменение условий про­
исхождения сигнала в присутствии помех в устройстве с нелиней­
ными свойствами. Типичная амплитудная характеристика усили­
тельных каскадов приемника, в том числе УРЧ, имеет вид, пока­
занный на рис. 2.38. Ее можно представить в виде степенного ряда:
^вых ~аДвх +азЦзх +<35^вх +—
(2.28)
Для диапазона амплитуд входных сигналов, соответствую­
щих линейному участку, Увых ~
■ При больших амплитудах
входных воздействий вклад кубического члена становится значи­
тельным (7ВЫХ
+
Диапазон
линейности
а
, причем
< 0.
Диапазон квадратической
характеристики
б
Рис. 2.38. Амплитудные характеристики:
а - УРЧ; б - смеситель
99
Пусть входное воздействие состоит из гармонических сигна­
ла Uccosact и помехи t/ncoscon/.
При воздействии их суммы на линейное устройство, когда их
амплитуды не выходят за предел линейного участка характерис­
тики (рис. 2.38, а), выходной сигнал имеет вид суммы колебаний с
частотами <вс и соп и амплитудами Uc и а} Un соответственно.
Если помеха действует в отсутствие сигнала, а ее амплитуда
превышает диапазон линейности, выходное колебание
(/вьк (0 = аРп cos®г? + аз (^п cos ®пгУ представляет собой колеба­
ния с частотами ®п и Зюп, которые не соответствуют полосе про­
пускания приемника и будут отфильтрованы частотно-избиратель­
ными цепями до смесителя и, главным образом, после него.
Если одновременно действует сигнал и помеха с амплитудой,
превышающей диапазон линейности, выходное колебание
£7Вых (z) = ах (Uc coscocz + Un cos®nz) + о. (Uc coscocZ + Un cosconz)J со­
держит составляющие с частотами ®с, ®п, Зос и 3®п. Составляю­
щие с частотами ®п, 3(£>g , 3®п будут отфильтрованы частотно-из­
бирательными цепями. Составляющая с частотой ®с будет иметь
амплитуду, равную ахис + a3UcU^ т.е. зависящую от амплитуды по­
мехи. Это явление приводит к блокированию и перекрестным ис­
кажениям:
- амплитуда сигнала в присутствии мощной помехи снижает­
ся (поскольку а3 <0);
- сигнал оказывается дополнительно промодулированным ча­
стотами модуляции помехи. Действительно, пусть амплитуда по­
мехи изменяется во времени по закону Un = Un(f). Амплитуда ко­
лебаний на частоте ®с также будет изменяться в соответствии
с t7n(z). Это означает, что сигнал оказывается дополнительно про­
модулированным частотами модуляции помехи.
По аналогичным причинам явления блокирования и пере­
крестных искажений могут также происходить в смесительном
каскаде радиоприемника. Действительно, в пределах рабочего уча­
стка амплитудной характеристики смесительного каскада
С7ВЫХ ^а2^зх (Рис- 2-38, б). При больших амплитудах входного ко-
100
лебания
выходное
напряжение
можно
представить как
^вых « a2CZBX + «4^вХ, причем а4 < 0. Квадратическая характерис­
тика смесителя соответствует его функциональному значению: сум­
ма колебаний t/BX(z) = L''ccosfficf + t/rcos®IT после квадратическо­
го преобразования содержит вторые гармоники 2®с, 2®г, посто­
янную составляющую и частоты биений I ®с ± ®r I с амплитуда­
ми a2UcUv, одна из которых используется далее в приемнике. Ос­
тальные частотные составляющие отфильтровываются линейны­
ми частотно-избирательными цепями. При воздействии только
помехи с частотой ®п^ ®с возникают аналогичные составляющие
с частотами 2®г, 2®п, I ®п ± ®г |, которые также отфильтровыва­
ются и не проявляются на выходе.
Если на смесительный каскад действует сумма колебаний,
соответствующих сигналу, помехе и колебаниям гетеродина, а ам­
плитуда помехи превышает диапазон квадратической характерис­
тики, в выходном колебании будут присутствовать соответствую­
щие четВертмМгармоникам сигнала, гетеродина и помехи частот­
ные составляющие вида 12®с ± 2®г |; 12®с 2®п |; 12®п ± 2®с |;
I ®с ± ®п |; | ®с ± сог |; I со п ± ®г |. Все эти составляющие, кроме
частот | ®с - ®г |, будут отфильтрованы линейными частотно-из­
бирательными цепями. Однцко амплитуда «полезной» составляю­
щей | ®с - ®г | будет равна a2UcUr + a„UclJr (UnUr + UcUn +
)■
Поскольку a4<0> при больших амплитудах помехи будет наблю­
даться уменьшение уровня сигнала, т.е. блокирование, а при нали­
чии амплитудной модуляции помехи - эффекты перекрестных ис­
кажений.
Возможна еще одна причина, вызывающая реакцию приемни­
ка на действие мощной помехи, близкой к эффектам блокирования
в УРЧ и смесителе - преобразование шумов гетеродина, проявляю­
щееся в увеличении уровня собственных шумов приемника. Этот
процесс можно представить следующим образом. Колебание гете­
родина содержит составляющие его шумового энергетического спек­
тра, занимающие достаточно широкую полосу частот. Биения
некоторых из этих составляющих с колебаниями, соответствующи­
ми сигналу и помехе, могут попасть в полосу пропускания УПЧ.
101
При наличии только сигнала их спектральная плотность пропор­
циональна
где Цщ-- средняя спектральная плотность шумо­
вого напряжения гетеродина. При наличии помехи возникают до­
полнительные составляющие с амплитудами, пропорциональными
ЦгЦпг- Таким образом, достаточно интенсивная помеха [7П» Uc,
не соответствующая основному или побочным каналам приема,
вызывает рост шумов преобразования, которые приводят к сни­
жению отношения сигнал-шум в приемнике.
Интермодуляция в приемнике
Интермодуляцией называется возникновение помех на выхо­
де приемника при действии на его входе двух и более радиопомех,
частоты которых не совпадают с частотами основного и побочно­
го каналов приема радиоприемника. Интермодуляция - одна из
наиболее важных причин несовместимости радиоэлектронной ап­
паратуры. Так, в системах связи метрового диапазона на долю
интермодуляции приходится до 70% случаев нарушения ЭМС
непреднамеренными помехами. Интермодуляция обусловлена не­
линейными эффектами преобразования колебаний двух или более
помех в смесителе или в каскадах, предшествующих смесителю.
Интермодуляция в цепях до смесителя возникает при воздей­
ствии интенсивных радиопомех, амплитуды которых соответству­
ют нелинейному участку характеристики активного элемента.
На нелинейном элементе происходит преобразование частот двух
или более помех и полезного сигнала. В результате образуются ко­
лебания биений с частотами вида | mxfc + m2fm + т3 fm +... I. Их
число и интенсивность зависят от степени нелинейности и ампли­
туд входных колебаний так же, как и при образовании комбина­
ционных каналов приема. Поскольку нелинейный режим усили­
тельных элементов практически возможен только при интенсив­
ной помехе, наибольшее значение имеют биения частот помех
/6
Если частоты некоторых из преобразованных коле­
баний попадают в полосу пропускания приемника, будет проис­
ходить прием этого колебания. Наибольшее значение имеют та­
кие интермодуляционные частоты, значения которых ближе к ча­
стоте настройки приемника. Поэтому наиболее опасными счита-
102
ются помехи нечетных порядков, главным образом 3-го |
|
и | 2/п, -fm |. При интенсивных помехах не исключено образова­
ние интермодуляционных явлений более высокого порядка, напри­
мер 5-го: | ЗУгП - 2/ц | и 7-го: 14fm - 3fm |. Иногда таким же обра­
зом происходит интермодуляция в первых каскадах УПЧ.
Аналогичные явления имеют место в смесителе. Колебания
помех, не полностью отфильтрованные предшествующими каска­
дами, действуют в смесителе, образуя биения частот сиг­
нала, гетеродина и двух или более помех на частотах
/б ~ |WJi/c +
+2Lmz/n/| ■ Если хотя бы одна из частот биений
попадает в полосу пропускания УПЧ, она не может быть отфиль­
трована последующими цепями и действует в приемнике как адди­
тивная помеха. Если амплитуды помех на входе смесителя значи­
тельны. преобладают их биения между собой: /6 = |^>4./ib| или
биения частот помех и гетеродина:
/6 = |от2/г + zLm<7nJ - Таким
образом, явление интермодуляции происходит, если выполнено
одно из следующих условий: |w,/c +
mtfni|е^/с -B/^fc
а интенсивность преобразованной составляющей превышает уро­
вень собственных шумов приемника.
Следует обратить внимание на одну важную особенность
проявления эффектов интермодуляции. Допустим, что интермо­
дуляция происходит в УРЧ приемника, обладающего нелинейной
характеристикой вида [7ВЫХ и a}UBX +
■ В этом случае при воз­
действии двух мешающих колебаний возможно возникновение
продуктов преобразования частот помех 3-го порядка, т.е. состав­
ляющих с частотами 2/ф ± fm и 2fni ± fm. Наибольшую потенци­
альную опасность представляют колебания с частотами 2fm -fm
и 2fm -fnv При нелинейности 5-го порядка такими составляющи­
ми будут
- 2fm и 3_/ц2 - 2/П1. Амплитуды продуктов преобра-
103
зования 3-го порядка пропорциональны коэффициенту а3, а 5-го по­
рядка - коэффициенту а5 в представлении амплитудной характерис­
тики согласно выражению (2.28). При малых уровнях входного сиг­
нала, соответствующих линейному участку зависимости 17вьк (£/вх)
можно считать, что 2-й и 3-й члены в выражении (2.28) практически
равены нулю. Это означает, что при амплитудах помех,
не превосходящих диапазон линейности УРЧ, интермодуляция в нем
не происходит. Аналогично, при нескольких больших уровнях помех
присутствует 3-й член в выражении (2.28), а остальные - практически
равны нулю. Следовательно, при более высоком уровне помех имеет
место явление интермодуляции 3-го порядка на частотах 2fm - fn2
и 2fm -fm. При еще больших уровнях помех необходимо считаться с
третьим членом выражения (2.28), приводящим к появлению эффек­
та интермодуляции пятого порядка, т.е. на частотах 3/П1 — 2/П2 и
~ %!• Из приведенных рассуждений следует, что увеличение амп­
литуд помех приводит не только к усилению их влияния на радио­
приемник, но и к увеличению числа частотных каналов, соответству­
ющих нежелательному приему вследствие интермодуляции.
2.5.3. Восприимчивость радиоприемников к НЭМП
и характеристики частотной избирательности
Основной и побочный каналы приема
Колебания на входе приемника (с амплитудой Uc вх), соответ­
ствующие полосе пропускания (основного канала), приводят к по­
явлению электрических колебаний на его выходе, характеризуемых
значением выходного напряжения Uc вых. Минимальный уровень
входного сигнала, при котором Uc вых превышает значение, соот­
ветствующее его отсутствию, определяет чувствительность прием­
ника Uc П1Ш. Как правило, Uc min соответствует превышению выход­
ного сигнала над уровнем собственных шумов в 2 раза. При измене­
нии частоты входного сигнала для поддержания прежнего соотно­
шения сигнал/шум на выходе необходимо увеличивать уровень вход­
ного сигнала. Построенная таким образом зависимость
соответствующая условию фиксированного уровня сигнала на вы­
ходе, представляет характеристику частотной избирательности
приемника, определенную односигналъным методом (см. рис. 2.39). Эта
104
характеристика описывает ослабление приема сигнала при частот­
ной расстройке. Характеристика частотной избирательности, оп­
ределенная односигнальным методом (характеристика односигналь­
ной частотной избирательности), зависит только от частотно-изби­
рательных свойств линейных цепей радиоприемника. Таким обра­
зом, кривая, соответствующая односигнальной частотной избира­
тельности, полностью определяет свойства приемника в отношении
механизма прямого происхождения помех.
При воздействии помех по побочным каналам приема реак­
ция приемника оказывается сходной со случаем воздействия сиг­
нала. Помеха в виде электрических колебаний с амплитудой £7ПВХ
и частотой^, действующая на входе, проявляется на выходе в виде
электрических колебаний с напряжением Z7nBbK. Уровень входной
помехи на частоте побочного канала приема 17пвх, вызывающий
стандартный отклик на выходе (например, превышающий в 2 раза
отклик в отсутствие входного воздействия), называется восприим­
чивостью приемника по побочному каналу приема. Частотная зави­
симость C/nBX(/)3 соответствующая стандартной выходной реак­
ции приемника, называется характеристикой частотной избира­
тельности приемника по побочным каналам приема, определенной
односигналъным методом - односигнальной частотной избиратель­
ностью по побочным каналам приема (рис. 2.39).
односигнальной частотной избирательности приемника
105
Значения характеристики частотной избирательности на ча­
стотах, соответствующих центральным частотам побочных кана­
лов приема, называются абсолютной восприимчивостью приемни­
ка по соответствующему каналу приема. Эти значения на практи­
ке обычно выражаются в логарифмическом масштабе, дБмВ,
дБмВт или дБВт. Эти же величины, выраженные по отношению к
значению чувствительности приемника, являются значениями от­
носительной восприимчивости, выражаемой обычно также в ло­
гарифмическом масштабе (дБ) (рис. 2.38).
Блокирование и перекрестные искажения
Эффекты блокирования и перекрестных искажений соответ­
ствуют совместному воздействию на приемник колебаний сигнала
с амплитудой и частотой С7с, fc и помехи CZn, fn, не совпадающей с
частотами основного и побочных каналов приема. Поскольку дей­
ствие помехи проявляется только в присутствии сигнала и прояв­
ляется как изменение условий его приема, необходимо, прежде все­
го, охарактеризовать результат воздействия помехи. Для количе­
ственной оценки эффекта от воздействия помехи вводятся величи­
ны коэффициентов блокирования и перекрестных искажений.
Коэффициент блокирования — отношение разности уровней
сигнала на выходе радиоприемника при отсутствии и наличии ра­
диопомехи на его входе к уровню этого сигнала при отсутствии
радиопомехи:
1г - 1^ВЬ1Х
ЕЛ
+
)
^вых (^с)|
,
у
п
’
( ■
)
u вых хус)
где Uc и Ua - соответственно входные напряжения сигнала и помехи.
Коэффициент перекрестных искажений - отношение уровня
спектральных составляющих выходного сигнала, возникающих в
результате перекрестных искажений в приемнике, к уровню сигна­
ла на выходе радиоприемника при заданных параметрах радиопо­
мехи и сигнала:
Кых^с+^п)-^^)!
^ых(^с)
106
(2.30)
где UehTX (Uc+Un) и Um.n (^с) _ напряжения некоторой спектраль­
ной составляющей выходного сигнала при наличии и отсутствии
помехи; t7BbK
напряжения выходного сигнала при отсутствии
*.помехи
Частотные зависимости, отражающие свойства приемника по
отношению к эффектам блокирования и перекрестных искажений,
соответствуют одновременному воздействию на приемник двух
колебаний - сигналу и помехе, описываются характеристиками
частотной избирательности приемника, определяемой двухсигналь­
ным методом (двухсигнальной частотной избирательностью).
Смысл характеристики частотной избирательности по блокиро­
ванию состоит в следующем. Напомним: /п не должна совпадать с
частотами основного и побочного каналов приема. Для фиксиро­
ванных значений частоты помехи/п, уровня входного сигнала
и значения коэффициента блокирования fcO) определяется ампли­
туда помехи на входе приемника
, при которой результат ее
действия отвечает условию къл = к^ ■ Это значение представляет
собой абсолютную восприимчивость по блокированию для часто­
ты /п и фиксированных значений
ний
и к^ ■ Совокупность значе­
представляет собой одну ветвь характеристики двухсиг­
нальной частотной избирательности по блокированию, соответ­
ствующую фиксированным значениям UCBX=U^BX и коэффициен­
та блокирования £вл = к$ . Совокупность этих кривых при различ­
ных сочетаниях значений f/^x и ^бл 0ПРеДеляет двухсигнальную
частотную избирательность приемника как семейство кривых
(рис. 2.40).
*Для исключения неоднозначности Апи обычно определяется при немо,
.аудированном сигнале и помехе, модулированной гармоническим колебанием.
107
Рис. 2.40. К определению характеристики
чааошой избирательности по блокированию
- - - - ветви семейства кривых. ---------- кривая частотной избирательности
при стандартных
и UCBX, ■■
- кривая, соответствующая односигнальной
частотной избирательности
Для практических целей использование семейства кривых в ка­
честве количественной характеристики крайне неудобно. Поэтому в
практике ЭМС ограничиваются использованием одной из ветвей
t/пвх (/) ■> определенной для значений
и UCBX, принимаемых в ка­
честве стандартных. Определенная таким образом ветвь семейства
кривых UnBX(f) называется характеристикой частотной избира­
тельности по блокированию. Кроме того, для ряда практических
случаев (закрепленных, в том числе в некоторых стандартах) вводит­
ся также стандартизованное значение частотной расстройки A fcr.
Наименьшее из значений характеристики частотной избирательности
для частот помехи =fc ± A
называют значением восприимчиво ­
сти приемника по блокированию. Эта величина определяется либо
абсолютным значением, либо относительным по отношению к чув­
ствительности приемника.
Аналогичным образом определяется характеристика частот­
ной избирательности по перекрестным искажениям. Отличием яв­
ляется то, что помимо использования значений коэффициента пе­
рекрестных искажений (вместо коэффициента блокирования) кон­
108
кретизируются и стандартизируются также параметры модуляции
сигнала и помехи. Чаще всего используют немодулированный сиг­
нал и тонально модулированную помеху с определенной частотой
модуляции.
Интермодуляция
Эффект воздействия на радиоприемник не менее двух помех
состоит в изменении уровня напряжения на его выходе вследствие
интермодуляции. Вообще говоря, оценка проявления эффектов ин­
термодуляции может проводиться двумя различными способами:
• На входе радиоприемника действуют два электрических ко­
лебания с амплитудами Um и Um, и частотами /П1 и /П2, не совпа­
дающими с основным и побочными каналами приема. Вследствие
интермодуляции происходит радиоприем, на выходе приемника
возникает напряжение СВЬК(17П1, С7П2). В качестве количественной
меры, характеризующей эффект «приема» помех вследствие интер­
модуляции, можно рассматривать величину превышения выход­
ного отклика радиоприемника над величиной, соответствующей
уровню его собственных шумов. (Напомним, что величина задан­
ного превышения отклика приемника на сигнал в основном кана­
ле приема над уровнем, соответствующем собственным шумам,
используется для определения чувствительности приемника).
• Рассматривается совместное действие полезного сигнала
с частотой f~ и амплитудой С7свх и двух помех с амплитудами С7П]
и Um и частотами fm и /ш. В качестве меры для оценки эффекта
воздействия помех можно использовать относительное изменение
амплитуды выходного сигнала t/CBbK(t/ni,
в присутствие по­
мех по отношению к случаю их отсутствия.
Различие этих способов оценки состоит, прежде всего, в том,
что в первом случае речь идет о способности к радиоприему двух по­
мех в отсутствии сигнала. Во втором случае - об изменении приема
сигнала в присутствии двух колебаний с частотами помехи. Соответ­
ственно этим представлениям характеристика частотной избиратель­
ности приемника по интермодуляции определяется либо двухсигналь­
ным методом, либо - трехсигнальным. В большинстве практических
случаев, соответствующих требованиям стандартов к радиоприемни­
кам, его показатели по интермодуляции определяются двухсигналь-
ным методом. Физический смысл и способ определения этих показа­
телей аналогичны определению характеристик частотной избиратель­
ности по блокированию и перекрестным искажениям. Двухсигналь­
ная характеристика частотной избирательности приемника по интер­
модуляции определяется с использованием в качестве критерия реак­
ции приемника величины коэффициента интермодуляции.
Коэффициент интермодуляции К.Ат - отношение уровня ра­
диопомехи, возникающей на выходе приемника вследствие интер­
модуляции к уровню выходного сигнала, соответствующего чув­
ствительности приемника. Аналогично случаям блокирования и
перекрестных искажений, характеристика частотной избиратель­
ности по интермодуляции представляет собой семейство кривых.
Каждая их ветвь является частотной зависимостью значений
t/n,BX(/), определенных для фиксированных значений К^„Т, часто­
и ее уровня [7щВХ.
Как и в случаях блокирования и перекрестных искажений для
задания характеристики частотной избирательности по интермо­
дуляции ограничиваются некоторым стандартным значением Ктт,
частоты и уровня второй из помехой, и (7П2ВХ. Определенная таким
образом единственная ветвь семейства кривых t/BX( итъу. fm, КШТ)
называется характеристикой частотной избирательности по ин­
термодуляции, определенной двухсигнальным методом. Также ана­
логично случаям блокирования и перекрестных искажений вводит­
ся величина восприимчивости по интермодуляции — как минималь­
ное значение (абсолютное или относительно чувствительности
приемника) характеристики частотной избирательности для стан­
дартной частотной расстройки
- fc ± А ЛзтандВ заключение заметим, что в некоторых случаях используется
числовой показатель «качества» радиоприемника, учитывающий
возможное воздействие помех по любому из механизмов приема прямого прохождения, наличия побочных каналов приема и внепо­
лосных эффектов - блокирования, перекрестных искажений и ин­
термодуляции. Этот обобщающий показатель вводится для радио­
приемников, используемых в радиотехнических системах, для кото­
рых произведено разделение выделенной полосы частот на ряд оди­
наковых по ширине частотных каналов, отстоящих друг от друга
ты второй помехи
110
на величину ширины канала с некоторым запасом A
f~ f+1 =
= ^кан + ^защ- Параметром, характеризующим радиоприемник это­
го и других подобных назначений является величина избиратель­
ности по соседнему каналу. Под этой величиной понимается наи­
меньшее из значений характеристик частотной избирательности
по прямому прохождению помех, побочным каналам приема, бло­
кированию, перекрестным искажениям и интермодуляции, опре­
деленных для значений частот, отстоящих от частоты сигнала на
величину Л/к.
2.6. Воздействие НЭМП на рецепторы,
не являющиеся радиоприемниками
Электромагнитные процессы, соответствующие непреднаме­
ренным помехам, воздействуя на различные устройства, не являю­
щиеся радиоприемниками, могут приводить к нарушению их фун­
кционирования. То же относится и к радиоприемникам, подверга­
ющимся действию помех помимо антенного входа. Для понима­
ния сути, причин и количественного описания этих явлений следу­
ет обсудить два аспекта
- каким образом внешние по отношению к рецептору элект­
ромагнитные процессы могут воздействовать на его электричес­
кие цепи;
- каким образом возникшие вследствие этого электрические
колебания в цепях рецептора приводят к его реакции, сопровож­
дающейся ухудшением качества функционирования.
В отношении механизма «проникновения» внешних помех во
внутренние цепи рецептора просматривается полная аналогия с
возбуждением индустриальных помех источниками за пределами
их внутренних объемов. В силу принципа взаимности электроди­
намики возбуждение электромагнитных полей и подверженность
их действию подчиняются общим закономерностям. Пусть в неко­
торой электрической цепи источника помех действует эдс помехи,
равная еип, а создаваемое этой цепью электромагнитное поле
в области £1М имеет значения напряженности электрического и маг­
нитного полей Епом и Нпом (рис. 2.41). Рассмотрим рецептор с кон­
фигурацией и параметрами цепи, аналогичными цепи рассмотрен­
ного источника помех. Пусть внешнее по отношению к рецептору
111
электромагнитное поле характеризуется в области QM теми же значе­
ниями напряженности электрического и магнитного полей Епом и Нпом.
Под действием этих полей в цепях рецептора индуцируются электри­
ческие токи, соответствующие действию наведенной эдс £рп. В силу
принципа взаимности величины гип и ерп равны. Это означает, что все
основные закономерности, относящиеся к созданию помех источника­
ми посредством излучения, возбуждения полей ближней зоны и направ­
ляемых волн в полной мере относятся к «приему» внешних помех ре­
цепторами вследствие тех же механизмов.
Рис. 2.41 Создание помех источником и прием рецептором:
а, о - цепи ИП и РП, в, г - эквивалентные схемы
Характер проявления действия помех, индуцированных вне­
шними электромагнитными полями в цепях рецептора, зависит от
интенсивности помех, среди которых можно выделить три харак­
терные группы:
1) помехи относительно низкой интенсивности. В нее входят
все случаи, для которых значения индуцированных напряжений по­
мех не превышают диапазон линейности амплитудных характерис­
тик активных элементов в цепях рецептора. В этих условиях элек­
трические процессы, соответствующие сигналам рецептора и на­
веденным помехам, протекают в линейных электрических цепях.
Результаты прохождения помех и сигналов через указанные цепи
не зависят друг от друга. Конечный результат совместного
112
действия сигналов и помех определяется спектральным составом
колебаний помехи и сигнала, соотношением их амплитуд и харак­
тером операций, проводимых с сигналами в конкретном рецепторе.
В частности, это означает отсутствие негативных проявлений ин­
дуцированных помех, не соответствующих спектру сигналов и, со­
ответственно, полосе пропускания цепей рецептора. Иллюстраци­
ей сказанного является то, что обычно не наблюдается воздей­
ствия помех от радиовещательных станций бытовой звукозаписы­
вающей аппаратуры (даже дешевой переносной, в пластмассовых
корпусах), хотя уровни индуцированных напряжений в цепях ее пер­
вых каскадов усиления могут оказаться соизмеримыми и даже
превышающими уровни сигналов;
2) помехи более высокого уровня, для которых значения индуци­
рованных напряжений в цепях рецептора превышают диапазон линей­
ности активных элементов. Для этих ситуаций характерно, прежде
всего, то, что вследствие нарушения свойства линейности цепей ре­
цептора результат прохождения сигналов через них становится зави­
сящим от напряжения наведенных помех. В частности, в усилитель­
ных каскадах могут наблюдаться эффекты, аналогичные явлениям
блокирования и (или) перекрестных искажений. Возможно проявление
эффектов, аналогичных интермодуляции в радиоприемнике. Это ока­
зывается возможным, если колебания биений, образующихся вслед­
ствие преобразований частотных составляющих помехи на нелиней­
ных элементах схем, соответствуют полосе пропускания рецептора.
Возможно также детектирование напряжений широкополосной поме­
хи и действие результата детектирования в низкочастотных каскадах
и т.д.;
3) мощные электромагнитные помехи, приводящие к необра­
тимым отказам аппаратуры вследствие выхода из строя наиме­
нее стойких ее элементов. К числу наиболее мощных электромаг­
нитных воздействий относятся: излучение мощных РЛС при рас­
положении рецептора на небольшом удалении от передающей ан­
тенны в направлении главного луча ее ДН; электромагнитное из­
лучение грозового разряда электромагнитный импульс высот­
ного ядерного взрыва. Представление об уровнях помех, соот­
ветствующих разрушению типовых элементов радиоэлектрони ­
ки, дает табл. 2.4.
Ю.Е Седельников
5
113
Таблица 2.4
Энергия разрушения элементов РЭС
Тип элемента
Точечные п/п диоды
Интегральные микросхемы
Транзисторы
Диоды:
- переключательные
- выпрямительные
Конденсаторы
Реле
Резисторы 0.25
Энергия, мкДж
0,7 ... 12
5 .. 10
20 . .. 1000
70 .. 100
500 .. 1000
50 . .. 3500
(2... 100)103
104
Анализ воздействия мощных электромагнитных полей на раз­
личные электрические цепи, выработка мер по предотвращению
разрушения их элементов обычно не рассматриваются в круге ти­
повых задач ЭМС. Задачи обеспечения стойкости аппаратуры в
условиях мощных электромагнитных воздействий представляют
самостоятельную область радиоэлектроники. В этом направлении
к настоящему времени выработаны соответствующие подходы и
накоплен значительный опыт. Представление о методах обеспече­
ния стойкости аппаратуры к воздействиям мощных ЭМ-излучений можно получить в специальной литературе [15, 14].
114
И предал я сердце тому, чтобы исследовать и считать
мудростию все, что делается под небом' это тяже­
лое занятие дал Бог сынам человеческим, чтобы они
упражнялись в нем.
Экклезиаст. Гл. 1, ст. 13
Раздел 3. АНАЛИЗ ЭМО
И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭМС
3.1. Основные задачи анализа ЭМС
Понятие «анализ», как это принято в технике, понимается как
получение количественных показателей, характеризующих различ­
ные стороны обТцей проблемы обеспечения ЭМС. К числу основ­
ных задач относятся:
- Анализ электромагнитной обстановки (ЭМО). Под электро­
магнитной обстановкой понимается совокупность электромагнит ­
ных полей, существующих в данной области пространства, харак­
теризуемых распределением их интенсивностей по частоте, време­
ни и в пространстве. В зависимости от конкретного случая речь
может идти об ЭМО на объекте (корабль, самолет, производствен­
ное здание и т.д.), в конкретном городе, регионе, стране и т.д. Как
правило, территориальным анализом ЭМО занимается ограничен­
ное число специалистов соответствующих организаций. В США это
Федеральная комиссия по связи, в РФ - Государственная Комиссия
по радиочастотам (ГКРЧ), специальные радиочастотные органы.
- Анализ выполнения ЭМС в группе средств. К указанной груп­
пе относятся задачи проверки выполнения условий ЭМС
в группе средств на различных этапах жизненного цикла РЭС.
115
К задачам этой группы имеют непосредственное отношение широкий
круг специалистов, занятых проектированием и эксплуатацией различ­
ных технических средств.
- Анализ параметров ЭМС технических средств. Основное
содержание задач этой группы составляют методы и средства по­
лучения количественной информации о соответствии параметров
различных устройств нормативно-технической документации в
области ЭМС. Указанные задачи в практической плоскости отно­
сятся к профессиональной деятельности широкого круга специа­
листов, занятых в сферах разработки, производства и эксплуата­
ции различных радиотехнических, электронных и электротехни­
ческих средств. Задачи этой группы рассматриваются также и
в научном плане в целях прогнозирования параметров ЭМС.
В дальнейшем будут рассматриваться задачи второй и третьей
из перечисленных групп задач. Для их решения используются:
- аналитические методы анализа, в том числе в виде расчет­
ных процедур, реализованных в виде пакетов программ;
- методы физического и математического (имитационного)
моделирования;
- экспериментальные методы.
Аналитические методы в основном используются в задачах
прогнозирования ЭМС; методы физического и имитационного
моделирования - в задачах оценки параметров ЭМС (уровней до­
пустимых помех): экспериментальные - для определения парамет­
ров ЭМС, а также на заключительной стадии создания различных
радиоэлектронных комплексов - заключительных испытаниях, в
ходе которых в числе других показателей осуществляется контроль
выполнения ЭМС.
3.2. Принципы анализа выполнения ЭМС в группе средств
Целью анализа является прогноз выполнения условий, при ко­
торых обеспечивается ЭМС в некоторой группе средств, содержа­
щей Ajjn источников помех и Лрп рецепторов. В основу осуществ­
ления анализа положено следующее. Каждое техническое средство,
являющееся рецептором помех, предназначено для определенных
функций и характеризуется показателем качества, в общем слу­
чае векторным,
отражающим их выполнение. Под действи-
116
ем помехи z-ro типа (от z-ro источника помех) качество выполнения
этих функций снижается, что можно представить как уменьшение зна­
чения 0РЦ, (Рт) (рис. 3.1).
Рис 3 1 К понятию допустимой помехи
Допустимому снижению качества £?рп соответствует помеха
z-ro вида с уровнем не более Д>п\доп Помехи, при которых не про­
исходит недопустимого снижения качества функционирования z-ro
рецептора, называют допустимыми. Заметим, что уровни допусти­
мых помех у-му рецептору различаются в зависимости от спектраль­
ного состава и временных характеристик помехи z-ro вида. Поэто-
му для различных видов помех значения Д'П77ДОП также различны.
Допустим, что указанные величины для у-го рецептора известны.
В этом случае принцип анализа выполнения ЭМС в группе средств
состоит в нахождении величин РрП7
и сравнении их с допустимыми зна­
чениями. Это может быть продела­
но на различной основе. Различают
следующие способы осуществления
анализа: парная, групповая и комплек­
сная оценки [3].
При парной оценке поочеред­
но рассматривается воздействие
каждого из
источников на пер­
вый рецептор, затем на второй
и т.д. (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Схема парной оценки
117
Таким образом, осуществляется поочередная проверка ЭМС
каждого из источников с каждым из рецепторов по критерию до­
пустимого снижения качества функционирования:
Qmj (^нъ) — 6рп7доп —* ЭМС;
(3-1)
брп/ (^рп/ ) < 6рп j доп ~нарушение ЭМС,
(3.2)
либо по уровню помехи от i-ro источника, действующей на у-й ре­
цептор:
Лп7
h 4'1 дои -> ЭМС (у <- г);
(3.3)
нарушение ЭМС.
(3.4)
Лп/ (рип,) > 4вдоп
Парная оценка является наиболее простой в осуществлении
но, в то же время, не всегда достоверна, так как не позволяет учесть
в полной мере такие явления, как интермодуляция в приемнике и
интермодуляционное излучение передатчиков. Более полной яв­
ляется групповая оценка.
При групповой оценке рассматриваются поочередно воздей­
ствие нескольких источников Nm <
на каждый из рецепторов
в группе (рис. 3.3).
При групповой оценке исхо­
дят из того, что качество функци­
онирования у-го рецептора 0РП
зависит от уровней помех, созда­
ваемых рядом источников:
Qmj = бга (■^>рпк---^>рпк+л'ип )■ (3.5)
Рис. 3 3.Схема групповой оценки
Соответственно факт вы­
полнения или невыполнения ус­
ловий ЭМС проверяется по сни­
жению качества каждого из Nm
рецепторов с каждой из групп
источников:
ей>ап,лоп^эмс(7^^);
118
(3.6)
Q$ < брп.доп
нарушение ЭМС.
(3.7)
Групповая оценка позволяет учесть влияние всевозможных
эффектов, связанных с внеполосными эффектами в рецепторах и
интермодуляцией в источниках помех. Платой за это является по­
вышение трудоемкости расчетных процедур. Несмотря на боль­
шую степень адекватности реальности, некоторые аспекты обес­
печения ЭМС в группе средств и при групповой оценке остаются
вне поля зрения. В основном это касается комплексов технических
средств, состоящих из различных источников и рецепторов помех
и при этом решающих некоторую общую для всей группы задачу.
Наиболее полной постановкой, учитывающей эти особенности,
является комплексная оценка ЭМС.
При комплексной оценке рассматривается группа средств, вы­
полняющих различные функции, направленные на достижение
некоторой общей для всей группы целей (рис. 3.4).
Рис 3 4. Схема комплексной оценки
Пусть величина £>z(b общем случае векторная) характеризу­
ет качество функционирования группы рецепторов, решающую
общую задачу:
(3-8)
119
причем каждый из частных показателей качества отдельных ре­
цепторов 2РПу зависит от уровней помех, действующих со стороны
группы источников (аналогично групповой оценке).
Выполнение или невыполнение ЭМС определяется по крите­
рию допустимого снижения качества функционирования для груп­
пы рецепторов в целом:
б!К)
21доп -» ЭМС(Л-РП
< бхдоп
Л^);
нарушение ЭМС.
(3.9)
(3.10)
Комплексная оценка является наиболее полной и позволяет
судить о выполнении или нарушении ЭМС в группе средств, вы­
полняющих общую задачу, когда снижение качества функциони­
рования отдельных составляющих не дает полной картины влия­
ния НЭМП на результат совместной работы этих составляющих.
Например, комплексная оценка может относиться к совокупности
РЭС современного самолета, включающей средства навигации,
радиолокации, связи и т.д. Информация об ухудшении под дей­
ствием НЭМП показателей этих подсистем не дает сама по себе
полной картины влияния помех на результат выполнения общей
задачи, например перехвата воздушной или уничтожения назем­
ной целей.
Ввиду значительной громоздкости процедур анализа при
групповой и тем более комплексной оценке в дальнейшем будут
рассматриваться только процедуры получения парной оценки ЭМС
в группе средств.
Осуществление парной оценки может проводиться как на
основе детерминированного подхода, так и вероятностного. При
детерминированном подходе все величины, определяющие значе„(/)
ние
, считаются детерминированными и проверка выполнения
условия ЭМС состоит в сравнении величины Р^ с допустимым
значением. Принимаемое решение - «.Нет» или «Да» основано на
проверке выполнения условия:
РЦг
120
РП/ДО1Г
(З.П)
Существует ряд весомых причин, по которым реальное исполь­
зование детерминированного подхода может приводить
к неудовлетворительным (часто излишне завышенным) результатам:
- априорная недостаточность информации о значениях пара!) ;
метров, определяющих значение гJ>(рЦ/
- изменение параметров ЭМС вследствие влияния темпера­
турных, климатических факторов, старения элементов и т.д.;
- работа технических средств в различных динамических си­
туациях. когда изменяются расстояния между средствами, их вза­
имная ориентация, смена частотных каналов и т.д.
Во всех перечисленных случаях результатом является то, что
при детерминированном подходе либо рассматривается наихудший
случай (приводящий к излишне жестким оценкам), либо использу­
ются некоторые усредненные показатели (не позволяющие конт­
ролировать степень достоверности оценок).
Вероятностный подход позволяет в подобных случаях суще­
ственно повысить достоверность оценки выполнения условий
ЭМС. Согласно вероятностному подходу факторы, определяющие
мощность помехи
d(')
и. соответственно, ее значение, считаются
случайными величинами. Факт выполнения условия ЭМС:
доп также рассматривается как случайное событие, веро­
ятность которого равна:
Р'РП/ДОП
(<)
<ЗЛ2)
J
О
где ’♦'(■Род) - плотность распределения величины
.
Согласно вероятностному подходу условие ЭМС j-ro рецептора
с z-м источником помех считается выполненным, если вероятность
нарушения ЭМС
-1 -
мала, т.е. не превышает некоторого
допустимого значения р^п . С другой стороны, величина Р<£ , рас­
сматриваемая
как
случайная,
характеризуется
сред-
121
j и среднеквадратическим отклонением
ним значением
(СКО) - <тРРПу. Как известно из теории вероятностей, отклонения
случайной величины от ее среднего значения на величину, превы­
шающую несколько значений СКО, маловероятны. Таким образом,
согласно вероятностному подходу условие ЭМС считается выпол­
ненным, если
7”(^>РП,) + ^стРрп» -^рвдоп’
(3 13)
где величина £ определяется допустимой вероятностью наруше­
ния ЭМС: 4=Ч(ЛЦ
Согласно вероятностному подходу для каждой i, j-ti пары
средств оценивают средние значения
и среднеквадрати­
ческие отклонения аР?Пц величины мощности помехи, действую­
щей на у-й рецептор от z-ro источника, и сравнивают их взвешен­
ную сумму (3 13) с уровнем допустимой помехи. Способы оценки
величин Р^, т^Р^^ и о-РРПв рассматриваются далее
3.3. Методы получения парной оценки ЭМС
радиотехнических средств. Детерминированный подход
При проведении анализа выполнения условий ЭМС для каж­
дой пары z-й источник помех - у-й рецептор - считается, что извес­
тны следующие параметры и характеристики- мощность основного излучения радиопередатчика, чувстви­
тельность приемника, характеристики антенн и фидеров в основ­
ных полосах частот;
- расстояние между антеннами источника помех и рецепто­
ра, взаимная ориентация, особенности взаимного расположения
(форма объекта), характер местности и т.д.;
- частоты основного излучения, основного канала приема,
а также значения ширины необходимой полосы частот Вт„ и 5РПн;
- величина допустимой помехи г£фДО1Г
122
Для случаев, когда НЭМП создается радиопередатчиком, из­
лучается антенной радиопередающего устройства и принимается
антенной радиоприемного, последующие оценки ЭМС соответ­
ствуют схеме, приведенной на рис. 3.5.
Рис 3 5 Схема воздействия НЭМП
для радиотехнических устройств
Согласно парной оценке необходимо определить мощность
помехи, принимаемой рецептором для последующего сравнения
ее значения с уровнем допустимой помехи Поскольку неоснов­
ные излучения могут создаваться источником помех в широкой
полосе частот, а рецептор также способен реагировать на помехи,
далеко отстоящие по частоте от частоты основного канала при­
ема, результирующая мощность помехи в рецепторе должна пред­
ставляться как:
X
^РП - КШШММ
(3-14)
О
где Рнн - мощность источника помех (основное излучение); Lm( f),
ZTp( f) и ^рп( f ) ~ частотные зависимости ослабления помехи ис­
точником, на пути распространения (на радиотрассе) и рецепто­
ром соответственно.
Чтобы избежать значительных вычислительных трудностей,
прибегают к упрощенному представлению величины
Суть уп­
рощения состоит в аппроксимации частотных зависимостей £ип( /)
и Lpn(f) кусочно постоянными, как показано на рис. 3.6.
123
Рис. 3.6. Аппроксимация зависимостей £ип(/) и
Кроме того, рассматривая интеграл (3.14), нетрудно заметить,
что можно ограничиться рассмотрением величин мощности при­
нятой помехи в конечном числе частотных полос, соответствую­
щих основному каналу приема (ОКП) и некоторому ограниченно­
му числу неосновных каналов приема (ПКП). При этом, как пра­
вило, «прием» по одному из этих каналов вносит основной вклад
в величину Рип.
При этом в полосы пропускания, соответствующие ОКП или
ПКП, попадают спектральные составляющие излучения источни­
ка помех, соответствующие либо основному излучению (ОИ), либо
неосновным (НИ), представленными также конечным числом по­
лос частот.
Таким образом, введение кусочно-постоянной аппроксима­
ции частотных зависимостей позволяет при анализе отказаться от
использования непрерывных частотных зависимостей Тип(/) и
1РП(/) и ограничиться рассмотрением конечного числа вариантов:
ОИ-»ОКП; НИт—>ОКП; ОИ->ПКП„; НИи-> ПКП„, характеризу­
емых, в общем случае, частотами и значениями ширины полосы
частот и-го канала приема и т-го вида неосновного излучения,
соответствующих им значений
, а также значений относи­
тельной восприимчивости по неосновным каналам приема L?a(fn)
и величин ослабления на пути распространения для соответствую­
щих частот LTP(fin).
При проведении количественных оценок в практике ЭМС исполь­
зуются величины, выраженные в логарифмическом масштабе (в де­
цибелах). С учетом сказанного и перехода к логарифми­
124
ческой шкале для л-го частотного канала восприимчивости рецепто­
ра величина принятой мощности, соответствующий ти-й полосе час­
тот излучения источника, записывается в следующем виде:
Ап (А) = Ап + А. (Л) + А₽ Ш + Ап (/») + С( А fn’ Апи5 Ап»)’
(3-15)
где величина C(fm, fn, В^, Втп) определяется соотношением меж­
ду центральными значениями частот и-го канала приема, /n-го типа
излучения и полосой частот ВИПя и Втп. Эта величина равна нулю,
если полоса частот m-го излучения источника полностью попада­
ет в полосу пропускания и-го канала приема и имеет меньшие зна­
чения при частичном их перекрытии:
(3-16)
где В'тт - ширина полосы частот т-го излучения, попадающего
в п-й канал приема (рис. 3.7).
/Й11»
>
>—♦
f
•°ИПтл
Рис. 3.7. К расчету величины С( fm. f„, ВКПт. ВРПг,)
При большом количестве средств в анализируемой группе расчеты РрП' для всех сочетании «z-и источник - j-и рецептор» стано-
вятся весьма громоздкими, особенно при ручном расчете. Поэтому
при анализе ЭМС в группе средств обычно используются такие прин­
ципы перебора вариантов, при которых обеспечивается макси­
мальная экономия времени. С этой целью расчеты проводят в не­
сколько этапов. Хотя конкретная организация расчетной проце­
дуры может быть различной, ее существо в любом случае заклю­
чается в постепенном добавлении учитываемых факторов и от­
брасывании заведомо несущественных вариантов осуще-
125
дения влияния источника на рецептор. Один из возможных спо­
организации подобных расчетов рассматривается далее.
• На первом шаге осуществляется предварительный анализ
*.
С этой целью проводятся расчетов соответствии с формулой (3.15)
для всевозможных сочетаний ОИ - ОКП, НИ - ОКП, ОИ - ПКП,
НИ - ПКП. При этом величина ослабления на радиотрассе рассчи­
тывается с использованием упрощенных соотношений, например:
соб
'ку1т (»КУРП(/РП)Л
loig
(4лЖ)2
,
(3.17)
где КУнп^ип) и КУРП (/"рп) - коэффициенты усиления антенн ис­
точника и рецептора на частотах основного излучения и основно­
го канала приема; X - длина волны, соответствующая частоте ОКП
рецептора. Сначала рассматривается комбинация ОИ - ОКП. По­
правочный коэффициент С (5ИПи, ВРПд) принимается рав­
ным нулю. Значения величин ослабления помех источником и ре­
цептором, £ип( f) и £РЧ( f) для ОИ и ОКП также принимаются
равными нулю. При этих допущениях проверяется условие'
(3-18)
Если для варианта ОИ-ОКП условие (3.18) выполняется, ана­
лиз пары «z-й источник - /-й рецептор» прекращается.
В случае невыполнения условия (3.18) переходят к анализу
комбинаций ОИ-ПКП и НИ-ОКП. Для этого в уже полученные
значения Рр^ вводят поправку: величину Еип(/) или L^f). Значе­
ния этих величин обычно берутся из нормативно технической до­
кументации для аппаратуры рассматриваемого класса - допускае­
мых уровней побочных излучений радиопередатчиков и, соответ­
ственно, нормируемых значений относительной восприимчивос­
ти радиоприемников по побочным каналам приема. Если в вари­
антах ОИ - ПКП и НИ -ОКП возможность нарушения ЭМС
не выявлена, для данной пары «z-й источник -у-й рецептор» даль­
нейший анализ прекращается. Если условие (3.18) не выполняется,
’ Приводимая методика получения предварительной оценки часто назы­
вается амплитудной оценкой помех (АОП).
126
подвергают анализу комбинацию НИ - ПКП. Анализ проводится
аналогичным образом.
Таким образом, если ни в одном из рассмотренных вариан­
тов не зафиксировано превышение величины
над допустимым
значением "п(<)
РП7Д0П, считается, что пара «i-и источник - у-и рецеп­
тор» совместимы. В противном случае проводится более деталь­
ный анализ. С этой целью обычно осуществляется оценка с более
детальным учетом свойств источника и рецептора.
• На втором шаге проводится проверка возможностей совпа­
дения частот основного и неосновного излучений и частот основ­
ного и побочного каналов приема
*.
«Подозрительные» сочетания,
для которых на первом шаге не выполнялось условие (3.18), про­
веряются на возможность совпадения полос частот излучения и
приема. Если для каждой комбинации — «m-й канал приема п-я со­
ставляющая излучения источника» - условия совпадения полос
частот
/0) _ dO)
J игп
'ип 2
, Aj)
(3 19)
J Pnrr
не выполняются, указанная комбинация исключается из дальней­
шего рассмотрения (рис. 3.8).
Рис 38 К частотной оценке
* Приводимая методика часто называется частотной оценкой помех (ЧОП)
127
Если имеет место совпадение полос частот, для данной комби­
нации определяется поправочный коэффициент С (fm, fa, В1Шт, ВРПл).
В случае совпадения частот излучения помехи и канала приема
10М1 4п ); если Д>п < 5ИП;
(3.20)
0, если Вт > Вуд-^
а при частичном перекрытии:
С<0;
(3.21)
С>0.
Далее по возможности учитываются другие частотные факто­
ры, например уточняется значение уровня «-го побочного излуче­
ния и восприимчивость по m-му каналу приема. С этой целью, если
более подробная информация отсутствует, можно воспользоваться
усредненными эмпирическими данными. Для радиопередатчиков:
^ип(/) = ^ 1в(/ип//ои) + ^
(3.22)
где /ип и /ои - частоты нежелательного и основного излучения,
соответственно, а значения коэффициентов А и В определяются из
табл.3.1
Таблииа 3 1
Эмпирические значения коэффициентов/! и В
Категория передатчика
(диапазон, МГц)
<30
30...300
>300
Усредненные
А, дБ/декада
Л, ДБ
-70
-80
-60
-70
-20
-30
-30
Для рецепторов помех - радиоприемников:
Zpn(/) = Zlg(///0Kn) + J,
(3.23)
где f и УоКП - частоты побочного и основного канала приема; зна­
чения коэффициентов Z и J определяются из табл. 3.2.
128
Таблица 3.2
Эмпирические значения коэффициентовIhJ
Категория передатчика
(диапазон. МГц)
<30
I,
дБ/декада
Л ДБ
25
85
35
85
>300
40
60
Усредненные
35
75
30
300
Для всех выявленных комбинаций, для которых уровень при­
нятой помехи, рассчитанный на первом шаге, превышает допусти­
мое значение и имеет место совпадения полос частот передачи и
приема, производится уточнение величин Рр^,ли с учетом частот­
ных зависимостей £ип( f), Lm( f) и поправочного коэффициента
С( А, f„,
Aitw
ЛпЭ- Если величина
, определенная с учетом
п(!)
указанных поправок, не превышает допустимого значения "рПДоп,
указанная комбинация исключается из дальнейшего рассмотрения.
Если условие (3.18) выполняется для всех анализируемых комби­
наций (z'-j), пара средств считается совместимой. Если нет, остав­
шиеся комбинации «m-j-й вид излучения - п-й канал приема» под­
вергаются более детальному анализу.
• На третьем шаге
*
осуществляется детальный анализ для ком­
бинаций, выявленных на втором шаге. Для этого проводится учет
наиболее трудоемких факторов, не включенных в рассмотрение на
предыдущих шагах. В зависимости от условий конкретной задачи
прогнозирования ЭМС к их числу может относиться:
-для случаев расположения антенн взаимодействующих средств
в дальней зоне: ослабление на радиотрассе, в том числе с учетом
профиля поверхности и эффектов многолучевого распространения ра­
диоволн, коэффициенты усиления и диаграммы направ* В литературе для этого шага часто используется термин «детальная оценка
помех» (ДОП).
129
ленности антенн с учетом влияния объекта установки, параметры вне
рабочих полос на частотах выявленных комбинаций fm для ИП и fn
для РП, параметров фидеров вне рабочих полос частот и др.;
- для случаев расположения антенн на конкретном объекте - ко­
эффициенты связи антенн, в том числе вне рабочих полос частот.
Учет перечисленных факторов представляет большие трудно­
сти и практически всегда имеет приближенный характер. Наименее
достоверной является оценка параметров антенн вне рабочих полос
частот. В настоящее время точных методов расчета этих парамет­
ров для большинства реальных антенн не существует Поэтому при
оценках ЭМС часто прибегают к использованию приближенных
эмпирических соотношений, полученных на основе обработки зна­
чительного числа экспериментальных данных (табл 3.6).
Расчет ослабления сигналов на радиотрассе, особенно с уче­
том реального профиля поверхности, многолучевого распростра­
нения также представляет значительные трудности Методы и рас­
четные соотношения, используемые при оценках ЭМС, в принци­
пе не отличаются от используемых в радиотехнической практике
при расчете радиолиний различных типов. Сведения об указанных
методах содержатся в соответствующих руководствах по распрос­
транению радиоволн*.
В случаях близкого расположения антенн взаимодействую­
щих средств на объекте (автомобиль, корабль, самолет и т.д.) на
третьем этапе также проводят расчет ослабления помехи на пути
распространения. Величина ослабления в основном определяется
величиной коэффициента связи антенн. Для ориентировочных рас­
четов существуют упрощенные методики определения этой вели­
чины (например [4]). В настоящее время для расчета значений ве­
личин £свант все чаще используют эффективные вычислительные
методы электродинамики (метод моментов, асимптотические ме­
тоды теории дифракции и др.) Многие из этих методов в настоя­
щее время представлены в профессиональных пакетах прикладных
программ, например FEKO[20],
’ В практике ЭМС часто используются упрощенные методики, особенно
в тех случаях, когда на стадии анализа ЭМС не имеется детальной информации
о свойствах рассматриваемых радиотрасс Одна из таких методик приведена в
приложении 2
130
Таким образом, на третьем шаге осуществляется уточненный
расчет величин
, с учетом упомянутых факторов. В результате,
если дня любых проверяемых комбинаций «w-й вид излучения - и-й
канал приема» мощность помехи не превышает допустимого значе-
ния
d(')
, делается заключение о совместимости j-ro рецептора с z-m
источником. Если условие совместимости не выполняется, автома­
тически определяется конкретная причина ожидаемого нарушения
ЭМС: воздействие да-го вида излучения на и-й канал приема.
3.4. Парная оценка. Вероятностный подход
Как уже отмечалось, согласно вероятностному подходу фак­
торы, влияющие на ЭМС, считаются случайными и описываются
в категориях случайных величин. Случайным событием, характе­
ризуемым его вероятностью, является факт наличия (или отсут­
ствия) ЭМС в рассматриваемой группе средств. При анализе ЭМС
в группе средств различают статические и динамические ситуа­
ции. В категорию статических (стационарных) попадают различ­
ные ситуации, для которых частоты ОИ, ОКП. значения мощнос­
тей передатчиков, параметры антенн, а также взаимные ориента­
ция и пространственное расположение ИП и РП остаются неиз­
менными в течение анализируемого отрезка времени. К числу ди­
намических (нестационарных) относят любые ситуации, для кото­
рых указанные величины могут изменяться в определенных пре­
делах. Для статических ситуаций использование вероятностного
подхода позволяет повысить достоверность оценки выполнения
ЭМС в группе средств в условиях априорной недостаточности ин­
формации о конкретных значениях параметров РЭС, влияющих на
ЭМС. Для динамических ситуаций вероятностный подход являет­
ся естественным инструментом для анализа процессов любой при­
роды с априорно непредсказуемым изменением параметров, не­
посредственным образом влияющих на ход процесса.
Вероятностная оценка в статической ситуации
Как и при детерминированном подходе, анализ состоит в провер­
ке возможности нарушения ЭМС для каждой пары средств
131
в рассматриваемой группе. Мощность помехи, принятойу-м рецепто­
ром от i-ro источника помех
, равная
где С^1- коэффициент, зависящий от соотношения полос частот,
соответствующих источнику и рецептору помех согласно выраже­
нию (3.16), рассматривается как случайная величина с плотностью
распределения w(-PPriQ • Вероятность нарушения ЭМС
- веро-
ятность превышения величиной- Р'п(')
рп' порогового значения, соответствующего допустимой„ помехе
)
И? =
d(')
(3.25)
)4РЙ )■
/>(')
РПудоп
Вероятность выполнения условия ЭМС, соответственно, равна:
/’соЦ =1-/4?-
(3-26)
(')
Для вычисление вероятности нарушения ЭМС
ределить плотность распределения
требуется оп­
). Точное решение этой за­
дачи для большинства случаев не представляется возможным.
В качестве приближенного решения в практике ЭМС обычно исполь­
зуют аппроксимацию функции плотности распределения w
нор­
мальным законом. В качестве обоснования можно привести следую­
щие аргументы. Согласно выражению (3.24) Р^ представляет собой
сумму значительного числа случайных величин, причем соизмеримых
и,
по
крайней
мере,
некоррелированных.
В этих условиях, как это следует из фундаментальных положений те­
ории вероятностей*, плотность распределения величины
с удовлетворительной точностью описывается нормальным зако’ Этот факт является прямым следствием центральной предельной теоре­
мы теории вероятностей [23]
132
ном распределения*. Нормальный закон характеризуется двумя параметрами - средним значением Ррп/ и среднеквадратическим от­
клонением (СКО) стрп. В теории вероятностей доказано, что сред­
нее значение и среднеквадратическое отклонение суммы некорре­
лированных случайных величин равны, соответственно, сумме и
среднеквадратическому значению слагаемых этой суммы. Таким
образом:
лй • /й++С!+(/.)+С’
(3 27)
И
=
+°1ип, +% +°РП,-
(3.28)
где слагаемые суть средние значения и среднеквадратические от­
клонения соответствующих слагаемых суммы (3.24).
—(,)
Таким образом, при известных значениях РРП7 и aprij искомая
вероятность нарушения ЭМС определяется значением табулиро­
ванной функции - интеграла вероятности:
г о(')
(<)
ч/
■*
=ф
I
»(')
Х РП/Доп
СТРПу
(3.29)
)
Также, в соответствии с формулой (3.13) выполнение условия:
pW +. Чиргу <
рЭ
— ‘ РП/ДОП
(3.30)
означает, что согласно вероятностному подходу z-й источник по­
мех не создает недопустимых помех j-му рецептору.
Оценки совместимости для каждой пары РЭС при вероятност­
ном подходе, как и в случае использования детерминированного под­
хода, могут проводиться в виде процедуры, состоящей из
нескольких шагов. Принцип построения расчетных процедур также
заключается в постепенном учете факторов, влияющих на ЭМС. Для
определения конкретных значений величин, входящих в соотноше­
ния (3.27) - (3.28), на практике обычно прибегают к использованию
* Нормальный закон распределения имеет вид
где х
и а - среднее значение и СКО величины х соответственно
J
различных упрощенных моделей, в том числе эмпирических данных, по­
лученных на основе обработки данных большого числа РЭС различного
типа и различных частотных диапазонов. Данные для радиопередатчиков
определяют согласно эмпирической формуле:
im(/)=^lg(/M1//o») + e.
(3-31)
где /ип и /ои - частоты нежелательного и основного излучения,
соответственно, а значения коэффициентов А, В и значения
СКО о/ип определяются согласно табл. 3.3.
Таблииа 3 3
Категория передатчика
(диапазон, МГц)
<30
30...300
>300
Усредненные
А, дБ/декада
В, дБ
-70
-80
-60
-70
-20
-30
-40
-30
10
15
20
20
Аналогичным образом определяются параметры восприим­
чивости радиоприемников:
Zpn(/) = Zlg(///0Kn) + J,
(3.32)
где f и f0Kn - частоты побочного и основного канала приема, а зна­
чения коэффициентов Z. Z и СКО о£рп определяются согласно
табл. 3.4.
Таблииа 3 4
Категория передатчика
(диапазон, МГц)
<30
30...300
>300
Усредненные
I, дБ/декада
J, дБ
аЫ>п ’Д6
25
35
40
35
85
85
60
75
15
15
15
20
Существуют также подобные эмпирические соотношения,
позволяющие описать значения ZfflI(/), Zpn(/), ст/ип и сг£ип для
учета влияния внеполосных излучений радиопередатчиков и вне­
полосных эффектов в радиоприемниках [4].
Оценка средних значений и СКО величин Z^ представляет не­
сколько большие трудности. Основой для получения этих оценок явля­
ются соотношения (2.20) и (2.21). Для антенн, располо­
134
женных в свободном пространстве, коэффициент связи антенн обычно
представляют в виде:
4'i=£U,,+4’,.
где величина
(3-33)
определяется с использованием эмпирических
данных для параметров антенн, а величина затухания на радиог(')pj - согласно соотношению:
трассе I^
(3.34)
^=201g(A,/47d?)
для случая расположения антенн в свободном пространстве (пред­
варительная оценка) и с использованием тех или иных приближен­
ных соотношений, описывающих средние значения и СКО вели­
чин затухания радиоволн на конкретной радиотрассе. Один из ва­
риантов простой методики для расчета параметров затухания на
радиотрассе приведен в приложении 2.
Для расчета величины £вваяот7; обычно используют соотноше­
ние (3.34):
„ (е,,ч>,)+к^,
4— = «у„ (/)+ку„ (/)+(е,.<р,)+f
(з.35)
где КУ„(/) иКУ,п(/),Г„(е|,<р|)иГ„(е,,ч>,)и*т - значения
коэффициентов усиления антенн ДН по мощности в направлении
друг на друга и коэффициент, учитывающий согласование по поля­
ризации, определенные для анализируемого значения частоты f.
При оценках ЭМС часто прибегают к аппроксимации реаль­
ных пространственных зависимостей F(6, <р) кусочно-постоянными
(рис. 3.9).
АДО)
Г(0) = 0 дБ
Г(0) = ДвздБ
®гл
ТУУ
0
Рис. 3 9 Аппроксимация ДНА
Результатом этого допущения является то, что в зависимости от
значений ширины ДН антенн и их взаимной ориентации вместо
135
рассмотрения континуума значений величины /^(0,, cpj) +
-г FPn(02, ф2) можно ограничиться рассмотрением четырех вариантов,
соответствующих ситуациям:
- излучение главным лучом — прием главным лучом - (Г^-Грн).
- излучение главным лучом - прием боковыми лепестками (■ТщГ^РП )’
- излучение боковыми лепестками - прием главным лучом (Бип'Грп )>
- излучение боковыми лепестками - прием боковыми лепест­
ками - (Бип-Брп).
При кусочно-постоянной аппроксимации диаграмм направ­
ленности значения величины
cpj -1- Fpn(02, ф2) определяются
из табл. 3 5
Таблииа 3 5
Ситл ация
<Pj) + Н>п(02 Ф7) ДБ
(ГИП-ГРП)
(ГИП-БРП)
(БИП-ГРП )
^6"ИП
(БИП-БРП)
^олИП т ^олРП
0
^'лРП
Эмпирические значения величин
КУ(/) +F(0I,cp,)-r ктл
в рабочей полосе частот и вне ее приведены в табл 3 6.
Табпииа 3 6
Тип
антенны
Полоса
частот
Рабочая
Остротплавленные Рабочая
Вне
КУ>25 дБ
рабочей
Рабочая
25>КУ>10
дБ
Рабочая
Вне
рабочей
Рабочая
Слабогоправленные Рабочая
Вне
КУ^ЮдБ
рабочей
136
Поляризация
шда
КУ,
дБ
ско,
дБ
КУ
2
КУ-20
3
горизон­
тальная
Дф
верти­
кальная
де
Ортогональная
ЮДф
1оде
Произвольная
4Дф
4де
КУ-13
3
Основная
Дф
де
КУ
2
юде
КУ-20
3
КУ
3
Основная
Ортогональная
Произвольная
ЮДф
(1..3)Д<р
(1...з)де
Основная
Дф
де
КУ
1
Ортогональная
6Дф
6Д6
КУ-16
2
Произвольная
360°
180°
0
3
Вероятностная оценка
в нестационарных ситуациях
К нестационарным будем относить различные ситуации, ког­
да в процессе работы имеют место изменения взаимного распо­
ложения и ориентации источника и рецептора помех, значений
их рабочих частот, а также временного режима работы. Для всех
этих случаев величина мощности помехи, принимаемой рецепто­
ром, также является случайной. Отличие от рассмотренных ста-
ционарных ситуации состоит в том, что зависимость
как слу-
чайной величины имеет более сложный характер
.
*
В этих ситуациях вместо плотности распределения мощнос­
ти помехи в 7-м рецепторе
j в обшем случае следует вводить
в рассмотрение совместную плотность распределения мощности
помехи w(-Ppri) пространственных параметров В, частот переда­
чи и приемаи времени Т ^(Р^,В,}т1^,т)
Формально вероятность нарушения ЭМС можно вычис­
лить, интегрируя указанную функцию в пределах, соответству­
ющих диапазонам изменения пространственных координат, ча­
стот и времени:
f Iff I(з.зб)
nfp nn ar
где символами Q обозначены указанные диапазоны.
Проведение расчетов при непосредственном использовании
соотношения (3.36) сопряжено с неоправданными трудностями.
В большинстве практических случаев используются различного
рода упрощения.
* Обоснованием использования этого термина является то, что в «нестацио­
нарных» ситуациях помеха может рассматриваться как нестационарный случай­
ный процесс
137
В основу этих упрощений положены приемы, аналогичные
использованным ранее при анализе частотных соотношений. Суть
их состоит в аппроксимации реальных пространственных, час­
тотных и временных зависимостей кусочно-постоянными. Резуль­
татом такой аппроксимации является то, что вместо континуума
значений пространственных координат, частот и времени рас­
сматривается их конечное число, характеризуемое вероятностью
этой ситуации.
Пусть, например, оценивается возможность создания недо­
пустимых помех радиоприемнику фиксированной радиослужбы
РЛС со сканирующей ДН ее антенны. В результате пространствен­
ного перемещения ДН антенны РЛС уровень воздействующей по­
мехи может принимать различные значения, пропорциональные
коэффициенту усиления передающей антенны в направлении на
рецептор. Это. в частности, означает, что при оценке характери­
стик принимаемой помехи следует обратить внимание на совмест­
ную плотность распределения величины принимаемой мощности
и угловых координат, характеризующих угловую ориентацию ДН
антенны РЛС -
.
При введении упрощений ДН антенны представляется дву­
мя участками - главным лучом шириной Д0 и Эф и областью
боковых и задних лепестков со значениями ДН, равными 1 и
ДБЛ. Поэтому мощность помехи, действующей на рецептор в этих
условиях, принимает значения, пропорциональные 1 или, соот­
ветственно, ДБЛ, т.е. вместо анализа континуума значений дос­
таточно ограничиться анализом двух стационарных ситуаций,
соответствующих главному лучу ДН антенны и области боко­
вых лепестков. Более того, значения принимаемых мощностей
помех, соответствующих этим случаям, отличаются только на
величину ДБЛ.
Пусть вероятность ориентации передающей антенны в на­
правлении на рецептор равна ргл. Тогда вероятность нарушения
ЭМС будет:
Рв =^(^пгл) + 0-/’П1)л(/’РПБЛ),
138
(3.37)
где /?(-Ррпгл)и ^(Лпбл) ~ вероятности нарушения ЭМС в случае
облучения главным лучом и боковыми лепестками соответ­
ственно.
Аналогичным образом можно ввести в рассмотрение ко­
нечное число различных ситуаций соответственно частотному
и временному факторам. Например: воздействие на рецептор
основного излучения или побочного, прием ОКП или по по­
бочным каналам, нахождение или отсутствие рецептора или
источника в некоторой части пространства и т.д. В любых по­
добных случаях нестационарную ситуацию можно приближен­
но представить конечным набором стационарных и охаракте­
ризовать каждую из выделенных ситуаций значением вероят­
ности ее осуществления qk, где к =1,2 ..М. Для каждой из этих
ситуаций можно определить вероятность нарушения ЭМС - psk
с использованием приемов, описанных в разд. 3.3. В силу того,
что рассматриваемая совокупность ситуаций соответствует
полной группе событий, искомая вероятность нарушения ЭМС
равна:
(3.38)
В частном случае, когда по каждому из факторов - времени,
частоте и пространственному положению можно ограничиться
двумя состояниями, причем для одного из них нарушения ЭМС
заведомо отсутствуют, соотношение (3.38) принимает наиболее
простой вид:
P„=PfPTP&Pa(f,T,R)
(3.39)
где Pf,PT,PR - вероятности совпадения частот, времени передачи
и нахождения в ограниченной области пространства: ps
-
условная вероятность нарушения ЭМС при совпадении частот, вре­
мени и пространственного расположения ИП и РП.
139
3.5. Оценка воздействия ИРП на радиоприемники
Полный учет влияния ИРП на радиоприемники различных ра­
диотехнических и связных устройств представляет собой чрезвычай­
но сложную задачу. Среди основных причин можно назвать следую­
щее:
- различный характер ИРП, создаваемых источниками инду­
стриальных помех: по спектральному составу и временным харак­
теристикам. Результатом этого, в частности, является то, что уров­
ни допустимых помех значительно отличаются для различных ис­
точников;
- сложность определения и описания параметров электромаг­
нитной обстановки, соответствующей данной конкретной совокуп­
ности источников;
- сложность расчетов характеристик процессов излучения и
приема электромагнитных волн, соответствующих ИРП от источ­
ников различных видов;
- большое разнообразие типов и свойств источников ИРП.
При оценке влияния излучаемых ИРП на конкретный ра­
диоприемник как на рецептор помех обычно прибегают к ис­
пользованию тех или иных моделей электромагнитной обста­
новки, создаваемой определенной совокупностью источников
ИРП. В простейшем случае это модель, в которой результирую­
щее электромагнитное поле, создаваемое совокупностью источ­
ников, в пределах полосы пропускания приемника рассматри­
вается как белый шум определенной интенсивности в зависимо­
сти от территориального расположения рецептора помех и типа
местности. Усредненные числовые показатели, характеризую­
щие интенсивность этого шума, получают эмпирически на ос­
нове обработки экспериментальных данных. Независимо от
формы представления эти величины характеризуют спектраль­
ную плотность шумового процесса - частотные зависимости
средних значений интенсивности и среднеквадратических откло­
нений. На рис. 3.8 эти данные приведены в следующей форме:
по оси абсцисс отложены средние значения напряженности элек­
трического поля ИРП
140
усредненные для полосы частот
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):
Um = 4Pn+101g(Bpn) + 201g^,
(3.40)
где Вт- полоса пропускания рецептора, кГц; hA - действующая
высота антенны, м.
Аналогично определяется мощность принимаемой помехи:
Дп =£MPn+10lg(5pn) + l01g^-101gZt,
(3.41)
где SA - X2 КУ/4л- эффективная 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.
Ю Е Седельников
6
141
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 непосредственной близости 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.
В то 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:
1%п'
£рп
ЯРП
= [£]
Яцп
^РП
Яип
ч4п )
Лп >
(3.42)
где [Z] - матрица значений коэффициентов переноса помех соот­
ветственно всем возможным путям распространения:
|Ан]
[А/тен]
[4ж] [А//] .
Le
и
(3-43)
£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:
-®ИП + — -®РП доп’
(3 .44)
Hm + LH <ЯРПдоя;
(3.45)
Еип+ £,,.< ЕРПдоп,
(3.46)
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
601g(E/EHTO)E<7?HT4’
(3.47)
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,
в том 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
и рецепторов 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,
а также широкий динамический диапазон измеряемых величин;
147
- специфический характер организации и проведения изме­
рений параметров ЭМС.
Первые из двух перечисленных особенностей относятся
к средствам 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 гармоник- нет.
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
и рецепторов 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
и вспомогательных средствах измерений;
150
- 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
радиоприемниками (восприимчивость к изл<|
*А.емым
;
**
помехам)
- 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,
а также 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.
Экран
Зеркальны]
коллиатор
РПМ
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).
Устройство ответвления
Тракт
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.
В силу 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
чески короткой рамки
<< wM. В силу принципа взаимности
свойств в режиме приема и передачи вибраторная антенна реаги­
рует преимущественно на электрическую составляющую ЭМП
в ближней 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
в экранированных 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.
3м
----------------- 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
действии помех в дальнейшей зоне) или специальными устройства­
ми* (при оценке воздействия полей в ближней зоне (рис. 3.20)).
_____________ Е„
Из мер ительный
генератор
J
1
1
1
>
\
Индика-
РЭС Р—-— торное
♦ ♦ Н/
а
устройство
Измерительный
генератор
РЭС
1
Т«Л
Индикаторное
устройство
б
Рис 3.20. Упрощенная схема измерения восприимчивости РЭС к излучаемым ИРП:
воздействие электрического (а) и магнитного (б) полей
В любом случае восприимчивость РЭС характеризуется та­
ким значением напряженности внешнего поля, при котором про­
исходит оговоренное заранее снижение качественных показателей
исследуемого РЭС.
Измерения уровней создаваемых кондуктивных помех
и восприимчивости рецепторов к ним
Указанные измерения осуществляются методами, которые
можно условно отнести к трактовым. Основанием этого утверж­
дения является то, что передача электромагнитной энергии по про­
водам на относительно низких частотах фактически представляет
собой распространение в многосвязанных направляющих системах
волн поперечного типа с нулевой критической частотой. Для отно­
сительно низких частот явления многомодового распространения
волн не происходит, временные запаздывания вдоль пути
’ В большинстве стандартов, относящихся к контролю уровней восприим­
чивости к излучаемым помехам, предусматривается использование измеритель­
ных антенн со стандартными характеристиками. В последнее время как перспек­
тивный путь проведения испытаний РЭС на восприимчивость к излучаемым ИРП
рассматривается организация воздействия испытательных ЭМП на испытуемый
рецептор в специальных испытательных Т-камерах. Последние представляют со­
бой отрезок волновода с достаточно большим поперечным сечением,
в котором возбуждается электромагнитная волна Т-типа. Испытуемое устрой­
ство размещают внутри указанного волновода. Основным преимуществом дан­
ного способа является возможность проведения испытаний в условиях воздей­
ствия ЭМП равномерной интенсивности.
161
распространения, как правило, значительно меньше периода коле­
баний. Поэтому проведение указанных измерений базируется на
типовой технике радиотехнических измерений низкочастотных на­
пряжений и токов. При этом, разумеется, присутствует специфика
измерений в области ЭМС. По отношению к измерениям уровней
кондуктивных полей и восприимчивости рецепторов к указанным
помехам специфика задач измерений параметров ЭМС проявляет­
ся в следующем:
-необходимость использования регламентируемых нагрузок при
контроле уровней создаваемых кондуктивных полей (эквивалент сети);
- использование токосъемников и другого вспомогательного обо­
рудования с регламентированными свойствами;
- использование в ряде случаев источников специальных ис­
пытательных сигналов с регламентированными временными ха­
рактеристиками и импедансными свойствами.
При измерении параметров помех, распространяющихся в раз­
личных проводниках, определяют токи (или напряжения), соответ­
ствующие помехам, во внешних соединениях испытуемых блоков
аппаратуры, цепях электропитания, управления и контроля, заземле­
ния и др. Структурная схема таких измерений показана на рис. 3.21.
Рис. 3.21. Схема измерения уровней помех, распространяющихся в проводах
162
Электрические сигналы, пропорциональные измеряемым
токам, выделяются различными токосъемниками, например ин­
дуктивными датчиками. Собственно измерения осуществляют­
ся с помощью измерителей помех, представляющих собой ка­
либрованные измерительные приемники (для высоких частот)
или селективные вольтметры (для низких частот). Конструкция
и параметры токосъемников, а также состав, взаимное распо­
ложение исследуемых средств и параметры нагрузок, подклю­
чаемых к проводникам, стандартизованы для конкретных ти­
пов аппаратуры.
На рис. 3.22 показаны типовые схемы расположения обору­
дования при измерениях уровней кондуктивных помех.
5
Рис. 3.22. Расположение измерительной аппаратуры и оборудования
при измерении напряжения радиопомех крупногабаритных источников:
I - испытуемое устройство. 2 - эквивалент сети, 3 - измеритель радиопомех:
4 - зажим «земля»; 5 - металлический лист; 6 - изоляционная подставка; 7 - стол
При определении восприимчивости РЭС к помехам в элект­
рических цепях указанные эталонные воздействия вводятся в со­
ответствующие цепи устройства, а восприимчивость РЭС к дан­
ному виду помех определяется таким напряжением (током) по­
мехи, при котором происходит оговоренное в технических усло­
виях снижение качества. Важная особенность измерений воспри­
имчивости РЭС состоит в том, что источник помех подключают
через специальное устройство, являющееся, строго говоря, экви­
валентом реальной цепи по значению выходного сопротивления
(рис. 3.23).
163
I
I
I
I
1
I
!
I
I
!
1_
I
I
I
I
I
I
I
I
I
г
I
I
I
I
I
I
-'I---'
Экран
I
Рис. 3.23. Схема измерений восприимчивости РЭС к кондуктивным помехам
Как и при измерении восприимчивости к излучаемым поме­
хам, тип и состав оборудования, а также конкретные виды стан­
дартизованы для различных типов аппаратуры.
164
Глаза твои пусть прямо смотрят и ресницы твои
да будут направлены прямо перед собой.
Обдумай стезю для ноги твоей, и все пути твои
да будут тверды.
Книга Притчей Соломоновых. Гл. 4, ст. 25-26
Раздел 4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
СОВМЕСТИМОСТИ
4.1. Задачи и средства обеспечения ЭМС
Обеспечение ЭМС широкого круга технических средств пред­
ставляет собой сложную задачу, для решения которой не существует
универсальных приемов, равно эффективных для различных клас­
сов ТС и областей их использования. Более того, даже для сравни­
тельно узких областей применения, ввиду комплексного характе­
ра проблемы, успешно решать задачи обеспечения ЭМС можно
только на основе проведения мероприятий различного характера.
Указанные мероприятия должны осуществляться на всех этапах
жизненного цикла технических средств - от стадии проектирова­
ния до этапа эксплуатации.
Для задачи обеспечения ЭМС некоторого вновь создаваемо­
го технического средства (системы, устройства и т.д.) характерна
важная особенность. По мере завершения разработки и перехода
к стадиям производства и эксплуатации набор доступных средств
для борьбы с НЭМП, а также их эффективность снижаются, сто­
имость же, наоборот, возрастает (рис. 4.1).
165
Число мер
и их стоимость
Рис 4 I Число доступных мер обеспечения ЭМС (------- )
и их стоимость (— -) на различных этапах жизненного цикла изделия
Таким образом, вопросы обеспечения ЭМС должны учиты­
ваться в максимально целесообразном объеме по возможности на
ранних этапах жизненного цикла. Исключение влияний возмож­
ных источников помех на различные рецепторы на ранних стади­
ях дает лучшие результаты и более оправдано с экономической
точки зрения. По данным американских специалистов меры, пред­
принятые своевременно на стадии проектирования, позволяют
избежать до 80...90% потенциально возможных трудностей, свя­
занных с влиянием помех Решения, принимаемые на более поздних
этапах, оказываются более сложными для реализации, требуют
значительных дополнительных затрат, увеличивают время ввода
в эксплуатацию, а иногда оказываются неэффективными, не по­
зволяющими обеспечить требуемые эксплуатационные показате­
ли новых технических средств.
Для эффективного решения задач в русле проблемы ЭМС
для всех этапов жизненного цикла, соответствующего техничес­
кого средства - проектирования, производства, эксплуатации
должно быть непреложным правилом принимать любые техни­
ческие решения с учетом возможности создания НЭМП и под­
верженности их действию. Эта мысль в американских источни­
ках, сформулированная афористично, звучит как «with ЕМС
in mind».
Решения, принимаемые для обеспечения ЭМС, в целом соот­
ветствуют ряду иерархических уровней:
166
1. Радиослужба * — исключение нежелательных влияний меж­
ду техническими средствами различных радиослужб.
2. Радиотехническая система, комплекс - обеспечение как со­
вместной работы различных средств в составе конкретной систе­
мы, так и различных систем между собой. Для этого уровня часто
вводятся детализирующие определения:
Межсистемная ЭМС - обеспечение совместной работы раз­
личных систем, либо разнородных устройств в составе системы,
например обеспечение ЭМС между радиосистемами самолетов па­
лубного базирования и корабельных РЭС.^с
Внутрисистемная ЭМС - обеспечение однородных средств
в составе системы, например в группе связных средств сухопут­
ной. воздушной и другой подвижной радиосвязи.
Межобъектовая ЭМС - обеспечение различных технических
средств как однородных, так и разнородных, устанавливаемых на
территориально разнесенных объектах - самолетах, кораблях,
в последнее время в различных офисах, производственных поме­
щениях и т.д.
Внутриобъектовая ЭМС - совместная работа, как правило,
разнородных средств, устанавливаемых на объекте ограниченных
размеров и часто имеющих общие цепи электропитания, кабель­
ные каналы и т.д., например обеспечение ЭМС совокупности са­
молетных или корабельных ТС, различного оборудования, уста­
навливаемою в офисе, производственном помещении и т.д.
3. Радиоэлектронное устройство — совместная работа отдель­
ных устройств: методы снижения уровней создаваемых помех, вос­
приимчивости к ним, а также, по возможности, исключение путей
распространения НЭМП от источников к рецепторам. Например,
улучшение технических параметров ЭМС устройств (источников
и рецепторов), использование различных мер по улучшению пара­
метров антенн, влияющих на ЭМС, использованию различных
компенсаторов помех и т.д.
* Понятие «радиослужба» относится к определению совокупности радио­
технических средств, предназначенных для решения определенного круга задач
(областей применения)- радиовещание, телевидение, сухопутная, воздушная и
морская подвижная связь, радиолюбительство, радиолокация и др.
167
4. Элемент, блок - устранение нежелательных электромагнит­
ных связей как между отдельными блоками и элементами в составе
данного устройства, так и (хотя и реже) между элементами и блока­
ми различных устройств (как правило, на одном объекте,
в одном корпусе, аппаратном шкафу и т.д.). Некоторые авторы для
этой группы задач используют понятие «внутриаппаратная ЭМС».
Для решения задач ЭМС разработано значительное число как
принципиальных подходов, так и конкретных решений, в том чис­
ле технических. Существует несколько групп приемов, направлен­
ных на обеспечение ЭМС, объединяемых понятием «меры по обес­
печению ЭМС».
Различают следующие меры:
- организационно-технические - организационное, правовое
и техническое регулирование в области использования радиочас­
тотного ресурса. Организационно-технические меры относятся
в определенной степени как к большим группам радиосредств радиослужбам, так и к отдельным техническим средствам;
- системно-технические - выбор принципов построения ра­
диосистем с учетом требований ЭМС и организация работы от­
дельных устройств в составе системы, комплекса;
- схемотехнические - технические приемы, относящиеся как
к улучшению параметров ЭМС конкретных устройств (источни­
ки, рецепторы и пути распространения НЭМП), так и к использо­
ванию специальных устройств, предназначенных для компенсации
влияния помех. В определенном смысле к числу схемотехнических
мер могут быть отнесены и различные приемы по повышению по­
мехоустойчивости рецепторов по отношению к помехам опреде­
ленного конкретного вида;
- конструкторско-технологические - ослабление уровней
НЭМП, создаваемых источниками помех, восприимчивости рецеп­
торов и, главным образом, устранение путей распространения по­
мех путем более совершенного конструктивного выполнения эле­
ментов и блоков, кабелей, межблочных соединений, радиочастот­
ных соединителей, а также корпусов устройств и т.д.
Перечисленные меры имеют выраженную направленность на
решение задач, соответствующих определенному иерархическому
уровню (рис. 4.2).
168
Меры обеспечения ЭМС
Иерархический уровень
Рис. 4.2. Иерархические уровни задач ЭМС и меры для их решения
Для рассмотрения причин классификации обратимся к трактов­
ке содержания этих мер с позиций использования радиочастотного
ресурса.
4.2. Существо мер обеспечения ЭМС
с позиций использования радиочастотного ресурса
Как отмечалось в разд. 1. для трактовки ряда аспектов про­
блемы ЭМС полезно использовать понятие радиочастотного ре­
сурса. Любое техническое средство, использующее электромаг­
нитные процессы диапазонов радиочастотного и ниже, характе­
ризуется областью локализации их в пространстве V-F-T с коор­
динатами «частота», «время» и «пространственные координаты» Quh,. Аналогично, любое техническое средство, потенциально под­
верженное действию внешних по отношению к нему электро­
магнитных процессов, рассматривается как своеобразный «-мер­
ный фильтр с определенной избирательностью по указанным коор­
динатам. Такой «фильтр» характеризуется некоторой областью «про­
зрачности» - Г}РП ;. Пересечение областей
и Qprk трактуется как
наличие электромагнитного воздействия z-го средства-источника на
j-e средство-рецептор. Если принять, что одноименным индекЮ.Е. Седельников
7
169
сам соответствует намеренная передача энергии, а разноименным
- непреднамеренная передача, нарушение ЭМС z-ro источника и
j-го рецептора трактуется как наличие нежелательных пересече­
ний области создаваемых полей QHn, и области прозрачности j-ro
рецептора ОРП7:
П QPIV * 0 (рис. 1.1).
Уточним понятия областей, соответствующих источнику
и рецептору. Будем различать реально занимаемые области йип,
и ОРПу, соответствующие существующим или создаваемым
(т.е. технически реализуемым) образцам аппаратуры и необхо­
димые области ОИПн/ и ОРПн7. Понятие необходимой области от­
вечает области минимальной протяженности, при которой обес­
печивается функционирование технических средств с требуемым
качеством. «Размеры» необходимых областей ОШ1н, и QpriHJ оп­
ределяются- в частотной области - шириной необходимой полосы час­
тот радиопередатчика Bw, необходимой шириной спектра частот
сигналов, создаваемых в различных электронных устройствах
и т.д. В отношении рецепторов - шириной полосы частот основ­
ного канала радиоприема, соответствующего величине Вн;, шири­
ной полосы пропускания различных электронных устройств, со­
ответственно используемым сигналам и т.д.;
- по временной координате - минимальной продолжитель­
ностью сеанса (совокупности сеансов) радиосвязи, минимальным
требуемым временем работы различных технических средств,
не являющихся передатчиками и т.д.;
- в пространственной области - минимальным объемом про­
странства, в пределах которого с определенной целью создаются
электромагнитные поля с интенсивностью не ниже заданной. При­
мерами необходимого пространственного объема для излучений
радиопередатчиков могут служить планируемые зоны уверенного
приема телецентров, зоны, соответствующие конкретной соте в
системах мобильной радиотелефонной связи и т.д. Примером
необходимого пространственного объема для группы источников
индустриальных помех может служить внутренний объем быто­
вой СВЧ-печи, в котором создается электромагнитное поле с изве­
стной целью [22J.
170
Для реальной аппаратуры всегда имеет место превышение
занимаемыми областями ОШ11 и QPI1J соответствующих им необхо­
димых значений:
^ип, —> ^ипв/ ’
(4-1)
(4-2)
причины чего носят различный характер. Часть из них имеет прин­
ципиальный характер, например, превышение области создавае­
мых полей телевизионным передатчиком над плановым, соответ­
ствующим его зоне обслуживания, другие - связаны с техническим
несовершенством конкретного устройства, приведшим к увеличе­
нию полосы занимаемых частот, наличию неосновных каналов
приема, появлению нежелательных связей между элементами или
устройствами и т д.
В любом случае, при нарушении ЭМС, трактуемым как нали­
чие нежелательных пересечений областей Пип, и ЭРП.. возможны две
принципиально различные ситуации, при которых имеет место:
- пересечение областей ОИП; и С1РПу, хотя пересечение соответ­
ствующих необходимых областей ОИПн; и ОРПи? отсутствует (рис. 4.3)
П ^Эрп,
0>
(4-3)
^ипш Г) ^рпн/ ~ 0>
(4 4)
- пересечение и занимаемых, и соответствующих им необхо­
димых областей (рис. 4.4):
^ИП; П ^РП/
^ИПш
^РПн/
0’
0’
(4-5)
(4-6)
Принципиальное отличие этих ситуаций заключается в сле­
дующем. Если пересечение необходимых областей отсутствует,
а занимаемых - имеет место, это означает, что нарушение ЭМС
возникло вследствие технического несовершенства либо устрой­
ства-источника, либо устройства-рецептора. С принципиальной
точки зрения, совместная работа может быть обеспечена, причем
только при улучшении технических параметров (параметров ЭМС)
аппаратуры.
171
т
Рис 4 3 Случай непересекающихся необходимых областей С!ИПя, и £2РП„
Рис. 4.4. Случай пересекающихся необходимых областей ПИПн1 и Qpn,iy
Если имеет место пересечение необходимых областей, это
означает, что только при улучшении технических параметров уст­
ройств-источников и рецепторов ЭМС не может быть обеспечена.
Для обеспечения ЭМС в этих ситуациях необходимо изменить
принцип действия указанных устройств с целью сокращения про­
тяженности необходимых областей
и (или) ОРПну (рис. 4.5).
Другой путь состоит в изменении организации их работы в час­
тотной, временной или пространственной областях с целью исклю­
чения пересечений областей ОИПя, и (или) QPI1HJ (рис. 4.6).
172
т
Рис 4 5 Сокращение размеров необходимых областей
До принятия мер
J После принятия мер
Рис 4 6. Разнос занимаемых областей
Таким образом, с точки зрения использования радиочастот­
ного ресурса, существо различных мер обеспечения ЭМС состоит
в следующем:
- Организационно-технические меры - организация рациональ­
ного использования радиочастотного ресурса в интересах всей со­
вокупности используемых и вновь создаваемых технических
средств: планирование его использования на уровне радиослужб, а
также регламентация разумно допустимых превышений разме-
173
ров занимаемых областей над необходимыми значениями в целом
и для различных групп радиоэлектронных средств.
- Системотехнические меры - выработка принципов работы
технических средств, направленных на сокращение размеров
необходимых областей £1ИПн, и £2РПн7, а также рациональное пере­
распределение радиочастотного ресурса между элементами систе­
мы в пределах возможностей, определенных на основе организа­
ционно-технических мер.
- Схемотехнические меры - обеспечение условий, при кото­
рых протяженность занимаемых областей сокращается в сторону
приближения к соответствующим необходимым значениям:
□ил,
^ипн/ ’ ^рп/
^рпв/- Средствами достижения этого являются
те или иные приемы, принимаемые на уровне схемных решений,
не затрагивающих принцип действия аппаратуры.
- Конструкторско-технологические меры - использование
различных приемов на уровне конструктивных решений и техно­
логических процессов производства.
Во многих случаях на практике целью схемотехнических и
конструкторско-технологических мер обеспечения ЭМС является
такое уменьшение размеров занимаемых областей, при которых
их протяженность отвечает допустимым значениям, определенным
организационно-техническими мерами, т.е. стандартам и нормам,
регламентирующим параметры ЭМС различных технических
средств.
Трактовка проблемы ЭМС как проблемы использования ра­
диочастотного ресурса позволяет дать наглядное толкование сле­
дующему факту. Как отмечалось в разд. 1, непреднамеренные по­
мехи принято разделять на две категории - излучения радиопере­
датчиков и индустриальные помехи. С позиций использования
радиочастотного ресурса такое деление имеет совершенно четкое
объяснение. Любые электронные и электротехнические средства
предназначены для использования электромагнитных процессов с
определенными целями исключительно в пределах внутреннего
объема указанных устройств.
Таким образом, необходимые области £2ИПн, и ОРПн7 локали­
зованы в пространстве соответственно пространственным коорди­
натам указанных устройств. Поэтому для источников и рецепто­
174
ров этой категории устройств всегда выполняется условие отсут­
ствия пересечения указанных областей: Цщ, П
=0 ■
Это означает, что любые нарушения ЭМС в группе источни­
ков и рецепторов в категории «индустриальные помехи» являются
только следствием технического несовершенства последних. Это
означает, что задачи обеспечения ЭМС для этой категории прин­
ципиально могут быть решены на основе принятия схемотехни­
ческих и конструкторско-технологических мер.
Для категории НЭМП-излучения радиопередатчиков дело
обстоит принципиально иным образом. Любые радиопередающие
устройства по своему назначению создают электромагнитные поля
за пределами своих внутренних объемов. Это уже означает прин­
ципиальную возможность наличия пересечений необходимых об­
ластей Г2ИПн, и QPthy. Кроме того, в силу фундаментальных законов
электромагнетизма, электромагнитное поле в открытом простран­
стве не может быть локализовано в пределах только некоторой
ограниченной его части. Также не может быть локализован лю­
бой сигнал конечной длительности в пределах финитной частот­
ной области. Поэтому имеет место превышение занимаемых обла­
стей над необходимыми значениями. Существование нежелатель­
ных пересечений областей означает, что в общем случае принятие
мер только схемотехнических и конструкторско-технологических
может оказаться недостаточным при обеспечении ЭМС для кате­
горий источников НЭМП-излучений радиопередатчиков.
4.3. Организационно-технические меры обеспечения ЭМС
4.3.1. Организация использования
радиочастотного ресурса
Как уже было отмечено, существо организационно-технических
мер с позиций использования радиочастотного ресурса состоит в орга­
низации рационального его использования определенными категория­
ми пользователей. Среди всей совокупности указанных мер можно
выделить две основные группы:
• распределение ресурса между различными категориями
пользователей. Наглядной трактовкой содержания этих мер явля-
175
ется распределение в пространстве V-F-T необходимых областей,
соответствующих тем или иным категориям пользователей;
• регламентирование допустимой протяженности занимаемых
областей, соответствующих источникам и рецепторам различных
категорий. Указанная регламентация заключается в стандартиза­
ции (нормировании) параметров ЭМС для различных групп аппа­
ратуры и обеспечении правовых и технических основ соблюдения
указанных норм. С точки зрения использования радиочастотного
ресурса существо этой группы мер заключается в регламентации
размеров необходимых областей и допустимых превышений зани­
маемых областей, соответствующих источникам и рецепторам по­
мех различных категорий.
Перечисленные группы мер применяются на различных уров­
нях: международном, национальном, региональном, отраслевом и т.д.
Международный уровень. С момента открытия РЧР (конец
позапрошлого столетия) и по настоящее время процесс использо­
вания РЧР развивается в двух направлениях: освоение ресурса в
диапазонах все более высоких частот и непрерывно возрастающее
использование его в уже освоенных диапазонах. Огромное соци­
альное и экономическое значение РЧР для всех народов земного
шара привело к необходимости его распределения на основе меж­
дународных соглашений при разделении на отдельные полосы ча­
стот и их закрепление за определенного вида радиослужбами. Ком­
плекс задач, возникающих в международном масштабе в связи с
пользованием РЧР, находится в ведении Международного союза
электросвязи (МСЭ), который имеет в своем составе Международ­
ный комитет по регистрации частот (МКРЧ), Международный
консультативный комитет по телеграфии и телефонии (МККТТ).
Согласованные международные решения оформляются Генераль­
ным секретариатом МСЭ (Женева) в виде сборника документов
«Регламент радиосвязи» [23], выпущенного впервые в 1959 г. и до­
полняемого последующими международными соглашениями в свя­
зи с распределением и перераспределением полос частот, напри­
мер, для космической радиослужбы (1963 и 1971 гг.), подвижных
служб авиационной (1966 и 1978 гг.) и морской (1967 и 1974 гг.).
Первое международное соглашение относилось к распределению
радиоканалов в диапазонах СВ и ДВ и было принято в 1906 г.
176
(Берлин) с участием 29 стран. Был согласован вид сигнала бедствия
SOS и впервые выделен для него радиоканал. Процесс дальнейшего
распределения РЧР продолжался на последующих международных кон­
ференциях. В 1927 г. было согласовано использование диапазона 10 кГц
... 60 МГц (1=5 м), в 1947 г. диапазона 10 кГц ... 40 ГГц
(7,5 мм) и в 1971 г. - 10 кГц ... 275 ГГц (1,1 мм).
В 1979 г. состоялась Всемирная Административная радиокон­
ференция (ВАКР-79) с участием 142 стран, которая уточнила со­
держание этого важного сборника международных документов.
Основополагающим документом, определяющим общие
принципы использования радиочастотного ресурса, является
Регламент радиосвязи [23], которым определен ряд основопо­
лагающих правил, относящихся к вводу в строй мощных радио­
вещательных станций, ограничению помех, работе отдельных
видов радиослужб (воздушная и морская подвижные службы,
воздушные и морские радиомаяки, передача сигналов бедствия
и т.д.). Важнейшим составляющим документом Регламента ра­
диосвязи является Таблица распределения радиочастот. Этот
международный документ регламентирует распределение диа­
пазона радиочастот (9 кГц - 275 ГГц) между различными ра­
диослужбами.
Радиослужба — понятие, относящееся к использованию ра­
диотехнических средств по определенному для каждого вида служб
целевому назначению. К различным радиослужбам относятся: ра­
дионавигация, радиолокация, радиовещание, фиксированная связь,
морская подвижная радиосвязь, стандарты частоты, радиолюби­
тельская, воздушная и морская радионавигация, воздушная под­
вижная связь, радиометеорология, наземная подвижная связь, фик­
сированная, радиоастрономия, космические исследования, косми­
ческая связь, связь с помощью ИСЗ, радионавигация с помощью
ИСЗ и радиометеорология с помощью ИСЗ.
Предполагается, что соблюдение всеми странами правил со­
гласно Таблице распределения радиочастот и дополняющих ее
документов будет обеспечивать отсутствие НЭМП между РЭС раз­
личных радиослужб многих стран.
Остановимся на этом документе несколько подробнее. Для рас­
пределения полос частот земной шар разделен на три района.
177
В район 1 входят все страны Европы и Африки, а также Монголия,
азиатская часть бывшего СССР и частично Турция; район 2 - стра­
ны Северной и Южной Америки; район 3 - страны Азии, Австра­
лии и Океании.
Уточним понятия (термины), относящиеся к распределению
диапазона радиочастот:
• распределение - службы;
• выделение - зоны или страны;
• присвоение — конкретные средства.
За каждым из географических районов Таблицей распреде­
ления радиочастот для всех перечисленных радиослужб закрепле­
ны определенные участки диапазона радиочастот (9 кГц - 275 ГГц)
(распределены между радиослужбами). Кроме того, определен ста­
тус отдельных радиослужб при распределении им общих полос
частот (основные, вторичные и разрешенные). Распределение полос
частот по радиослужбам первого региона представлено на диаг­
рамме, представленной на рис. 4.7.
Национальный уровень Национальная политика стран в об­
ласти распределения радиочастотного ресурса строится на базе
Регламента радиосвязи и ряда других международных соглашений,
в соответствии с Таблицей распределения радиочастот Это. в том
числе, означает централизованное, на государственном уровне
распределение полос частот между радиослужбами в масштабе
конкретной страны При этом учитываются взаимные интересы
стран - соседей. В частности, частоты, присвоенные радиостанци­
ям соседних стран, не располагаются вблизи границ частотной
полосы, выделенной для данной радиослужбы.
Это планирование направлено на ослабление (исключение)
помех между средствами радиослужб соседних стран. Выделение
полос частот для различных радиослужб стран представлено на­
циональными Таблицами распределения радиочастот
.
*
* В большинстве промышленно развитых стран выделены две категории
различных радиослужб - гражданские и военные и существуют соответствую­
щие им Таблицы распределения полос частот
178
Рис 4 7 Распределение полос частот между различными радиослужбами для Pei иона
На национальном уровне процесс распределения полос частот
между радиослужбами, а также контроль за их выполнением обеспе­
чивается работой специальных правительственных органов: в США —
Федеральной комиссией по связи, подчиненной непосредственно
Президенту страны, в России - Государственной Комиссии по радио­
частотам, радиочастотными органами, а также соответствующими
организациями в составе Министерства Обороны и ФАПСИ.
Выделение частотных полос и присвоение частот конкретным
РЭС во всех цивилизованных странах осуществляется на основе на­
циональных Таблиц распределения радиочастот. Эти функции вы­
полняют специальные государственные органы, отвечающие за ис­
пользование радиочастотного ресурса в масштабе конкретной стра­
ны. Форма организации процессов назначения частот и контроля за
использованием частотного ресурса определяется национальными
законодательными актами. Как правило, порядок назначения частот
зависит от вида службы, категории средств и пользователей. В лю­
бом случае процесс имеет централизованный характер, хотя и вклю­
чает наличие нескольких уровней - национальный, региональный,
местный и т.д. Обычной практикой является решение вопросов по
маломощным источникам и малоприоритетным пользователям на
низшем (местном) уровне, более важных - на региональном и т.д.
В РФ общий порядок назначения радиочастот для эксплуата­
ции РЭС всех категорий определяется ее нормативными актами,
в том числе «Положением о порядке назначения (присвоения) ра­
диочастот в Российской Федерации для радиоэлектронных средств
всех назначений», принятым ГКРЧ РФ 29.06.98 (протокол № 7/2).
Положение устанавливает в Российской Федерации основные
принципы и общие условия назначения (присвоения) радиочастот для
радиоэлектронных средств всех назначений. Им определяются про­
цедура представления заявок на частотные назначения (присвоения),
правила международной координации частотных назначений (при­
своений) и выдачи разрешений на их использование, права и обязан­
ности заявителей (пользователей), порядок учета частотных назначе­
ний (присвоений), контроля за их использованием, порядок выявле­
ния и устранения радиопомех, возникающих при эксплуатации РЭС.
Согласно «Положению» регулирование распределением частот
для различных категорий пользователей осуществляется спе­
180
циальными радиочастотными органами. Ими являются специаль­
ные организации при федеральном органе исполнительной власти в
области связи, подразделения Министерства обороны Российской
федерации (Минобороны России) и Федерального агентства пра­
вительственной связи и информации при Президенте Российской
Федерации (ФАПСИ), наделенные полномочиями решать вопросы
регулирования использования радиочастотного спектра на основа­
нии соответствующих федеральных законов и постановлений Пра­
вительства Российской Федерации. Назначение (присвоение) ра­
диочастот для РЭС различного применения осуществляется цент­
рализовано или децентрализовано.
Служба Госсвязьнадзора России осуществляет централизо­
ванное и децентрализованное назначение (присвоение) радиочас­
тот для РЭС гражданского применения. Централизованное назна­
чение (присвоение) радиочастот осуществляется Главгоссвязьнадзором России, децентрализованное - его региональными управле­
ниями. Централизованное назначение (присвоение) радиочастот для
РЭС гражданского применения, как правило, осуществляется в тех
случаях, когда зона действия РЭС (мешающего воздействия на
другие РЭС) охватывает обширную территорию страны, включа­
ющую территорию нескольких субъектов Российской Федерации,
когда требуется международная координация, а также когда рабо­
та РЭС имеет общегосударственное значение. Децентрализован­
ное назначение (присвоение) радиочастот для РЭС гражданского
применения осуществляется, когда зона действия РЭС (мешаю­
щего воздействия на другие РЭС) ограничивается территорией
отдельного субъекта Российской Федерации, когда для обеспече­
ния беспомеховой работы РЭС не требуется проведение дополни­
тельных организационно-технических мероприятий. Перечни радио­
частот и РЭС гражданского применения, назначение (присвоение)
радиочастот которым осуществляется централизованно или децен­
трализованно, а также процедура централизованного и децентрали­
зованного назначения (присвоения) радиочастот для РЭС граждан­
ского применения в конкретных полосах радиочастот определяют­
ся Главгоссвязьнадзором России по согласованию с Минобо­
роны России. Перечни радиочастот децентрализованного наз­
начения могут составляться как для всей территории стра181
ны, так и для отдельных регионов или районов. В целях более эф­
фективного использования полос радиочастот, распределенных не­
которым радиослужбам, в необходимых случаях по заданию Главгоссвязьнадзора России могут разрабатываться территориальные
планы частотных назначений (присвоений) РЭС гражданского при­
менения этих радиослужб. Эти планы согласовываются с Минобо­
роны России, а также с заинтересованными министерствами, ве­
домствами и организациями. В дальнейшем Россвязьнадзор Рос­
сии при назначении (присвоении) радиочастот для РЭС этих ра­
диослужб руководствуется планами и дополнительных согласова­
ний не проводит. Территориальные планы частотных назначений
(присвоений) могут, по мере необходимости, периодически коррек­
тироваться и уточняться с учетом изменившихся условий исполь­
зования выделенного радиочастотного ресурса. Уточнения и из­
менения, вносимые в территориальные планы частотных назначе­
ний (присвоений), согласовываются с Минобороны России, а так­
же с заинтересованными министерствами, ведомствами и органи­
зациями.
Радиочастотные органы Минобороны России осуществляют
централизованное и децентрализованное присвоение радиочастот
для РЭС правительственного применения, находящихся на радио­
частотном обеспечении Минобороны России, в том числе для РЭС,
обеспечивающих безопасность полетов и управление воздушным
движением военной и гражданской авиации. Штабы военных ок­
ругов осуществляют присвоение радиочастот для РЭС правитель­
ственного применения, размещаемых на территории военного ок­
руга, для которых радиочастоты назначаются децентрализовано.
Применение правила централизованного и децентрализованного
назначения (присвоения) радиочастот для РЭС военного примене­
ния и РЭС федеральных органов исполнительной власти, находя­
щихся на частотном обеспечении Минобороны России, определя­
ет Минобороны России.
Радиочастотные органы ФАПСИ осуществляют назначение
(присвоение) радиочастот для РЭС президентской, правительствен­
ной и специальной радиосвязи.
Использование радиочастот для эксплуатации РЭС всех на­
значений или изменение установленных условий использования
182
TV
назначенных (присвоенных) радиочастот без разрешения соответ­
ствующего радиочастотного органа запрещается. Также не может
быть передано другим юридическим или физическим лицам без
разрешения соответствующего радиочастотного органа право на
использование назначенных (присвоенных) радиочастот для эксп­
луатации РЭС.
Радиочастотные органы, осуществляющие назначение (при­
своение) радиочастот для РЭС различного применения, осуществ­
ляют постоянный контроль за использованием радиочастотного
ресурса. Он может осуществляться при проверке технической и
учетной документации на РЭС (документальный контроль) и про­
верке параметров РЭС с помощью контрольно-измерительной ап­
паратуры и средств радиотехнического контроля (инструменталь­
ный контроль). При документальном контроле проверяются: нали­
чие разрешений на эксплуатацию РЭС, соблюдение условий исполь­
зования РЭС (места установки антенн, высота их подвеса, ширина
диаграмм направленности антенн, зоны обслуживания базовых стан­
ций и др.), при которых были произведены частотные назначения,
эксплуатационная документация.
Частотное планирование. Частотное планирование является
одним из путей повышения эффективности использования РЧР.
широко применяемым в национальном и международном масш­
табах. В практике рассматриваются два пути повышения эффек­
тивности использования РЧР. Первый из них включает организа­
ционные меры: частотное планирование, экзаменацию заявок на
частотное присвоение, установление правил защиты от помех со
стороны других РЭС, установление норм частотно-территориаль­
ного разноса РЭС и т.д.; второй основывается на использовании
технических мер.
При частотном планировании важным аспектом являются за­
дачи установления действенного порядка использования диапазо­
нов радиочастот, определения и совершенствования параметров ра­
диоизлучения и приема РЭС, их рационального пространственно­
частотного размещения. Четкий порядок использования радиочас­
тот в нашей стране установлен для всех этапов жизненного цикла
РЭС: от начала их разработки до снятия с эксплуатации. Разра­
ботка, модернизация, серийный выпуск или закупка за рубежом
183
РЭС и высокочастотных установок всех назначений, а также прове­
дение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с
использованием радиочастот могут проводиться только после вы­
деления в установленном порядке соответствующих диапазонов ра­
диочастот. Заявки на выделение диапазонов радиочастот с необхо­
димыми обоснованиями и приложением технических характеристик
оформляются в установленном порядке. Решение на выделение ди­
апазонов радиочастот включает обязательные требования к основ­
ным технико-эксплуатационным данным РЭС и высокочастотных
(ВЧ) установок. Это решение является основанием для оформления
Государственными радиочастотными органами документов на се­
рийное производство или изготовление ограниченного числа РЭС или
ВЧ установок, а также для закупок по импорту.
Международный характер использования РЧР определяет
соответствующую координацию между странами при присвоении
радиочастот РЭС, чтобы избежать образования НЭМП недопус­
тимого уровня Одним из факторов международного регулирова­
ния использования РЧР является установленный Регламентом ра­
диосвязи порядок регистрации в МКРЧ частот, которые предпо­
лагается странами использовать для своих нужд.
Для регистрации частотного присвоения в Международном
справочном регистре частот Администрация связи страны направ­
ляет в МКРЧ специальную заявку, включающую эксплуатацион­
но-технические данные о РЭС. Заявка страны служит МКРЧ осно­
ванием для ее экзаменации на предмет установления соответствия
данной частотной заявки действующим постановлением Регламен­
та радиосвязи для включения в Международный регистр частот
частотного присвоения с определенным статусом. Статус частот­
ного присвоения определяет права РЭС на защиту от помех со сто­
роны других РЭС той же или другой радиослужбы.
Частотные планы. Одним из действенных инструментов по­
вышения эффективности использования РЧР является его плано­
вое распределение. Важность этой задачи особенно видна при раз­
мещении РЭС радиовещания и связи, где процедура регистрации в
МКРЧ вводимого в эксплуатацию средства не обеспечивает до­
статочной эффективности, в связи с чем могут наблюдаться помехи
от РЭС других стран. Причем оптимальность пространственно­
184
частотного разноса средств иногда не может быть обеспечена и в
национальных рамках, требуются координированные усилия груп­
пы заинтересованных стран, чтобы обеспечить ЭМС действую­
щих и планируемых к вводу в эксплуатацию средств определенной
службы радиосвязи или радиовещания К настоящему времени вве­
дено в действие значительное число международных планов ис­
пользования радиочастот в различных диапазонах. Они охватыва­
ют весь мир или отдельные районы, но всегда относятся к одной
какой-либо радиослужбе. Действующие планы использования час­
тот в связи с совершенствованием и развитием РЭС, ростом по­
требностей в радиочастотах периодически пересматриваются, кро­
ме того, принимаются и готовятся к принятию новые частотные
планы. План распределения каналов, когда дальность действия РЭС
возрастает, иногда недостаточен для обеспечения ЭМС РЭС оп­
ределенной службы. В этом случае устанавливают определенные
правила и нормы частотно-территориального разноса между РЭС,
использующими, например, один радиочастотный диапазон. При
частотном планировании делается попытка равномерно распреде­
лить загрузку каждого частотного канала и ставится задача опти­
мального пространственного разноса РЭС, накладываются опре­
деленные ограничения на максимальную мощность радиопередат­
чиков. Частотный план призван обеспечить каждому РЭС мини­
мальный уровень помех или их исключение. Частотное планирова­
ние основано на определенной идеологии, включающей принципы
распределения имеющегося лимита частот между странами, зона­
ми мира, учет действующих частот РЭС, внедрение новых принци­
пов работы в действующие устройства и системы, например в ра­
диосвязи (подробнее см. в работах [5", 1 *Ц)-
4.3.2. Нормирование и стандартизация
показателей ЭМС технических средств
Нормирование показателей РЭС различного назначения, вли­
яющих на уровни создаваемых ими НЭМП, а также показателей,
определяющих восприимчивость к помехам от окружающих
средств, является важнейшим инструментом обеспечения ЭМС.
Стандарты, относящиеся к параметрам ЭМС, регламентируют:
185
- уровни помех, создаваемых при работе различных уст­
ройств: нежелательных излучений радиопередатчиков, кондуктивных и излучаемых индустриальных помех;
- показатели восприимчивости приборов к помехам- пара­
метры восприимчивости радиоприемников вне основного канала
приема, уровни восприимчивости устройств, не являющихся ра­
диоприемниками, к излучаемым и кондуктивным помехам;
- некоторые дополнительные показатели, относящиеся к кон­
кретным группам устройств.
Разработка, создание, практическое использование и тенден­
ции развития стандартов в области ЭМС характеризуются рядом
специфических особенностей. Прежде всего, необходимо отметить
опережающий характер этих стандартов, включающих в себя та­
кие технические параметры, которые в последующем становятся
обязательными для продукции осваиваемой производством. Стан­
дартизация параметров ЭМС осуществляется в условиях, учиты­
вающих работу технических средств в будущем и тенденции науч­
но-технического прогресса В этом состоит одно из основных от­
личий опережающих стандартов от других видов распространен­
ных стандартов, отражающих и закрепляющих уровень техники,
уже достигнутый в производстве
Вторая, не менее важная, особенность стандартов в области
ЭМС состоит в необходимости чрезвычайно тщательного выбора
как номенклатуры нормируемых показателей, так и конкретных
значений величин, принимаемых в качестве стандартных. Необ­
ходимость этого диктуется опережающим характером нормиро­
вания в практике ЭМС и экономическими соображениями. Уста­
новление жестких норм, с одной стороны, облегчит в будущем обес­
печение ЭМС и тем самым будет способствовать сокращению рас­
ходов С другой стороны ужесточение норм будет приводить к зна­
чительным, порой неприемлемым, расходам сегодня.
Третья особенность стандартов в области ЭМС определяет­
ся исключительно широким кругом устройств, параметры которых
подлежат нормированию (практически это все виды электротехни­
ческих, электронных и радиотехнических устройств). Более того,
существует и не может не учитываться при нормировании суще­
ственное различие технических средств по областям приме­
186
нения. В частности, требования ЭМС для изделий военного назна­
чения существенно отличаются от требований к устройствам граж­
данского применения.
Наконец, важная особенность стандартов в области ЭМС со­
стоит в необходимости координации на международном уровне Это
относится не только к унификации номенклатуры нормируемых
показателей и конкретных стандартных значений, но и к унифика­
ции методик тестирования В настоящее время в связи
с известными процессами международной экономической интег­
рации вопросы унификации национальных стандартов приобре­
тают важнейшее значение Ведется планомерная работа в этом на­
правлении (процесс получил название «гармонизация стандартов»)
Используемая в мировой практике система стандартизации
параметров ЭМС в настоящее время охватывает большинство ка­
тегорий технических средств, определяя стандартные требования
в части уровней создаваемых помех и восприимчивости к ним
Сложившаяся (и продолжающая развиваться) система стандарти­
зации включает Международную и национальную (стандарты
стран) документацию Как национальное, так и международное
регулирование в области ЭМС может быть классифицировано
на обязательное и добровольное. Международная нормативно-техническая документация (НТД) в области ЭМС в настоящее время,
как правило, имеет рекомендательный характер для большинства
охватываемых ею ситуаций. Тем не менее, для отдельных групп
аппаратуры и параметров ЭМС существуют нормативные требо­
вания, обязательные либо для всех стран, либо для стран с объеди­
ненной экономикой, например Европейского Союза (ЕС)). Наци­
ональная документация стран предусматривает обязательное при­
менение, а национальные стандарты имеют силу закона. Рассмот­
рим несколько подробнее особенности международного и нацио­
нального нормирования показателей ЭМС различных средств.
Международная документация, международные
и региональные организации по стандартизации параметров ЭМС
Интернациональный характер проблемы ЭМС определяет не­
обходимость в координированной технической политике в области
ЭМС, в том числе при стандартизации показателей ЭМС.
187
Вопросы регулирования, а также нормирования показателей ЭМС
широкого круга аппаратуры охватываются деятельностью ряда
международных организаций:
• Международный союз электросвязи (МСЭ) является учреж­
дением ООН. В области ЭМС деятельность МСЭ, в основном, за­
ключается в различных вопросах распределения радиовещатель­
ного ресурса. В круг его интересов также входят вопросы обеспе­
чения условий, при которых на территориях стран, членов МСЭ,
не превышается допустимый уровень радиопомех. МСЭ имеет в
своем составе ряд комитетов с четко оговоренной направленнос­
тью их работы. Международный консультативный комитет по те­
леграфии и телефонии (МККТТ) изучает технические и эксплуата­
ционные вопросы применительно к радиотелекоммуникационным
системам. Международный консультативный комитет по радио
(МККР) в сферу своей деятельности включает регламентацию та­
ких параметров как полосы пропускания, отклонение частоты,
уровни побочных излучений и др.
• Международная электротехническая комиссия (МЭК), ос­
нованная в 1906 г., представляет одну из ведущих международных
организаций, обобщающую опыт по ослаблению индустриальных
радиопомех от различного оборудования. В составе МЭК имеется
ряд комитетов и подкомитетов, занимающихся различными вида­
ми электротехнического и электронного оборудования. Админис­
трации МЭК подчиняется СИСПР Международного специально ­
го комитета по радиопомехам, созданному в 1934 г. и являющего­
ся членом МЭК с 1950 г. Задача этого комитета состоит в разра­
ботке международных нормативов в области подавления радиопомех. В сфере интересов СИСПР находятся следующие вопросы:
оборудование и методы измерения радиопомех, предельные нор­
мы на уровне радиопомех, предельные нормы на уровни воспри­
имчивости вещательных и телевизионных приемников. В своей
деятельности СИСПР тесно сотрудничает с национальными про­
фильными организациями, а также с рядом международных орга­
низаций, в том числе национальными комитетами МЭК, Европей­
ским союзом радиовещания, Международной организацией радио
и телевещания, международным союзом железнодорожного транс­
порта, МККР и др.
188
Результатом работы МСЭ, МЭК, СИСПР и их комитетов
является ряд документов: стандарты МЭК, рекомендации техни­
ческих комитетов (работа СИСПР отражается в документах, изве­
стных под названием «Публикации»),
Стандарты МЭК и публикации СИСПР являются выражени­
ем международного опыта в соответствующей области и имеют
рекомендательный характер. Страны, члены МЭК, должны стре­
миться к согласованию национальных стандартов со стандартами
МЭК. Стандарты МЭК не могут заменять собой действующие на­
циональные стандарты и иные нормативные документы. Рекомен­
дации МККР также не носят обязательный характер. Однако
в большинстве стран стандарты МЭК и рекомендации СИСПР бе­
рутся за основу при создании или пересмотре национальных стан­
дартов, насколько позволяют условия каждой страны. На нацио­
нальном уровне они используются при проведении национальной
технической политики в области ЭМС, в том числе при разработ­
ке документов, имеющих законную силу.
Для ряда направлений деятельности международные норма­
тивные документы имеют обязательный характер. В первую оче­
редь это относится к региональной технической политике стран,
входящих в экономические и политические союзы. Так, тесно со­
трудничающая с СИСПР международная организация - Европей­
ский комитет по разработке электротехнических нормативов
(CENELEC) охватывает своей деятельностью страны ЕС. Зада­
чей ее является разработка согласующих нормативов, в том чис­
ле по ЭМС, принимаемых потом в качестве не только рекомен­
даций, но и Европейских норм. Так, с 31.12.1991 г. действует Ди­
ректива 89/336/ЕЕС, которой предусматривается обязательная
сертификация по параметрам ЭМС продукции, поступающей на
рынки стран ЕЭС.
Другая группа нормативной документации международного
характера, имеющей обязательный характер, относится к ряду кон­
кретных областей деятельности. Среди этих документов следует
назвать нормы Международной организации гражданской авиа­
ции (ИКАО) - документ ДО-160 с требованиями к уровням помех
от оборудования и восприимчивости к помехам.
189
Национальная нормативная документация,
национальные организации по стандартизации параметров ЭМС
Национальная нормативная документация создается и исполь­
зуется отдельными странами в соответствии с проводимой техничес­
кой политикой и национальными особенностями. Национальная норма­
тивная документация имеет обязательный характер. Как правило, на­
циональное нормирование в области ЭМС следует мировым тенден­
циям и в максимально возможной мере соответствует Международ­
ным стандартам и рекомендациям. Тем не менее, существуют и опре­
деленные отличия. В первую очередь это относится к странам с раз­
витым военно-техническим комплексом. В этих странах существуют,
по крайней мере, три группы нормативной документации в области
ЭМС, относящиеся:
- к различной продукции гражданского назначения широко­
го применения;
- военной технике;
- определенным группам изделий.
Эти группы стандартов имеют значительные отличия. Основ­
ными отличиями военных стандартов является следующее:
- Военные стандарты, как правило, относятся к ситуации,
когда большое количество разнородных приборов устанавлива­
ется в одном помещении небольшого объема (например, на само­
лете). Это обстоятельство вынуждает обеспечивать работоспособ­
ность оборудования в более жестких условиях. Соответственно
ужесточаются нормативные требования к уровням создаваемых
помех и восприимчивости к НЭМП. В частности, в военных стан­
дартах регламентируется уровень излучаемых индустриальных
помех на меньших расстояниях от источников, по сравнению с
аналогичными требованиями к гражданской аппаратуре;
- Более жесткий характер значений нормируемых показате­
лей в ряде случаев приводит к необходимости использования от­
личающихся методов измерений и измерительной аппаратуры;
- По сравнению с аналогичными требованиями к аппаратуре
гражданского применения военные стандарты характеризуются
более широким кругом нормируемых параметров ЭМС, а также в
ряде случаев использование иных параметров, характеризующих
уровни создаваемых помех и подверженность их действию. В час­
190
■Д
тности, в ряде военных стандартов предусматривается контроль
пиковых значений индустриальных помех, в то время как в боль­
шинстве общегражданских стандартов используется рекомендо­
ванный СИСПР усредненный показатель - квазипиковое значение
напряжения или напряженности поля.
Наиболее жестким национальным стандартом в области ЭМС
является американский стандарт MIL-STD-461/462, относящийся
к приборам и изделиям военной промышленности США. Первая
его версия появилась в 1960 г., современная - MIL-STD-461/462
в настоящее время является наиболее полным сборником стандар­
тов в области ЭМС (охватывает более 20 параметров ЭМС). Опыт
использования стандарта MIL-STD-461/462 активно используется
другими странами наряду с международными рекомендациями
и стандартами.
Особенности стандартов для конкретных групп изделий оп­
ределяются главным образом их спецификой, которая заключает­
ся в целевом назначении изделий, так и в некоторых случаях повы­
шенным уровнем требований к определенным показателям, в том
числе показателям ЭМС. Национальные стандарты, относящиеся
к этой группе, в основном соответствуют Международным стан­
дартам и рекомендациям, в ряде случаев при их разработке используется опыт военного нормирования согласно MIL-STD-461/462.
Примерами стандартов этой группы служат нормы Американско­
го общества инженеров автомобильной промышленности и транс­
порта (SAE) - SAE ЛПЗА, американские стандарты для медицин­
ского оборудования MDS-201-0004 и др.
Созданием и внедрением в практику стандартов ЭМС на нацио­
нальном уровне занимаются специальные правительственные органы
стран. Подготовленные и принятые стандарты становятся обязатель­
ными к исполнению на всей территории страны для охватываемых ими
групп изделий. Этими органами являются: в США - федеральная ко­
миссия по связи (FCC), в Германии - VDE и т.д.
В России вопросы стандартизации являются прерогативой Госстан­
дарта РФ. Основную координирующую роль в стандартизации в об­
ласти ЭМС играет Государственный центр стандартизации, сертифи­
кации и метрологического обеспечения в области ЭМС при ВНИИстандарт Российской Федерации (ГЦМО ЭМС), в состав
191
которого входят Технический комитет и ряд подкомитетов по на­
правлениям техники (радиотехника, средства управления, элект­
ронная техника, индустриальные помехи и др.).
Национальная нормативная документация в области ЭМС,
действующая в настоящее время на территории РФ, представлена
следующими группами:
• Государственные стандарты для гражданской продукции. Дей­
ствуют как стандарты СССР (они обозначаются ГОСТ (номер) (год принятия)), стандарты РФ, принятые после 1991 г. (обозна­
чаемые ГОСТ Р(номер) - (год принятия)). В настоящее время дей­
ствует значительное число ГОСТов, относящихся как к устрой­
ствам общего применения, так и к определенным группам изде­
лий. Например, уровни допускаемых индустриальных помех ре­
гламентирует ряд стандартов: ГОСТ Р 50033-92, ГОСТ Р 50007-92,
ГОСТ 29191-91 и др. ГОСТ 22579-86 регламентирует, в юм числе,
параметры ЭМС радиостанций с однополосной модуляцией сухо­
путной подвижной связи, ГОСТ 28279-89 - параметры ЭМС элек­
трооборудования автомобилей и автомобильной бытовой радио­
электронной аппаратуры и т.д.
• Государственные стандарты, относящиеся к параметрам
ЭМС аппаратуры военного назначения, принадлежат соответству­
ющей группе технических средств. В обозначении стандарта при­
сутствует буква «В» (ГОСТ РВ (номер) - (год)).
• Нормы ГКРЧ. В настоящее время не утратили силу норма­
тивные документы, выпущенные в Советском Союзе Государ­
ственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ СССР). Нормы
ГКРЧ относятся к продукции широкого круга применения и ох­
ватывают параметры, характеризующие радиоизлучения передат­
чиков, и источники индустриальных помех. Так Нормы 19-86
и 18-85 - регламентируют ширину полосы частот, внеполосные
излучения и побочные излучения радиопередатчиков граждан­
ского назначения; Нормы 14-77 - избирательность телевизион­
ных приемников; Нормы 1-72, 1А-77 .... 15-78 и другие - уровни
допускаемых индустриальных помех от аппаратуры различного
назначения и т.д.
• Отраслевые стандарты (ОСТ). Отраслевыми стандартами оп­
ределяются номенклатура и значения нормируемых параметров
192
ЭМС на уровне ведомства (министерство, отрасль и т.д.). От­
раслевые стандарты имеют силу только в границах ведомствен­
ной подчиненности. При этом значения нормируемых показате­
лей, согласно ОСТ не могут не соответствовать показателям
ГОСТ для аппаратуры аналогичного назначения. Как правило,
отраслевыми стандартами либо регламентируются показатели,
не охваченные системой ГОСТ, либо они содержат более жест­
кие требования к параметрам ЭМС для аппаратуры в соответ­
ствующей отрасли. Обозначение отраслевых стандартов: ОСТ
(Nj) - (N2) - (год принятия). Примерами ОСТ являются ОСТ 100406-80, регламентирующий общие требования ЭМС комплек­
сов радиоэлектронного оборудования самолетов и вертолетов,
ОСТ 5. 8134-71 регламентирующий характеристики судовых эк­
ранированных кабелей и т.д.
• Стандарты предприятий. В рамках конкретных предприятий, фирм,
осуществляющих производство и (или) эксплуатацию электротехничес­
кого и радиоэлектронного оборудования, могут существовать стандар­
ты предприятия (обозначаемые СТП (N) - (год)), Сфера действия это­
го вида НТД ограничивается данной организацией. Стандарты пред­
приятий должны в безусловном порядке соответствовать ГОСТ, нор­
мам ГКРЧ. ОСТ в отношении нормируемых ими показателей. Но они
могут предусматривать либо более жесткие нормы, либо включать в
число нормируемых другие показатели, не регламентированные на
более высоком уровне иерархии.
4.3.3. Сертификация технических средств
по требованиям ЭМС
Сертификация любой продукции является одной из действен­
ных мер, гарантирующих достаточные потребительские свойства
и безопасность использования, а также способствующих повыше­
нию ее конкурентоспособности. Сертифицированные по основным
показателям, в том числе по требованиям ЭМС, товары приобре­
тают преимущества при реализации на рынке. Поэтому развитию
системы сертификации продукции уделяется большое внимание.
Более того, реализация и реклама продукции, для которой предус­
мотрена обязательная сертификация, запрещается законодатель­
но, а нарушения караются экономическими санкциями. Таким об-
193
разом, в настоящее время для большинства стран прохождение сер­
тификации является обязательным условием как для продукции,
производимой внутри страны, так и импортируемой
Сертификация продукции по требованиям ЭМС осуществля­
ется в РФ в соответствии с Федеральными законами «О защите прав
потребителей», «О поставках продукции и товаров для государствен­
ных нужд», «О сертификации продукции и услуг» и др Система сер­
тификации продукции в РФ создавалась поэтапно В 1990 г Гос­
стандарт СССР ввел в действие руководящий документ РД 50-697-90
и ГОСТ 28690-90 В 1991 г введен ГОСТ 29037-91 «Электромаг­
нитная совместимость технических средств Сертификационные ис­
пытания»
Сертификация продукции (технических средств) по требова­
ниям ЭМС проводится с целью подтверждения ее показателей тре­
бованиям полной совокупности нормативных документов, отно­
сящихся к продукции данного вида Перечень продукции, подле­
жащей обязательной сертификации по требованиям ЭМС, и нор­
мируемых показателей этой аппаратуры, стандартов и методов
тестирования приведен в приложении 4
Центральным органом, ответственным за сертификацию про­
дукции по требованиям ЭМС в РФ, определен Государственный центр
стандартизации, сертификации и метрологического обеспечения в
области ЭМС (ГЦМО ЭМС). Установлен порядок получения серти­
фикатов Сертификационные испытания проводятся децентрализо­
ванны ответственными органами сертификации, использующими ус­
тановленные схемы ее проведения, принятые в международной прак­
тике и обеспечивающие необходимую доказательность сертификации
Непосредственно испытание продукции на соответствие нор­
мативным требованиям в области ЭМС проводят специальные ак­
кредитованные испытательные лаборатории, которые, в свою оче­
редь, проходят необходимые процедуры аккредитации в соответ­
ствии со стандартными правилами (РД 50-697, «Системы сертифи­
кации ГОСТ Р») и вносятся в Госреестр испытательных лаборато­
рий «Системы сертификации ГОСТ Р». Технические средства, про­
шедшие обязательную сертификацию, по требованиям ЭМС при­
обретают соответствующий документ и право маркировки продук­
ции специальным знаком соответствия (рис. 4.8, а, б).
194
а
б
в
Рис 4 8 Знаки соответствия
а - требования по ЭМС (ГОСТ 28690-90),
б -обязательная сертификация (ГОСТ Р-50460-92) в - соответствие Директиве 89/336/ЕЕС
Аналогичная система сертификации существует в настоящее
время в большинстве развитых стран. Ее целью также является
обеспечение соответствия продукции, производимой внутри стра­
ны или импортируемой, национальным стандартам в области ЭМС
для продукции данного типа. Поэтому в настоящее время техни­
ческая продукция, экспортируемая из РФ, как правило, должна сер­
тифицироваться в соответствии с нормативными и законодатель­
ными актами страны-импортера.
Интеграция экономик разных стран на региональном уровне
приводит к некоторым изменениям этой процедуры Объединение
на региональном уровне, гармонизация национальных стандартов
и выработка единых для групп стран нормативных актов в области
ЭМС приводит к унификации правил сертификации, становящейся
общей для этих стран Следствием этой политики является установ­
ление общих стандартов на определенные группы технических
средств стран Европейского Союза (ЕС). Согласно директиве Сове­
та Европейского экономического сообщества №89/336/ЕЕС
от 03.05 1989 г. все технические средства стран ЕС подлежат
с 1996 г согласно единым Европейским стандартам обязательной
сертификации по требованиям ЭМС. Продукция, отвечающая этим
стандартам и прошедшая необходимые организационные процеду­
ры, получает право маркировки знаком соответствия (рис. 4.8, в).
4.4. Системотехнические меры обеспечения ЭМС
Под системой подразумевается техническая совокупность ус­
тройств, обладающая определенными связями друг с другом
и выполняющая заданные технические функции. В задаче обеспе­
чения ЭМС системой может быть совокупность РЭС, размещен­
ных на местности, на некотором объекте и т.д. Особенностью фун-
195
кционирования таких систем является возможность возникновения
нежелательных связей как между элементами этой системы, так и
с другими системами.
К числу системотехнических относятся различные меры, при­
нимаемые для обеспечения совместной работы различных уст­
ройств - составных элементов некоторой системы, понимаемой
как совокупность устройств, предназначенных для решения общих
задач данной совокупности средств (внутрисистемная ЭМС). Так­
же системотехнические меры являются одним из средств достиже­
ния условий совместной работы устройств как элементов различ­
ных систем (межсистемная ЭМС). В любом случае отличительным
признаком системотехнических мер является то, что они прово­
дятся в одном из следующих направлений:
- выбор, обеспечение или, по необходимости, изменения прин­
ципа работы системы, направленные на сокращение протяженно­
сти размеров необходимых областей, соответствующих излучени­
ям радиопередающих устройств и (или) восприимчивости рецеп­
торов - радиоприемных устройств как элементов рассматривае­
мых систем,
- планирование, распределение или, по необходимости, пе­
рераспределение доступной части радиочастотного ресурса меж­
ду элементами, входящими в рассматриваемую систему (системы).
Первую из перечисленных групп представляют разнообраз­
ные методы и технические решения, относящиеся к построению
систем с учетом обеспечения условий совместной работы в усло­
виях как создаваемой электромагнитной обстановки, так и суще­
ствующей вследствие работы уже имеющихся средств.
Состав указанной группы приемов весьма обширен. К их чис­
лу можно отнести:
- выбор способа передачи информации - вида и параметров
модуляции с целью сокращения по возможности необходимой ши­
рины полосы частот Вл. Иллюстрирующим примером является пере­
ход от использования традиционной амплитудной модуляции
(Вя = 2FB, где FB - верхняя частота в спектре модулирующего сигнала)
к однополосной амплитудной модуляции (5н = FB);
- использование помехоустойчивых цифровых методов кодиро­
вания информации, кодов с коррекцией ошибок и т.д. Эффект
196
сокращения протяженности областей восприимчивости рецепторов
в данном случае состоит в снижении восприимчивости рецепторов
к помехам. Кроме того, использование помехоустойчивых мето­
дов передачи информации открывает возможности в ряде случаев
снизить мощности соответствующих радиопередатчиков, что мо­
жет интерпретироваться как сокращение протяженности областей,
соответствующих источникам помех;
- использование принципа территориально-распределенных
радиопередающих устройств. Согласно этому принципу требуе­
мая зона обслуживания обеспечивается разбиением ее на ряд зон
меньшей протяженности, обслуживаемых радиопередающими ус­
тройствами меньшей мощности;
- использование принципов создания управляемого (комму­
тируемого) направленного излучения в направлении на обслужи­
ваемый радиоприемник вместо ненаправленного излучения (или
секторного, соответствующего всей совокупности обслуживаемых
средств) С аналогичными целями организуется также простран­
ственно направленный радиоприем рецепторами соответственно
условиям работы со «своим» абонентом. К этой же группе можно
отнести и использование принципа создания равных значений на­
пряженности излучаемых полей в зоне обслуживания, что обеспе­
чивается использованием антенн с диаграммами направленности
специальной формы. Примером использования приемов этой под­
группы может служить использование передающей системы с мно­
голучевой ДН, коммутируемой таким образом, чтобы в момент
связи с данным корреспондентом использовался соответствующий
ему луч указанной ДН. Другим примером может служить органи­
зация радио-телевещания со спутника на геостационарной орби­
те. При традиционной организации зона указанного вещания на
поверхности земли представляет собой круг (эллипс) с размерами,
определяемыми шириной луча в обеих главных плоскостях борто­
вой антенны. При использовании антенны с ДН специальной фор­
мы форма облучаемой области соответствует конфигурации об­
служиваемой территории (страна, регион и т.д.);
- использование адаптивных методов организации работы эле­
ментов радиосистемы. Согласно этому подходу те или иные пара­
метры, определяющие текущее использование радиочастотЮ Е Седельников
8
197
ного ресурса, изменяются сообразно требованиям выполнения ос­
новных функций и условий обеспечения ЭМС. Отличие от жестких
мер в данном случае определяется более гибкой организацией, по­
зволяющей отслеживать изменения условий работы, в том числе
изменения электромагнитной обстановки Примером может слу­
жить использование так называемых адаптивных антенн, автома­
тически настраивающихся на прием согласно критерию максиму­
ма отношения «сигнал /(помеха + шум)»;
- сокращение использования радиотехнических средств час­
тичной (или даже полной) заменой радиоканалов на волноводные
и оптические линии передачи информации. Примером может слу­
жить организация мобильной сухопутной связи, где связь базовых
станций с подвижными объектами осуществляется по радиокана­
лу, а связь базовых станций между собой - при помощи волокон­
но-оптических линий связи. Другой пример - осуществление теле­
визионного вещания на небольших территориях. При этом прием
телевизионных передач осуществляется локальной базовой стан­
цией по радиоканалу (в том числе приемом излучений со спутни­
ка-ретранслятора на геостационарной орбите) Прием передач
отдельными абонентами - различными методами, в том числе сред­
ствами кабельного телевидения.
Вторая из названных групп имеет в основе те или иные при­
емы, не затрагивающие принцип действия системы, и имеющие
целью рациональное распределение доступного радиочастотного
ресурса между отдельными средствами Рассмотрим эти вопросы
сначала с методологической точки зрения.
В основу обеспечения ЭМС на уровне объекта системы поло­
жен системный подход, подключающий определение свойства
средств, влияющих на другие средства в системе, выявление, опи­
сание и анализ связей, упорядочивание и организацию системы в
целом Результатом такого подхода должно быть достижение наи­
лучшего качества работы совокупности РЭС. При этом большое
значение придается системным свойствам объектов, обеспечива­
ющим их функционирование в данной совокупности РЭС. Реше­
ние этих задач опирается на анализ ЭМС в группе средств, конеч­
ная цель состоит в рациональной организации системы и соответ­
ствующем выборе параметров ее элементов.
198
Эти параметры можно условно разделить на две группы. Отне­
сем к первой из них показатели, изменение которых, улучшая каче­
ство работы отдельных средств, не приводит к изменению условий
работы других средств в системе. Примерами таких параметров яв­
ляются показатели эффективной избирательности радиоприемников,
показатели помехоустойчивости отдельных РЭС, эффективность эк­
ранирования элементов РЭС и т.д. Обозначим их как х'у, где i = 1,2.. .N
соответствует номеру средства; j - 1,2... М: - номеру параметра.
Вторая группа объединяет такие параметры, изменение ко­
торых влияет как на индивидуальные показатели отдельных
средств, так и на условия работы средств в группе К ним относят­
ся функциональные показатели РЭС: значения рабочих частот и
полос частот, мощности радиопередатчиков, чувствительности
приемников, коэффициенты усиления антенн и т д., и специфичес­
кие параметры РЭС, влияющие на ЭМС, например уровни побоч­
ных излучений передатчиков. Обозначим эти параметры через х".
В любой конкретной задаче пределы изменения параметров
х' и х" ограничены техническими, организационными, экономи­
ческими и другими факторами. Например, возможность измене­
ния расположения РЭС определяется заданной территориальной
областью, пределы изменения рабочих частот - выделенной поло­
сой и т.д х’ е QT1, х" е Qt,. где
Q^,- математические условия
существующих ограничений.
Качество работы каждого 5-го средства можно охарактеризо­
вать показателем Q5, отражающим выполняемые им функции. Значе­
ние Qs для некоторого 5-го устройства, функционирующего в идеали­
зированных условиях, зависит только от его собственных парамет­
ров x's, х". В ЭМО, созданной окружающими РЭС различного на­
значения, качество работы каждого РЭС зависит также от парамет­
ров других Qs^Qs(x\. х’2 ...,х",х" ...).Для группы РЭС (системы)
также можно ввести показатель качества Q%, отражающий выполне­
ние поставленных задач совокупностью РЭС. Эта величина зависит
от индивидуальных показателей качества РЭС в группе и, следова­
тельно, от их параметров х’уи ху ■ Qz = Qz(Q1,—Qs,—)-8^x'},x",—y
199
Общий характер влияния параметров выделенных групп на
индивидуальные и совокупные показатели качества различен Па­
раметры первой группы влияют только на показатель качества
отдельных РЭС. Совершенствование этих средств одновременно
улучшает качество работы системы в целом (рис. 4.9). Изменение
параметров второй группы, улучшая показатели одного средства,
одновременно влияет на условия работы других средств. Напри­
мер, увеличение мощности передатчика z-ro средства улучшает
отношение сигнал-помеха приемника, принимающего данное со­
общение (2, возрастает, рис. 4.9). В то же время увеличение мощ­
ности этого передатчика может ухудшить отношение сигнал-по­
меха в тех приемниках, для которых излучения данного передат­
чика являются помехами (£> убывает, рис. 4 9). Поэтому парамет­
ры второй группы, наилучшие для совокупности РЭС, являются
результатом компромисса
Рис 4 9 Характер влияния различных групп параметров ЭМС
на показатель качества РЭС
Возможны два подхода к задаче выбора указанных парамет­
ров в системе. Согласно одному из них требуется найти оптималь­
ное значение варьируемых параметров |x) = (xj7 ,х\; ..х^...), при
которых достигается наилучшее (экстремальное) значение пока­
зателя качества для всей совокупности РЭС:
&(1Х)) = тах, хеГ2х.
200
(4-7)
Решение этой задачи соответствует также наиболее эффектив­
ному использованию РЧР (или некоторой его части) данной груп­
пой РЭС.
Другой подход предполагает нахождение только приемлемого
решения, те. такой совокупности варьируемых параметров
при которой значение критерия не хуже заданного-
РМ.-
и s)
Практическая реализация обоих подходов сопряжена со зна­
чительными трудностями и требует индивидуального творческо­
го подхода в каждой конкретной ситуации Перечислим особен­
ности задач и причины возникновения этих трудностей
Общим для любых подобных задач является то, что с ростом
числа варьируемых параметров существенно расширяются потен­
циальные возможности и одновременно резко возрастают труд­
ности, обусловленные увеличением размерности задачи. Аналогич­
ное положение складывается при выборе математической модели
взаимодействия в рассматриваемой группе РЭС чем более под­
робной является модель, тем более достоверны результаты реше­
ния Однако уточнение модели сопровождается ее усложнением,
что затрудняет или делает вовсе невозможным ее использование
Напротив, упрощение модели ведет к упрощению и ускорению по­
лучения решения Однако при этом снижается его эффективность,
и оно может оказаться не только неоптимальным, но и вовсе
непригодным из-за влияния неучтенных факторов. Для обеспече­
ния ЭМС дополнительные трудности создает приближенный ха­
рактер исходной информации, так как нередко отсутствуют дос­
товерные сведения об отдельных параметрах РЭС (например, вви­
ду невозможности точного прогноза некоторых характеристик).
Поскольку описания являются приближенными, соответственно
приближенными окажутся и решения.
Выбор показателя качества (целевой функции) связан с анало­
гичными соображениями. Показатель качества, с одной стороны, дол­
жен быть максимально простым, а с другой - достаточно полно отра­
жать требования к качеству функционирования с учетом усло­
вий ЭМС. В качестве целевых функций чаще всего исполь-
201
зуются значения уровней принятых помех или отношений сигналпомеха. При выборе математической модели и целевой функции
весьма важен вид математических выражений, которые должны
допускать более простое и по возможности однозначное решение.
Решение задачи оптимизации (4.7) состоит в определении та­
ких значений варьируемых параметров, при котором достигается
оптимальное значение целевой функции. С математической точки
зрения следует найти экстремум функции нескольких перемен­
ных |х) при наличии дополнительных ограничений на варьируемые
параметры. Особенность решения‘этой задачи состоит в том, что
возможность нахождения наибольшего (глобального) экстремума,
как и выбор метода для его нахождения существенно зависят от
вида математического выражения целевой функции
В общем
случае вид этой функции не гарантирует единственного (глобаль­
ного) решения, так как имеется более одного экстремума. Отыс­
кание наибольшего среди них представляет собой сложную вычис­
лительную задачу. Наиболее благоприятна ситуация, когда целе­
вая функция и ограничения являются линейными или выпуклыми
(вогнутыми). В этих случаях решение единственно и может быть
достаточно легко получено с использованием традиционных вы­
числительных процедур.
Таким образом, при построении целевой функции, а также мате­
матической модели следует по мере возможности стремиться к запи­
си целевой функции Qz в таком виде, который позволит наиболее эф­
фективно решать задачу оптимизации. Некоторые примеры этого рода
будут приведены далее.
Решение системы неравенств (4.8) в ряде случаев оказывается
более простым, особенно при определенных видах функций, описы­
вающих показатель качества и множество ограничений. Однако эф­
фективность найденных решений может оказаться недостаточной, так
как они являются только одними из возможных, а не наилучшими.
В силу перечисленных особенностей для сложной системы прак­
тически невозможно в полном объеме решить задачу обеспечения ЭМС
в форме (4.7) или тем более (4.8). Практическое применение подхода,
основанного на совместном выборе параметров, становится целесооб­
разным при сокращении их числа и введении различных
202
упрощающих предположений. Существо их различно и зависит от
конкретной ситуации. Некоторые из задач будут описаны далее.
На практике, как правило, использование описанного подхода
является успешным только в «усеченном» варианте, при ряде упро­
щающих допущений и ограниченном числе варьируемых показателей.
С некоторой долей условности можно выделить ряд направлений ре­
шения соответственно факторам: пространственным, частотным и др.
4.4.1. Обеспечение ЭМС
на основе использования пространственных факторов
К числу мер, основанных на использовании пространственных
факторов, относятся разнос в пространстве собственно РЭС и направ­
лений их преимущественного излучения, а также различные способы
ограничения излучений в определенных телесных углах, приема сиг­
налов с некоторых направлений и использования различий в поляриза­
ционной структуре сигналов.
Пространственный разнос РЭС состоит в таком взаимном
удалении двух РЭС R > Лкоорд, при котором создаваемые ими друг
другу помехи являются, по крайней мере, допустимыми. Мини­
мально допустимое расстояние Л.оорд. отвечающее этому условию,
называют координационным. Расчет его основан на анализе мощ­
ностей сигналов и помех, действующих в паре РЭС.
Исходя из мощностей полезных Рс, мешающих сигналов Ррп
и допустимых отношений сигнал-помеха Рс / РРПдоп, для каждого
средства:
Р„, =Г.,а - А'г - A" W *
- (Р./Рть„ );
(4.9)
РП1!=Р,,,. -Xi,-(₽./РРП2„),
(4.10)
где Рпрд - мощности передатчиков; L'- ослабление помех на пути
распространения, обусловленное всеми факторами, кроме рассто­
яния; L"(R)~ составляющие суммарного ослабления, зависящие от
расстояния.
Из (4.9) следует, что:
Z,''(7?)>-Pcl + (Рс/Р₽Шдоп) + РПрд2 -А'2;
(4.11)
Z"(/?)>-Pc2 +(Рс/РрП2доп) + Рпрд1
(4.12)
203
Используя сведения о распространении радиоволн на рассмат­
риваемой трассе, по найденным £"(./?) и Д'(7?) находят допусти­
мые расстояния Т?12 и R2i. Наибольшее из них является искомым
координационным расстоянием: 7^^ = тах{Д2,/^1}.
Территориальное размещение РЭС. При нем следует так выб­
рать пространственные координаты каждого РЭС в пределах за­
данной части пространства, чтобы обеспечить минимально воз­
можный или хотя бы допустимый уровень помех, создаваемых РЭС
друг другу. Если все остальные параметры, кроме координат рас­
сматриваемых средств, фиксированы, качество каждого средства
и, следовательно, общий показатель качества QL зависят только от
искомых координат х„ у, z =1, 2,. ., N.
Допустимым координатам
|х),
соответствуют условия:
Ql (| X /» | У /) - 0ДОП 5
| х),|
(4 13)
(4 14)
а наилучшему их выбору
бИ1х)’М)=тахгде
(4 15)
еГД, что означает нахождение средств в пределах за­
данной части пространства
Рассмотрим простейшую задачу допустимого размещения груп­
пы из N средств на плоскости. Пусть г1оорад - координационные рас­
стояния для zj-й пары средств. Расположим эти значения
в порядке убывания (гоорд!2, ... rKOopw, гкоордди,...) и выберем три та­
ких средства, для которых требуются наибольшие координационные
расстояния. Разместим одно из них в начале координат, координаты
двух других определяются элементарным геометрическим построе­
нием. Для этого проводим окружность с радиусом гкоорд12 и на ней в
произвольной точке располагаем второе средство. Затем проводим
окружности с радиусами г
и гкоорд13 с центрами в точках распо­
ложения первого и второго РЭС. Если эти окружности не пересе­
каются, место расположения третьего РЭС назначается
204
на прямой, соединяющей точки 1 и 2 между соответствующими ок­
ружностями, если они пересекаются — в точке пересечения (рис.
4.9). Далее выбираем местоположение следующего четвертого
средства в соответствии с убыванием г t Проводим окружности с
радиусами гкоорд]4; ткоорд24; гкОорд34. Четвертое средство не может
располагаться внутри очерченных окружностей Выберем для него
точку, ближайшую к тому РЭС, для которого координационные рас­
стояния с рассматриваемым средством минимальны (рис. 4.10)
Аналогично определяем положение остальных средств. Описан­
ный прием позволяет очень просто решить задачу территориаль­
ного размещения, которое, однако, не является оптимальным За­
метим, что при таком подходе средства группируются по признаку
подверженности помехам- слабо влияющие друг на друга средства
автоматически собираются в группы.
4-й шаг
Рис 4 10 Схема определения местоположения РЭС
При территориальном размещении в более сложных ситуа­
циях используют особенности заданной пространственной обла­
сти: характер рельефа местности или конфигурации объекта. Вли­
яние этих факторов двоякое. Во-первых, рассматриваемая
205
область в отличие от свободного пространства характеризует­
ся наличием затененных участков, предпочтительных для раз­
мещения. Во-вторых, сильно пересеченный рельеф местности
или сложная конфигурация объекта приводят к образованию
сложной дифракционной картины распределения интенсивности
полей каждого источника. Это объясняется тем, что суммарное
поле в рассматриваемой точке пространства представляет со­
бой результат интерференции первичного поля и полей, обуслов­
ленных отражением и дифракцией электромагнитных волн на не­
ровностях рельефа. В итоге распределение электромагнитного
поля по территории немонотонно и имеет области с минималь­
ной интенсивностью, наиболее подходящие для размещения. Для
определения этих областей могут быть использованы результа­
ты решения задач дифракции или экспериментальные данные
(см. разд. 2).
Разнос направлений преимущественного излучения (угловой
разнос) - состоит в ограничении излучения и приема за пределами
некоторого телесного угла. Этот прием нередко используется ра­
диосредствами стационарных (фиксированных) радиослужб. По­
скольку наибольший уровень помех наблюдается в том случае,
когда приемная и передающая антенны ориентированы друг на
друга главными лепестками диаграмм направленности, целью ука­
занного разноса направлений является исключение такой ситуа­
ции. Для этого возможное угловое сближение главных лепестков
диаграмм направленности антенн, соответствующих взаимодей­
ствующим средствам, ограничивают допустимым значением
6 > бкоорл Ф > Ф коорд (Рис- 4-1 !)■ Величины 6коорд и ф коорд - (значения
координационных углов) могут быть найдены способом, аналогич­
ным определению координационного расстояния.
Ограничение излучения и приема в определенных секто­
рах углов преследует те же цели, что и описанный разнос направ­
лений излучения. Суть его состоит в такой организации работы РЭС,
при которой отсутствует излучение (прием) в направлениях на ре­
цепторы (источники). Поясним содержание этой меры на при­
мере корабельной РЛС, работающей в режиме кругового обзора
по азимуту. При вращении ее антенны последовательно облучают­
ся различные объекты - как те, облучение которые
206
необходимо, так и приемные антенны различных средств, нахо­
дящихся на соседних кораблях. В ряде случаев нет необходи­
мости в наблюдении отражений сигналов от этих кораблей и ин­
тенсивное облучение вызывает лишь помехи расположенным на
них радио средствам. Для исключения помех можно организовать
работу корабельной РЛС таким образом, что излучение (или из­
лучение и прием) прекращается во время прохождения главным
лепестком диаграммы направленности тех направлений, которые
соответствуют расположению рецепторов. Этот прием получил
название секторного бланкирования.
с ИСЗ
Рис. 4.11. Схема углового разноса системы связи с ИСЗ и РРЛ
Другим примером ограничения приема в пределах определен­
ного телесного угла может служить использование в связных и
других радиосистемах антенн, диаграмма направленности которых
имеет управляемый провал. Изменение углового положения этого
провала позволяет ослабить излучение (или прием) в направлении
на возможный рецептор (или с направления прихода помехи). Даль­
нейшим развитием этой идеи является применение адаптивных
антенн, позволяющих автоматически обеспечить наилучшие усло­
вия приема полезного сигнала.
Использование поляризационных различий (поляризационный
разнос) - применение для излучения и приема электромагнитных
207
волн с ортогональной поляризацией (например, горизонтальной
у одного средства и вертикальной у другого). В идеальном слу­
чае использование ортогонально поляризованных волн даст
бесконечно большую развязку в рассматриваемой паре. Од­
нако реально выигрыш редко превышает величину порядка 10
- 25 дБ из-за явления кроссполяризации в антеннах, а также
искажения поляризационной структуры поля объектом и депо­
ляризации на радиотрассе.
4.4.2. Обеспечение ЭМС на основе временных факторов
Использование временного фактора в основном сводится к со­
кращению времени излучения, временному бланкированию,
временному' разносу временной синхронизации работы РЭС и вре­
менной регламентации.
Сокращение времени излучения соответствующими техничес­
кими и организационными мерами позволяет улучшить условия
совместной работы РЭС. Его использование эффективно в тех слу­
чаях, когда по тем или иным причинам суммарное время излуче­
ния значительно превышает необходимое. В качестве примера
можно привести существующий порядок связи с морскими суда­
ми. Превышение времени излучения береговыми станциями, а сле­
довательно, и неэффективное использование РЧР обусловлены
задержкой вхождения в связь, связанной с отсутствием ожидания
связи со стороны корабля. Для уменьшения времени излучения
используют специальные радиоустройства, работающие в отдель­
ном радиоканале (общем для группы судов) и осуществляющие ав­
томатический вызов требуемого судна. К другим подобным ме­
рам можно отнести прекращение излучения некоторых связных
устройств во время пауз и т.д.
Методы временного бланкирования основаны на прекра­
щении приема сигнала некоторыми РЭС на время действия мощ­
ной импульсной помехи, что позволяет избежать перегрузки вход­
ных каскадов приемника и связанных с ней нелинейных явлений.
Устройства временного бланкирования наиболее эффективны для
приемников импульсных сигналов, а в ряде случаев они целесо­
образны и в приемниках непрерывных сигналов. Структурная
208
схема простейшего устройства временного бланкирования при­
ведена на рис. 4.12.
Информация о времени прихода помехи поступает по специ­
альным каналам от источника помехи. При установке источника
и рецептора на одном объекте она может передаваться по кабелю,
а в некоторых случаях разнесенных средств поступать от специ­
ального приемника, настроенного на частоту помехи. Использо­
вание устройств бланкирования сопровождается и некоторыми
издержками: полезные сигналы могут быть ими подавлены, если
появляются в моменты времени, когда прием отсутствует вслед­
ствие бланкирования.
-=------- /„
Рис. 4.12. Структурная схема устройства защиты приемника
от импульсной помехи
Совместная синхронизация импульсных РЭС заключается в
согласовании периодов следования и начальных фаз излучаемых им­
пульсов для группы РЭС и может осуществляться в различных вари­
антах. Так, если в группе близко расположенных РЛС все станции бу­
дут излучать одновременно, то мощные мешающие сигналы будут
поступать на приемник в то время, когда приемники еще
209
закрыты устройствами защиты (от своего излучения) и прием по­
мех, а также повреждение приемников мощной помехой будут ис­
ключены. Для этого и используется временная синхронизация. При
жесткой синхронизации устанавливается «ведущая» станция, за­
дающая частоту следования импульсов и начальную фазу, и «ведо­
мые», которые должны работать с этой же частотой следования
или на ее субгармонике. Для средств, расположенных на одном
объекте, сигнал синхронизации может передаваться по кабельной
линии, для средств на нескольких объектах - по специальному ра­
диоканалу.
В некоторых случаях можно реализовать временную синх­
ронизацию без жесткого назначения «ведущего» средства. Вклю­
чаемая в состав каждого средства аппаратура решает следующие
задачи: прием и разделение по амплитуде и длительности сигна­
лов соседних однотипных РЭС и выделение среди них колебания
с наибольшим периодом повторения. Сочетание временной син­
хронизации всей группы с бланкированием, в результате которо­
го подавляются сигналы с отличающейся частотой следования,
позволяет значительно ослабить нежелательные взаимодействия
РЭС в группе.
Временной разнос импульсных радиосредств может успеш­
но сочетаться с использованием различий в пространственном
расположении. Рассмотрим пример осуществления такого рода
синхронизации (метод «время - зона - система»). Пусть имеется
группа подвижных радиолокационных средств (рис. 4.13). Для
исключения помех пространственная область разделяется на ряд
зон, причем для работы в каждой из них отведены определен­
ные интервалы времени. Таким образом, любая РЛС, находя­
щаяся в пределах данной зоны, использует соответствующий ей
временной интервал (рис. 4.13). Помехи от РЛС соседних зон
исключаются, так как они оказываются в других временных ин­
тервалах. Временной разнос в подобной системе можно реали­
зовать не только с помощью специальных каналов синхрониза­
ции. Для временной привязки могут применяться высокоста­
бильные стандарты времени. Последние на современном уров­
не имеют характеристики, позволяющие осуществить требуемую
временную привязку.
210
а
б
Рис. 4.13 Схема синхронизации методом «время - зона - система»'
а - схема реализации, о - временная диаграмма
Временная регламентация - понятие, определяющее содержа­
ние мер ограничительного характера во временной области. В со­
ответствии с установленными правилами эксплуатации в опреде­
ленные моменты времени прекращается работа части средств, если
их ЭМС с другими средствами не может быть обеспечена. В этом
отношении временная регламентация является крайней мерой, при­
меняемой, когда исчерпаны другие возможности.
Существует ряд аналогичных мер запрещающего характера,
а также основанных на прекращении в определенные моменты
времени работы второстепенных средств во время действия более
ответственных. Например, в США запрещается работа средств
подвижной радиосвязи, расположенных в окрестности космодро­
мов, во время подготовки старта и запуска пилотируемых косми­
ческих кораблей.
Адаптивные методы, использующие временные факторы, так­
же основаны на методах временного бланкирования и синхрониза­
ции. Однако организация в этих случаях является гибкой, отслежи­
вающей изменение окружающей электромагнитной обстановки. На­
пример, бланкирование во время прихода импульса помехи можно
выполнять только в том случае, если мощность помехи превыша­
ет определенный уровень, зависящий от уровня полезного
211
сигнала. Упрощенная схема организации адаптивного временного
бланкирования приведена на рис. 4.14.
От ИП
Нис. 4.14. Структурная схема адаптивного временного бланкирования
4.4.3. Выбор мощностей в группе РЭС
Одним из важных факторов, влияющих на уровень помех, созда­
ваемых окружающим РЭС, является уровень мощностей радиопере­
датчиков. Меры, предусматривающие управление мощностями пере­
датчиков, можно условно разделить на две группы: ограничение мощ­
ности радиопередатчиков в группе средств и совместный выбор их
значений.
Ограничение мощности радиопередатчиков имеет целью
снизить уровень помех, создаваемых соседними РЭС. В каждом
конкретном случае можно определить такое значение мощности
передатчика, при котором будет обеспечен прием сигналов с тре­
буемой интенсивностью для всех приемников, расположенных в его
зоне действия. Увеличение мощности передатчика сверх данного
212
уровня, в том числе возникающее из-за технологических разбро­
сов мощностей передатчиков, нежелательно, поэтому мощность их
ограничивают как по минимуму, определяемому, исходя из требуе­
мого качества передачи информации, так и по максимуму исходя
из условия обеспечения минимума влияния НЭМП другим РЭС.
Для некоторых видов радиослужб принцип ограничения на­
шел отражение в ряде утвержденных или рекомендованных ог­
раничительных мер. Например, согласно рекомендации 357-1
МККР в полосах частот 5800...5850, 5850...5925, 5925...6425 и
7900...8100 МГц, используемых совместно системами связи че­
рез ИСЗ и радиорелейными линиями связи (РРЛ), следует огра­
ничивать эффективно излучаемую мощность передатчика' РРЛ
значением 55 дБ Вт, а отдаваемую в антенну мощности - значе­
нием 13 дБ Вт. Рекомендовано также ограничивать мощность
земных станций связи с ИСЗ и плотность потока мощности, из­
лучаемой спутниками связи. Ограничению подлежат также пре­
дельные значения мощностей передатчиков ряда других радио­
служб: радиолюбительских, систем подвижной связи и т.д.
Совместный выбор мощностей в группе передатчиков яв­
ляется эффективной мерой уменьшения помех в группе одно­
типных средств, расположенных в пределах ограниченной тер­
ритории. Действительно, увеличение мощности одного из пере­
датчиков несколько улучшает индивидуальные показатели ра­
диолинии, состоящей из данного передатчика, и приемника, пред­
назначенного для приема его сообщений. Однако оно ведет к
росту помех другим средствам, ухудшению их показателей ка­
чества и, как следствие, показателя качества функционирова­
ния группы средств в целом. С другой стороны, уменьшение
мощности конкретного передатчика приводит к уменьшению
отношения Ре/(Рт+Р1В ) , что ухудшает его показатели и при даль­
нейшем снижении ведет к утрате выполняемых им функций. Та­
ким образом, выбор мощностей передатчиков в группе средств
должен проводиться совместно, на основе анализа качественных
показателей группы средств в целом.
* Под эффективно излучаемой мощностью понимается произведение мощ­
ности передатчика на коэффициент усиления антенны.
213
Рассмотрим один из возможных путей решения этой задачи
для фиксированной группы связных средств. Допустим, что каж­
дое из них имеет приемник и передатчик и что все остальные пара­
метры, кроме мощностей передатчиков, неизменны. Мощности
полезного сигнала и помех, принятых каждым у-м приемником:
р =р т
(4.16)
V
Р рп/ =
(4-17)
где Рпрд, и Ly - мощность z-ro передатчика и суммарное ослабление
сигнала на пути распространения' от z-ro источника до у-го рецеп­
тора. Для функционирования каждой радиолинии с заданным ка­
чеством следует обеспечить требуемое превышение принятого сиг­
нала над суммарной мощностью шумов и помех:
(4-18)
где
-Л/(^рп‘1'^>ш)дощ - допустимое отношение сигнал-помеха
плюс шум - заданная величина для каждого РЭС; Рш - мощность
шумов (внутренних и внешних, не связанных с работой передатчи­
ков в группе), отнесенная ко входу у-го устройства.
Допустимыми являются любые значения мощностей
|РпрД) = (ЛрдиРпрд?^- ), при которых обеспечивается выполнение
неравенств (4.18). Среди них следует найти такой набор |РпРд), ко­
торый соответствует минимальной суммарной излучаемой мощно­
сти. Указанный критерий целесообразен не только по техническим
причинам, но и по соображениям минимизации уровня помех сред­
ствам, не входящим в рассматриваемую группу. Задача выбора мощ­
ностей передатчиков в группе РЭС состоит в нахождении значений
мощностей |р'п?д), обеспечивающих минимум целевой функции:
(4.19)
214
при ограничениях согласно условиям (4.18). Эти условия можно
преобразовать к виду:
N
(4.20)
Таким образом, задача формулируется следующим образом:
требуется найти минимум линейной функции (4.19) при линейных
ограничениях (4.20) и условии положительности искомых значе­
ний мощностей. Подобные задачи относятся к так называемым за­
дачам линейного программирования. Они одноэкстремальны и их
легко решить с помощью стандартных процедур, реализующих
симплекс-метод.
Могут применяться также адаптивные методы управления
значениями мощностей передатчиков в группе РЭС. Они основа­
ны на совместном выборе мощностей передатчиков с учетом 1екущей окружающей электромагнитной обстановки (регулировка
мощностей допускается в процессе работы).
4 4 4 Обеспечение ЭМС в группе РЭС
путем выбора значений чувствительности радиоприемников
В некоторых ситуациях, в частности, при обеспечении ЭМС ог­
раниченной группировки однотипных приемо-передающих РЭС, воз­
можным направлением решения может служить рациональный выбор
значений чувствительности радиоприемников Рпр mm 7
j =\.2,...М. Эффект в данном случае определяется двумя возмож­
ными причинами:
- при чрезмерно высокой чувствительности радиоприемни­
ков может, соответственно, снижаться уровень допустимой поме­
хи. В частности, повышение чувствительности может сопровож­
даться повышением восприимчивости радиоприемников по побоч­
ным канала приема:
+ Аи<п, гДе ^пкп ~ относитель­
ная восприимчивость по ПКП;
- увеличение чувствительности приемников может привести
к усилению влияния помех вследствие внеполосных эффектов - пе­
рекрестных искажений и интермодуляции: РВНЕЦг = P„pmm; + -ОВНЕ№
где РВНЕп, - абсолютная восприимчивость (по блокированию, пе-
215
рекрестным искажениям или интермодуляции); 2)ВНЕП - соответ­
ствующее виду влияния значение динамического диапазона.
Поэтому рациональный выбор значений чувствительности
приемников Pnpmin/ может быть мерой по ослаблению (или устра­
нению) нежелательных электромагнитных влияний радиопередат­
чиков как источников помех на рецепторы-радиоприемники. Прин­
цип расчетного определения этих значений имеет значительное
сходство с описанным выбором мощностей радиопередатчиков.
Пусть, например, рассматривается группа приемопередающих ус­
тройств, в которой у-й приемник должен осуществлять прием от
у-го передатчика и не быть подверженным воздействию осталь­
ных средств. Допустим, что воздействие помех возможно по одно­
му из соседних каналов. Условием намеренной передачи является:
Рпр^>Р„^
(4.21)
где £ — суммарное ослабление сигнала на пути распространения;
^npmmj - чувствительность у-го приемника;
величина необходи­
мого превышения сигнала над уровнем шумов.
Условие отсутствия помех у-му приемнику по соседнему ка­
налу имеет вид:
...М; i*j.
(4.22)
где LtJ - величина ослабления помехи от z-го передатчика на пути
распространения до у-го приемника; £ - величина относительно­
го ослабления помехи по соседнему каналу (по любым возможным
механизмам приема - прямому прохождению, побочным каналам,
внеполосным эффектам).
Таким образом, решением поставленной задачи может счи­
таться любая совокупность значений чувствительности приемни­
ков, отвечающая системе линейных неравенств (4.21), (4.22). Од­
нако с точки зрения снижения подверженности помехам от вне­
шних помех наиболее целесообразно иметь приемники с наимень­
шей чувствительностью. Следовательно, задача может быть
сформирована как определение значений
, обладающих наи­
меньшей чувствительностью и удовлетворяющих условиям наме­
ренной передачи и отсутствия влияния помех:
Q = minpnpnun,----- >max
(4.23)
при выполнении условий (4.21) - (4.22).
216
Как и в случае оптимизации мощностей радиопередатчиков
в группе средств, задача в сформулированном виде относится к
задачам линейного программирования. Ее решение единственно
и может быть получено на основе использования типовых вычис­
лительных процедур.
4.4.5. Обеспечение ЭМС
на основе использования частотных факторов
Использование частотных факторов на уровне радиосистемы
сводится, в конечном счете, к выбору конкретных значений рабо­
чих частот для РЭС, входящих в рассматриваемую систему. Не­
обходимо подчеркнуть, что указанный выбор конкретных значений
частот излучения и приема может проводиться только в одном из
двух вариантов:
- на уровне проектирования рассматривается несколько альтер­
нативных вариантов из числа доступных к использованию радиочас­
тот (в том числе различных частотных диапазонов). После анализа
возможностей обеспечения ЭМС определяется наилучший вариант,
который затем проходит в установленном порядке официальные про­
цедуры частотного присвоения;
- на уровне проектирования, а также эксплуатации, выбира­
ются конкретные значения рабочих частот для конкретных РЭС,
входящих в систему, исходя из выделенного для данной совокупно­
сти набора значений частот (частотных каналов). Этот вариант
использования частотного фактора характерен для таких приложе­
ний, как выбор частот средств воздушной подвижной связи, плани­
рования сетей сухопутной подвижной связи и т.д. Забегая вперед,
заметим, что в большинстве случаев указанный выбор частот про­
изводится на основе совместного использования пространственно­
го и частотного факторов.
Принципы оптимального выборы частот в группе РЭС. Та­
ким образом, задачи, связанные с оптимальным выбором частот, так
или иначе сводятся к определению конкретных значений частот для
каждого РЭС группы при условии, что искомые значения частот со­
ответствуют разрешенному множеству в частотной области. С мето­
дологической точки зрения эта задача состоит в следую-
217
щем. Для группы из М средств следует найти такие значения ра­
бочих частот / г = 1, 2...2V, , где N <М, при которых показатель
качества, отражающий функционирование данной группы средств,
имеет максимальное или хотя бы допустимое значение:
(4.24)
или
2|у^->шах
(4.25)
при условии, что значения частот соответствуют заданным усло­
виям |/)gQz.
Решение задач выбора частот для обеих постановок оказы­
вается в общем случае весьма громоздким. Трудности здесь связа­
ны с рядом факторов, среди которых основную роль играет слож­
ная зависимость от частоты критерия качества <2(|/))- Вид мате­
матических выражений
исключает простое и однозначное
решение при достаточно общих предположениях о характеристи­
ках РЭС и учитываемых факторах. Поэтому для выбора радиоча­
стот на практике обычно используют различного вида упрощения.
Однако и в этом случае такие задачи оказываются значительно
более сложными по сравнению, например, с задачами выбора мощ­
ностей в группе РЭС. Для их решения требуется использование
специальных вычислительных процедур, реализуемых только на
ЭВМ высокой производительности.
Совместное использование ресурсов
в частотной и пространственной областях
На практике весьма эффективным является совместное ис­
пользование ресурсов в частотной и пространственной областях.
Такой прием наиболее полезен при ограниченном ресурсе радио­
частот. В соответствии с принципом частотно-пространственного
разноса осуществляется такое распределение радиоканалов, при
котором близко расположенные средства не используют совпада­
ющие радиочастоты, в то время как территориально разнесенные
средства эту возможность имеют.
218
В случае подвижных средств примером такого подхода мо­
жет служить сотовый принцип распределения частот, широко ис­
пользуемый в современных системах мобильной радиотелефонной
связи. Суть этого подхода заключается в том, что территория, ох­
ваченная работой системы, разделена на соответствующее число
ячеек, например на семь (рис. 4.15). Для каждой из них выделяется
определенное число (М) частотных каналов, отличающихся от тех,
которые используют в смежных ячейках. Эти группы из 7М час­
тот повторяются в остальных зонах, также состоящих из анало­
гичных ячеек. В результате такой организации ни в одной из пар
соседних ячеек не используются совпадающие частоты, что значи­
тельно ослабляет уровни непреднамеренных радиопомех.
Рис 4.15. Схема пространственного размещения (а)
и распределение частот (б) при сотовом принципе распределении
частотного ресурса в группе подвижных средств
При сотовом принципе организации требуется значительно
меньшая полоса радиочастот, чем при раздельном назначении ра­
диочастот отдельным средствам. Однако в данном случае полез­
ный эффект достигается ценой усложнения системы в целом, так
как при перемещении подвижной станции из одной ячейки в дру­
гую должно быть осуществлено ее переключение на один из сво­
бодных радиоканалов в этой ячейке. Указанное переключение,
например, выполняет система централизованного управления на
основе анализа информации о местоположении объекта.
219
Другим примером совместного использования частотных и
пространственных факторов является частотно-территориальное
планирование стационарных средств УКВ радио- и телевизионно­
го вещания. Оно реализуется в общегосударственном масштабе
с учетом планирования телевизионных сетей в смежных странах,
требований охвата территории страны, а также исключения при­
ема радиопомех от соседних станций. Основой планирования яв­
ляются территориальное разнесение передающих станций и час­
тотный разнос, в том числе АЛЯ исключения работы в совпадаю­
щих каналах станций смежных зон обслуживания.
Адаптивные меры в частотной области
При выборе определенного значения рабочей частоты для конк­
ретного РЭС в ряде случаев с успехом используется адаптивный прин­
цип. В отличие от выбора частот на основе жесткой организации, при
адаптивном принципе управления выбор значения частоты из числа
разрешенных осуществляется конкретным РЭС на основе анализа
текущей электромагнитной обстановки. В качестве простейшего при­
мера можно привести РЛС с перестройкой частоты по диапазону, ког­
да оператором выбирается значение рабочей частоты по условию
минимума помех в данный момент времени. В условиях высокой плот­
ности загрузки диапазона частот этот прием может оказаться весьма
эффективным, так как загрузка диапазона частот не всегда является
постоянной для определенных областей пространства и интервалов
времени и, следовательно, существует наименее занятая частотная
область.
Другой пример аналогичного подхода - выбор оператором
системы связи определенного частотного канала из числа имею­
щихся в наличии. При этом им учитываются как условия прохож­
дения полезного сигнала, так и уровни действующих помех.
4.5. Схемотехнические методы обеспечения ЭМС
4.5.1. Существо и особенности схемотехнических мер
Содержание схемотехнических мер обеспечения ЭМС состав­
ляют различные технические приемы, относящиеся к схемным реше­
ниям аппаратуры и выбору параметров элементов, направлен­
220
ных на улучшение показателей, влияющих на ЭМС и не затрагива­
ющих ни принцип действия аппаратуры, ни и ее системные пара­
метры (функциональные параметры устройств и их блоков).
С точки зрения использования радиочастотного ресурса результат
принятия схемотехнических мер состоит в сокращении протяжен­
ности занимаемых областей в пространстве V-F-T, соответствую­
щих конкретным источникам помех и рецепторам. Достигаемое
уменьшение размеров этих областей может предприниматься либо
с целью приведения занимаемых областей в соответствие с суще­
ствующей или перспективной нормативно-технической документа­
цией (т.е. с целью соответствия стандартным требованиям, либо
эти меры предпринимаются по отношению к аппаратуре, соответ­
ствующей существующим нормативом. В этих случаях речь идет
об обеспечении ЭМС на уровне устройств, когда по тем или иным
причинам параметры ЭМС на уровне стандартных значений не по­
зволяют обеспечить условия допустимости уровня воздействую­
щих помех. С некоторой долей условности можно выделить две
характерные группы схемотехнических мер.
К первой из них следует отнести использование любых схем­
ных решений устройств, их параметрическую оптимизацию, при­
менение элементной базы с улучшенными показателями, влияю­
щими на ЭМС и т.д. В любом случае цель этих мер состоит в улуч­
шении некоторых конкретных параметров ЭМС. Меры этой груп­
пы относятся к этапу создания радиоэлектронных устройств, когда
в число их технических показателей входят конкретные значения
определенных параметров ЭМС. По существу использование схе­
мотехнических мер ЭМС на этом этапе означает проектирование
(создание) конкретного устройства, обладающего заданными фун­
кциональными параметрами и отвечающего определенным требо­
ваниям к параметрам ЭМС. Эти требования задаются разработ­
чику соответствующей аппаратуры в качестве исходных данных, а
выполнение их становится предметом профессиональной деятель­
ности специалистов соответствующего профиля: специалистов по
радиопередатчикам, радиоприемникам, антеннам, устройствам
электропитания и т.д. В первую очередь эти исходные данные оп­
ределяются нормативно-технической документацией для соответ­
ствующей области. В других случаях - эти требования, оп-
221
ределенные на системотехническом уровне, могут оказаться бо­
лее жесткими по отношению к действующей НТД.
- Ко второй группе следует отнести различные схемные реше­
ния, состоящие во введении элементов или устройств, позволяю­
щих дополнительно ослабить уровни создаваемых помех, воспри­
имчивость рецепторов и увеличить ослабление НЭМП на пути
распространения от конкретного источника помех к конкретному
рецептору*.
Обеспечение ЭМС с учетом фактора стоимости, имеющий для
обеих из названных групп важное значение. Рассмотрим задачу обес­
печения ЭМС пары взаимодействующих средств на схемотехничес­
ком (либо конструкторско-технологическом) уровне. Допустим, что
выявлена пара средств, для которой условие допустимости помех,
создаваемых источником рецептору, не выполняется.
Для устранения помех необходимо ослабить уровень нежела­
тельного воздействия не менее чем на у' = Рт/РРПдст из-за увеличе­
ния ослабления между ИП и РП, т.е. уменьшения Дш. Lm,
или
увеличения РРШоп. Улучшение технических показателей потребует
определенных затрат и может сопровождаться снижением некото­
рых других показателей. Например, уровень побочных излучений
передатчика можно снизить, используя фильтры. Однако улучше­
ние фильтрации будет сопровождаться ростом стоимости фильт­
ра, его габаритов и массы. Кроме того, будут возрастать и прямые
потери в полосе пропускания, что, в свою очередь, может потре­
бовать некоторого увеличения мощности передатчика. Дополни­
тельное ослабление помех неизбежно сопровождается дополнитель­
ными расходами и ухудшением массогабаритных показателей. За­
висимость стоимости от достигаемого эффекта ослабления помех
имеет монотонный характер, причем, как правило, эта зависимость
имеет тенденцию к непропорциональному возрастанию с увеличе­
нием требуемого эффекта (рис. 4.16).
' На практике грань между схемотехническими и конструкторско-техно­
логическими мерами является достаточно условной. Некоторые из приемов, на­
пример, фильтрация, могут рассматриваться и как схемотехнические меры (вве­
ден в схему новый элемент-фильтр), и как конструкторско-технологические
(фильтр выполнен в виде слоя поглощающего материала, изолированного от
соответствующего проводника).
222
Стоимость
Рис. 4 16. Зависимость стоимости от степени ослабления помех
Пусть эффект ослабления НЭМП, достигнутый в результате
использования некоторого и-го приема, составляет у'л - L'nf Ln, где
Ln и L'n - значения коэффициента ослабления помехи до и после
применения данных мер соответственно, и требует затрат С„(у„).
При совместном использовании N приемов результирующий эф­
фект ys является произведением
7Т=ПУЛ.
(4.26)
1
а стоимость CL - суммой отдельных составляющих Сл(ул):
Cv=fc„(y„).
(4.27)
1
Пусть общее ослабление помех должно быть не менее
уо = Ррп / Ррп дап. Наиболее эффективным решением является такое,
которое при достижении требуемого ослабления помех
7е=ПУл^70
(4.28)
будет иметь наименьшую стоимость:
Q = 2 Сп (Тп )
1
min,
(4-29)
причем уп удовлетворяют условиям у„ < у„
где у„ тах - предельные
значения, определяемые массогабаритными техническими ог-
223
раничениями. Решению этой задачи будет соответствовать наиболее
эффективная совокупность мер по устранению данной непреднаме­
ренной связи.
В ряде случаев зависимость С„(ул) можно представить аппрок­
симирующей степенной функцией С„(у„) = у“л. В этом случае при
отсутствии ограничений на значения у„ минимальная стоимость
обеспечивается при значениях у„, равных:
1
(4-30)
Из этого выражения, в частности, следует, что отдельно взятые
меры могут быть неоптимальными по критерию стоимости. Для ре­
шения задачи обеспечения ЭМС следует использовать все имеющие­
ся возможности по уменьшению действия помех, причем наибольший
вклад вносят меры, требующие меньших затрат.
Среди схемотехнических мер, соответствующих второй из
перечисленных групп, следует выделить ряд характерных приемов.
4.5 2. Компенсаторы помех
Конкретная реализация этих схем определяется видом меша­
ющих сигналов и используемой аппаратурой. Схемы компенсации
могут быть как автомагическими, основанными на принципе адап­
тации, так и управляемыми оператором. Известно большое число
разновидностей таких схем, используемых в аппаратуре стацио­
нарной связи (радиорелейной, судовой и т.д.). В основу работы
различных устройств компенсации положен принцип противофаз­
ного сложения принятого (содержащего помеху) и мешающего
сигналов (или его копии).
Так, схемы компенсации оказываются весьма эффективным
средством обеспечения ЭМС в устройствах судовой КВ-радиосвязи.
Как отмечалось в разд. 2, при близком расположении антенн
224
коэффициент связи велик и мешающие колебания характеризуют­
ся большой интенсивностью: в условиях судна, например, напря­
жение помех, наведенное в приемных антеннах, составляет несколь­
ко десятков вольт, что исключает работу на близких частотах. Ус­
тройство компенсации в простейшем случае содержит направлен­
ный ответвитель, отводящий часть мощности передатчика, регули­
руемый аттенюатор, фазовращатель и сумматор, в который посту­
пают сигналы от приемной антенны и цепи компенсации (рис. 4.17).
Помеха компенсируется при соответствующей регулировке ослаб­
ления и фазы колебания, поступающего в сумматор через аттеню­
атор и фазовращатель. Достигаемый при этом эффект может быть
значительным: помеха ослабляется до 40...60 дБ.
Рис. 4 17 Схема компенсации связи антенн
4.5.3. Фильтрация помех
Использование различных устройств, осуществляющих час­
тотную фильтрацию, относится к числу широко распространенных
схемотехнических мер, направленных как на ослабление помех в
месте возникновения, так и на снижение уровней помех, действую­
щих на рецептор. Фильтры различных типов используются в вы­
ходных трактах радиопередающих устройств с целью ослабления
излучаемых ими помех на частотах вне основной полосы
Ю.Е Седельников
9
225
частот. В приемных устройствах - в качестве преселекторов, ос­
лабляющих вне основного канала приема уровни помех, поступаю­
щих от антенны (рис. 4.18).
Методы фильтрации находят применение также при ослаб­
лении кондуктивных помех, создаваемых источниками в целях элек­
тропитания и управления в различных электронных устройствах
для снижения восприимчивости их к НЭМП по цепям электропи­
тания и т.д.
Рис 4 18 Схема ослабления помех, создаваемых источником
или действующих на рецептор.
/ - фильтр в фидерном тракте. 2 - фильтр в цепи высокочастотного сигнала,
3 - сетевой развязывающий фильтр. 4 - поглощающий фильтр в виде
ферритового кольца для ослабления высокочастотных кондуктивных помех
В зависимости от конкретных условий используемые фильт­
ры могут иметь частотные характеристики фильтров нижних час­
тот, полосовых или режекторных. По принципу7 действия эти филь­
тры могут быть как реактивными, составленными из частотно-из­
бирательных элементов с малыми потерями, так и поглощающего
типа, принципиально содержащими в своем составе элементы с
диссипативными свойствами. Применяемые фильтры отличаются
по целевому использованию либо как элемент устройства, уча­
226
ствующий в выполнении основных функций (например, фильтры
в составе радиоприемника) либо как элемент, предназначенный
только для ослабления помех и не участвующий непосредствен­
но в реализации функциональных показателей (например, филь­
тры в целях электропитания радиоприемников и радиопередат­
чиков). Наконец используемые фильтры различаются по диапа­
зону частот и величине пропускаемой мощности. Значительное
разнообразие используемых фильтров не позволяет рассмотреть
различные их варианты в рамках данного пособия. Для получе­
ния более подробной информации читателю следует обратить­
ся к специальной литературе.
Необходимо отметить два важных свойства частотно-изби­
рательных цепей любого типа. Во-первых, это принципиальная не­
возможность создания полосового или режекторного фильтра, об­
ладающего идеальной прямоугольной характеристикой”. Теорешчески к идеальному фильтру можно приближаться со сколь угодно
высокой степенью точности. Однако повышение «качества» филь­
трации при конечной добротности звеньев фильтра будет неизбеж­
но сопровождаться снижением коэффициента передачи в полосе
прозрачности, что ставит практический предел достижимому уров­
ню ослабления вне полосы пропускания. Во-вторых, любые реаль­
ные фильтры, составленные из реактивных элементов, в большей
или меньшей степени обладают паразитными полосами пропуска­
ния на частотах, значительно отстоящих от основной полосы про­
пускания. Причины, приводящие к отмеченному эффекту, различ­
ны в зависимости от типа фильтра, его конструкции и диапазона
рабочих частот.
Таким образом, существует ряд причин, затрудняющих на
практике достижение требуемой частотной избирательности. Сле­
дует различать частотно-избирательные свойства в ближайшей
окрестности основной полосы частот и при значительных частот­
ных расстройках. В окрестности основной полосы частот возмож­
ности частотной фильтрации ограничены лишь конечной доброт’ Напомним, что фильтру с идеальной прямоугольной характеристикой
должна соответствовать бесконечная задержка сигнала (а также ФНЧ с АЧХ
в виде идеальной «ступеньки»).
227
ностью элементов фильтров, что определяет технически реализуе­
мый предел избирательности.
На частотах, значительно отстоящих от основной полосы,
недостаточное ослабление помех связано, главным образом, с на­
личием паразитных полос пропускания. Рассмотрим кратко при­
чины их появления.
1. Фильтры на сосредоточенных элементах вне основной по­
лосы пропускания имеют многоэкстремальную частотную харак­
теристику с глубокими провалами и выбросами из-за влияния па­
разитных емкостей и индуктивностей (рис. 4.19, а), что может слу­
жить, в частности, причиной ухудшения избирательности радио­
приемного устройства.
2. Фильтры на элементах линий передачи Т-волн с колеба­
тельными системами в виде отрезков линий длиной в четверть или
половину длины волн могут иметь паразитные полосы прозрач­
ности на частотах, 2/0, 4/0.. или 3/0, 5/0.. (рис. 4.19. б).
3. Фильтры волноводного типа, состоящие из отрезков ли­
ний или связанных объемных резонаторов, помимо отмеченных
полос, могут иметь паразитные полосы пропускания вследствие
резонансов на других собственных типах волн или собственных
колебаний объемных резонаторов (рис. 4.19, в).
4. Образование паразитных полос пропускания трактов мо­
жет быть связано с эффектами «паразитного» согласования, в час­
тности, фидеров радиопередатчиков или радиоприемников с со­
ответствующими антеннами. Входное сопротивление антенны Zt
не равно волновому сопротивлению линии передачи и имеет, как
правило, выраженную зависимость от частоты Z) - Zr,(f). Вслед­
ствие рассогласования энергия нежелательных колебаний источ­
ника лишь частично передается в антенну (или от антенны), что
является положительным фактором, так как ведет к уменьшению
нежелательных электромагнитных связей источника и рецептора
помех. Поскольку трансформация сопротивления нагрузки лини­
ей передачи с неравным ему волновым сопротивлением зависит от
частоты, найдутся такие частоты, для которых условие согласова­
ния будет частично выполняться. На этих частотах будет происхо­
дить повышенная отдача нежелательной мощности в нагрузку, что
соответствует появлению паразитной полосы пропускания.
228
Рис 4 19 Фильтры различных типов и зависимость ослабления от частоты
а - сосредоточенные элементы, б - резонансные отрезки линий передачи
с Т-волнами, в - объемный резонатор
5. Особенности многоволнового распространения колебаний
в фидерах также могут значительно влиять на их частотные свой­
ства. На частотах гармоник в различных волноводах становится
возможным распространение более одного типа волн, которые име­
ют структуру электромагнитного поля и скорость распространения,
отличающиеся от волн основного типа. Передача энергии в нагруз­
ку осуществляется не единственной волной, а несколькими. Вслед­
ствие интерференции этих волн в нагрузке появляется дополнитель­
ная частотная зависимость коэффициента передачи фидера.
229
Не менее важно то, что любые нерегулярности в фидере
по-разному влияют на распространение волн разных типов. Экви­
валентная схема фидера для каждого типа волны оказывается своей
и, следовательно, обладает отличающимся коэффициентом переда­
чи, который в целом определяется результатом суммирования по
отдельным типам волн. Поэтому при многоволновом распростра­
нении колебаний его частотная характеристика может существенно
отличаться от частотной в случае существования единственного типа
волны, в том числе иметь паразитные полосы пропускания.
Кроме того, необходимо помнить, что появление волн выс­
ших типов и взаимное преобразование их происходит при всяком
изменении поперечного сечения волновода или нарушении прямо­
линейности линии передачи. Поэтому включение любых элемен­
тов в линию передачи, неизбежное наличие поворотов, изгибов,
скруток и другое вызывает возбуждение волн высших типов и их
взаимное преобразование. На частотах гармоник в линиях пере­
дачи возможно существование волн десятков типов. Их количе­
ственный состав может значительно меняться в зависимости от
состава и конфигурации фидера и в большинстве реальных случа­
ев трудно предсказуем. Более того, количественный состав типов
волн может значительно меняться от образца к образцу даже
в однотипных устройствах, когда их характеристики в основной
полосе отличаются несущественно.
6. В фильтрах поглощающего типа эффект образования пара­
зитных полос пропускания обычно имеет менее выраженный харак­
тер (по крайней мере, они проявляются при значительно больших
отстройках от частот в полосе пропускания). Однако частотная из­
бирательность их вблизи полосы пропускания и кпд (потери в по­
лосе пропускания) обычно значительно уступают фильтрам, выпол­
ненным на основе реактивных элементов. Тем не менее, фильтры
поглощающего типа часто находят изменение в радиопередатчиках
СВЧ для подавления излучения на гармониках, в некоторых элект­
ронных устройствах для ослабления кондуктивных помех и др.
Вопросам построения и применения фильтров различных типов
посвящена обширная литература, в том числе отражающая специ­
фику применения фильтров в задачах обеспечения ЭМС [7,11,1-Т].
Становимся на одной только разновидности фильтров, весьма эф­
230
фективных при подавлении высокочастотных помех в относительно
низкочастотных цепях - ферритовых кольцах (рис. 4.20).
Ферритовые кольца - недорогой и удобный способ увеличить
высокочастотные потери в цепи, не внося при этом потерь в мощ­
ность на постоянном токе или на низких частотах. Кольца невели­
ки и могут просто надеваться на вывод компонента или провод­
ник. Ферритовые кольца особенно эффективны для ослабления
высокочастотных колебаний, вызываемых переходными процес­
сами при переключении нагрузок, а также для предотвращения
паразитных резонансов внутри различных устройств. Они полез­
ны также для предотвращения распространения высокочастотных
токов из цепей ИП в источники электропитания или в любые дру­
гие проводники. Действие ферритовых колец в качестве фильтров
основано на индуктивных свойствах участка провода с кольцом и
поглощении высокочастотных полей, соответствующих процессу
распросхранения помех по проводу. На рис. 4.20 - 4.22 показаны
типичные схемы применения фильтров в виде ферритовых колец.
р ФК
Рис 4 20. Фильтры в виде ферритовых колец
а - физическое представление, о - эквивалентная схема для высоких частот.
в - типовые обозначения на схемах ферритового кольца, надетого на проводник
(типичные размеры кольца d = 0.76 - 1.27 мм, I - 2.54 — 12.7 мм)
Рис. 4.21. Использование ферритовых колец для образования LC-фильтра
нижних частот для подавления высокочастотных колебаний
231
50 Ом
Индуктивное ферритовое кольцо
Рис 4 22 Применение ферритового кольца и резистора
для гашения паразитных колебаний в выходном каскаде
транзисторного усилителя мощности
а
б
Рис 4 23 Создание помех слаботочным цепям высокочастотными шумами
коммутации двигателя (а) и устранение этого влияния использованием
ферритовых колец в сочетании с проходными конденсаторами (б)
232
4.5 4. Специальные схемные решения
Работа ряда электротехнических и электронных устройств
сопровождается включениями и выключениями в цепях, содер­
жащих источник постоянного или переменного тока и нагрузку
(в общем случае комплексную) В результате переходных про­
цессов в проводниках этих цепей возникают броски напряже­
ний (токов) НЭМП, соответствующие этим импульсным про­
цессам, образуют в проводниках цепей кондуктивные помехи,
а вызываемые этими токами электромагнитные поля во внеш­
нем пространстве - излучаемые индустриальные помехи Для по­
давления этих помех в месте возникновения разработан ряд спе­
циальных схемных решений. Некоторые простейшие из них по­
казаны на рис 4.25 и 4.24
Рис 4 24 Варианты схем подавления помех в виде всплесков напряжения
при электрической цепи
233
Рис 4 25 Цепи защиты контактов } стройств коммутации силовых цепей
Более подробную информацию о выполнении схем подавле­
ния помех в этих и других аналогичных ситуациях можно полу­
чить в специальной литературе, например [?].
4 5 2 Выполнение межблочных соединений
Наличие сигнальных проводников, соединяющих между со­
бой различные РЭС, а также отдельные блоки в составе некоторо­
го РЭС, приводит к возможности создания помех другим средствам
из-за электромагнитных связей между ними и цепями (контурами)
других устройств (блоков) Аналогично, указанные соединения
могут (из-за наведенных токов от внешних ЭМП) стать причиной
воздействия помех на соответствующие рецепторы С целью ос­
лабления этих эффектов используются различные приемы. По боль­
шей части это приемы конструкторского характера - экранирова­
ние, заземление и цр Существуют также специальные схемные
решения, способствующие ослаблению создаваемых полей и под­
верженности РЭС их действию.
Один из эффективных приемов этого вида - симметрирование
соединительных проводников. Симметричными называются такие
двухпроводниковые соединенные схемы, в которых оба проводника
и все подключенные к ним цепи имеют полные одинаковые сопро­
тивления и равные, но противоположные по знаку потенциалы отно­
сительно земли. Цель симметрирования состоит в том, чтобы обес­
печить указанную симметрию цепей источника или (и)
рецептора. Принцип симметрирования проводников для ослабле­
234
ния нежелательной электромагнитной связи иллюстрирует
рис. 4.26. Пусть в проводниках под действием внешних помех воз­
никают токи Ап и Au- Результирующий ток помехи в нагрузке равен
разности этих токов: 1т- /П1 -1т. Если проводники симметричны в
указанном смысле, результирующий ток помехи равен нулю.
Таким образом, независимо от характера связи (емкостная
или индуктивная) степень защиты от действия помех определяется
только отличием схемы от полностью симметричной и практичес­
ки может достигать значений порядка около 60...80 дБ.
Рис 4 26 Схема симметричного подключения нагрузки
Используются и другие приемы, в том числе с применением
волоконно-оптических соединений, включения в соединения оптронных пар и др. Подробную информацию об указанных схемо­
технических решениях можно найти в специальной литературе, на­
пример в
Некоторые примеры приведены на рис. 4.26 - 4.29.
Рис 4.27. Образование контура заземления между двумя цепями (а)
и его разрыв при помощи изолирующего трансформатора (б)
235
а
Рис. 4.28. Схемы разрыва контура заземления
при помоши нейтрализующего трансформатора:
а - физическое представление, б - эквивалентная схема
Рис 4 29. Простой способ введения в схему нейтрализующего трансформатора
(вместо показанных на рисунке проводников
Рис. 4.30. Схема разрыва контура заземления с использованием оптронной пары
236
4.5.6. Устройства защиты радиоприемника
от мощных импульсных помех
В ряде случаев на радиоприемник (или другой рецептор
с низким уровнем входного сигнала) действуют кратковремен­
ные помехи в виде единичных импульсов или импульсных после­
довательностей большой скважности. Помехи большой интенсив­
ности могут либо вывести из строя активные элементы входных
каскадов, либо в результате последействия помехи привести к на­
рушению его работоспособности в течение более длительного ин­
тервала времени, превышающего длительность мешающего воз­
действия. Примером таких ситуаций является воздействие на ра­
диоприемник электромагнитного импульса (ЭМИ). Это импульс
высотного ядерного взрыва или мощный импульс, создаваемый
специальными средствами подавления радиоэлектронного обо­
рудования. Пример менее интенсивного воздействия, не приво­
дящего к выводу из строя, но вызывающего нарушение работы облучение антенны радиоприемника ЭМП близко расположен­
ной мощной РЛС.
В качестве схемотехнических мер ослабления влияния ука­
занных электромагнитных помех используются различные уст­
ройства, ограничивающие максимальное значение напряжения
или мощности электромагнитной волны на входе рецептора.
В зависимости от целевого назначения и диапазона частот схем­
ные решения и элементная база могут значительно отличаться.
Однако существо мер остается неизменным: в тракт сигнала вво­
дится специальная схема, содержащая нелинейный элемент со
свойствами ограничения напряжения (аналог стабилитрона), либо
с ключевыми свойствами. В качестве этих элементов применяют­
ся специальные газоразрядные приборы, а также полупроводни­
ковые элементы. В последнее время для этих целей предложены
новые элементы - нелинейные ограничители напряжения с оксидно-цинковыми резисторами, обладающими повышенным бы­
стродействием. Применение их позволяет защитить аппаратуру
от мощных импульсов вплоть до наносекундной длительности
(рис. 4.31).
237
▲
max
и
в
Рис. 4.31. Ограничение мощности помех.
а - схема включения НЭ. б, в - амплитудные характеристики нелинейных элементов
различного типа
4.6. Конструкторско-технологические меры
обеспечения ЭМС
4.6.1. Существо и особенности
конструкторско-технологических мер
Цель принятия конструкторско-технологических мер обеспе­
чения ЭМС состоит в снижении уровней создаваемых помех ИП,
восприимчивости рецепторов помех и повышении затухания элект­
ромагнитных полей на путях распространения от ИП к РП. В отли­
чие от системо- и схемотехнических мер. они не затрагивают ни прин­
цип действия устройств, ни их принципиальных схем, ни, соответ­
ственно, функциональных параметров. В отличие от обобщающего
американского термина «design» в отечественной классификации
различают понятия «проектирование», «конструирование» и «тех­
нология производства». Конструкторско-технологические меры
ЭМС относятся к двум последним. С позиций использования ра­
диочастотного ресурса конструкторско-технологическими мерами
обеспечивается сокращение протяженности занимаемых областей
с целью обеспечения соответствия параметров, отвечающих конк­
ретным требованиям на ЭМС, нормативным требованиям, либо
обеспечения значений, определенным на этапе проектирования.
Используемые в практике обеспечения ЭМС конструкторс­
ко-технологические меры представлены двумя группами. Первую
из них представляют различные приемы, относящиеся к выполне­
нию технических средств, в том числе к их конструкции и техноло­
гии изготовления. Состав этой группы весьма широк:
- электрические контакты;
- уплотнительные элементы;
238
- низкочастотные и радиочастотные соединители;
- корпуса электромагнитных экранов и устройств с экраниру­
ющими свойствами, в том числе способы соединения их элементов;
- устройства заземления;
- способы монтажа, в том числе на новой основе (например,
тканого монтажа) - выполнение монтажных соединений (и элект­
рических соединений в пределах платы), используемых проводя­
щих и изолирующих материалов, покрытий и т.д.
Реализация на практике приемов этой группы составляет пред­
мет профессиональной деятельности инженеров-конструкторов и
инженеров-технологов, осуществляющих конструирование и под­
готовку к производству изделий (технических средств) с учетом тре­
бований ЭМС. Сведения о содержании конкретных приемов этой
группы содержатся в источниках соответствующего профиля
(некоторые сведения о предмете можно найти в литературе [/£1 ЯКо второй группе относятся специальные конструкторские
приемы, служащие целям обеспечения ЭМС на соответствующем
уровне. К числу этих приемов относятся:
- экранирование элементов и блоков РЭА;
- экранирование проводников:
- заземление;
- группирование проводников в межблочных соединениях;
- зонирование элементов и компоновка их на плате, в уст­
ройстве и т.д.
Использование указанных приемов также относится к облас­
ти профессиональной деятельности инженеров-конструкторов.
Однако начальные сведения о содержании этих мер полезны и спе­
циалистам, занятым проектированием и эксплуатацией техничес­
ких средств. Поэтому далее кратко приведем необходимые сведе­
ния о существе и особенностях указанных приемов.
4.6.2. Экранирование элементов и блоков РЭС
Физические принципы электромагнитного экранирования
Целью экранирования является ослабление электромагнитного
поля в ограниченной части пространства или, наоборот,
в окружающем пространстве, если источник помех находится внут-
239
ри экрана. Защитное действие экрана обычно характеризуется эф­
фективностью экранирования L3 — личиной, характеризующей
ослабление электромагнитного поля в экранируемой области про­
странства. В зависимости от размеров экрана г3, длины волны Л.,
расстояния между источником ЭМП и точкой наблюдения в экра­
нируемой области г, а также типа источника эта величина опреде­
ляется различным образом. Если размеры экрана и расстояние г
значительно меньше длины волны (г < Х/2л), эффективность экра­
нирования определяется раздельно для электрического
£ээ = 20фо/£э|
(4.31)
£эы=201ё|Яо/Яэ|,
(4 32)
и магнитного полей
где Ео, Но. Ези Нз- значения напряженности электрического и маг­
нитного полей в точке наблюдения без экрана и при наличии его
соответственно.
Различие связано с тем. что в зависимости от типа ИП в элек­
тромагнитном поле ближней зоны преобладает энергия электри­
ческого или магнитного поля, а действие экрана по отношению к
электрическому или магнитному полю различно. В большинстве
z практических ситуаций эти случаи соответствуют относительно
низкочастотным электромагнитным полям Поэтому во многих
руководствах по экранированию электромагнитных полей эти слу­
чаи рассматриваются как экранирование на низких частотах
*.
Когда размеры экрана, расстояние г и длина волны соответ­
ствуют условию дальней зоны, различие между величинами £ээ
и £эм исчезает. Эффективность экранирования равна:
£ээ=201ё|£о/£э| = 20^|Яо/Яэ| = 101§По/Пэ,
(4.33)
где По и Пэ - значения плотности потока мощности без экрана
и при его наличии соответственно.
*В литературе часто используются термины «экранирование электричес­
кого поля» и «экранирование магнитного поля». Следует обратить внимание на
некорректность подобных формулировок: согласно фундаментальным положе­
ниям электромагнетизма электрические и магнитные поля раздельно могут су­
ществовать только в виде статических полей
240
Эффективность экранирования зависит от электрических па­
раметров материалов, размеров и формы экрана, наличия отвер­
стий и т.д. С позиции ЭМС существенно то, что любой реальный
экран характеризуется конечной эффективностью экранирования.
Рассмотрим кратко физические факторы, определяющие свойства
электромагнитных экранов.
• Сплошные экраны (ближняя зона). Для частот, при которых
размеры экрана значительно меньше длины волны, характерно за­
метное различие в ослаблении экраном электрического и магнитно­
го полей. Общий характер зависимости эффективности экранирова­
ния электрической составляющей электромагнитного поля можно по­
яснить следующим образом. Когда/= 0. т.е. в электростатическом
поле из-за концентрации зарядов на внешней стороне проводника
поле внутри экрана отсутствует: £ээ=°о, в переменном низкочастот­
ном электрическом поле на наружной поверхности экрана возника­
ют электрические токи, вызванные сменой знаков индуцированных
зарядов. Их интенсивность возрастает по мере повышения частоты:
i = dqldt Соответственно в стенках экрана увеличивается ток. обус­
ловленный сменой знаков индуцированных зарядов. Появление это­
го тока сопровождается возникновением элекгрического поля внут­
ри экрана вследствие конечной его проводимости (рис. 4.3 2-) Эф­
фективность экранирования при этом снижается. При дальнейшем
росте частоты все больше проявляется влияние поверхностного эф­
фекта: токи концентрируются у внешней поверхности. В результате
напряженность поля внутри экрана снижается, а эффективность эк­
ранирования возрастает: £ээ -» со при f -> со. Характерный вид час­
тотной зависимости £ээ показан на рис. 4.33.
Ток на внешней
поверхности
экрана
Рис. 4 32. Экранирование электрической составляющей ЭМП
241
Для экранирования электрической составляющей электромаг­
нитного поля наиболее характерно следующее:
- эффективность экранирования тем больше, чем толще эк­
ран и выше проводимость материала;
- существует область частот, для которой эффективность эк­
ранирования имеет наименьшее значение;
- наименьшее значение L_a обычно соответствует частотам по­
рядка 10... 100 кГц.
Рис 4 33 Суммарный эффект экранирования электрических
и магнитных полей:
- электрические поля.----------- плоские волны,------------ магнитные поля
Характер ослабления магнитного поля на низких частотах ока­
зывается иным. В постоянном магнитном поле действенны только
экраны, выполненные из материала с относительной магнитной про­
ницаемостью, большей единицы. Эффект экранирования обуслов­
лен преимущественным замыканием силовых линий маг-
242
поля в толще экрана. В переменном поле по мере роста
частоты эффективность экранирования возрастает вследствие по­
явления вихревых токов. При дальнейшем увеличении частоты изза поверхностного эффекта экранирующие свойства резко улучша­
ются (рис. 4.33).
Для экранирования магнитной составляющей электромагнитно­
го поля наиболее характерно:
- эффективность экранирования L3K тем выше, чем больше
толщина стенок и магнитная проницаемость материала;
- эффективность экранирования оказывается наименьшей на
низких частотах (когда толщина экрана значительно меньше глу­
бины проникновения электромагнитного поля). Поэтому ослаб­
ление экранами низкочастотных магнитных полей представляет
значительные трудности.
• Сплошные экраны {дальняя зона). На более высоких часто­
тах, когда размеры экрана гэ и расстояние г становятся соизмери­
мыми с длиной волны, различие в экранировании электрической и
магнитной составляющих поля исчезает. Вследствие малой глуби­
ны проникновения электромагнитного поля эффективность экра­
нирования сплошными экранами высока и быстро повышается
с ростом частоты: L -> оо.
• Несплошные экраны. Практически в любой конструкции по­
верхность экрана не является сплошной. Экраны имеют зазоры, вен­
тиляционные отверстия, люки и т.д. Их наличие снижает эффектив­
ность экранирования. На низких частотах снижение эффективнос­
ти экранирования в первом приближении соответствует отношению
площади металлической поверхности экрана к его общей площади.
Поэтому на низких частотах несплошной экран может сохранять
достаточно высокую эффективность экранирования.
На высоких частотах, когда размеры отверстий становятся со­
измеримыми с длиной волны, влияние отверстий имеет более слож­
ный характер. Внутренняя область экрана представляет собой резо­
натор объемный, обладающий собственными резонансными часто­
тами, и резонатор, возбуждаемый внешним полем через отверстия и
зазоры. При резонансе напряженность поля увеличивается вблизи
собственных частот этого резонатора, что резко снижает качество
экранирования. При неблагоприятных условиях наличие
битного
243
экрана может даже вызвать вблизи этих частот увеличение напря­
женности электрического и магнитного полей. Общий характер за­
висимости экранирующих свойств от размеров отверстий следую­
щий: большим отверстиям соответствует, в среднем, худшая эф­
фективность экранирования, меньшим - лучшая, но с более глубо­
кими выбросами в частной характеристике
При отсутствии
внутренних резонансов на рассматриваемой частоте значение L.
зависит от электрических размеров отверстия. Наименее благо­
приятен случай, когда размеры кратны половине длины волны. Тогда
указанные отверстия аналогичны резонансным щелевым антеннам,
что приводит к значительному снижению качества экранирования.
• Экранирование фидеров. На высоких частотах, как уже от­
мечалось, сплошной металлической поверхностью осуществляется
высокоэффективное экранирование. Тем не менее в любых реаль­
ных фидерах часть мощности расходуется на излучение в окружа­
ющее пространство. Количественной мерой этих излучений явля­
ется эффективность экранирования элементов фидера Бэф (сино­
нимом этого понятия является термин «электрогерметичность»):
*,Ф =101g(P0/^),
(4.34)
где Ро и
- соответственно значения мощностей, проходящей
через фидер и излученной.
Существуют две главные причины снижения эффективности
экранирования фидеров. Во-первых, некоторые типы волноводов
обладают потерями на излучение. К ним относятся полосковые ли­
нии передачи, диэлектрические волноводы, гибкие коаксиальные
волноводы с несплошной внешней поверхностью и т.д. Например,
эффективность экранирования обычных коаксиальных кабелей в
дециметровом диапазоне волн обычно не превышает 30...50 дБ.
Во-вторых, различные разъемные соединения волноводов, коаксиа­
льные соединители, коаксиально-полосковые переходы и другие
не обеспечивают совершенного контакта в месте сочленения. Име­
ющиеся микрозазоры являются как бы щелевыми антеннами и обус­
ловливают потери на излучение. В обычных волноводных элемен­
тах, если не приняты специальные меры, L^ = 70 ... 90 дБ, а при
использовании специальных конструкторских мер могут достигать
значения 110... 120 дБ.
244
• Экранирование проводников. Экранирование проводников
осуществляется с целью ослабления нежелательных электромагнит­
ных воздействий, возникающих из-за близкого расположения про­
водников различных электрических цепей. Электромагнитная связь
указанных проводников существует вследствие того, что провод­
ник цепи рецептора находится в области, соответствующей ближ­
ней зоне электромагнитного поля, создаваемого электрической
цепью источника помех.
Эта связь обусловлена электромагнитными полями, создавае­
мыми токами в проводниках источников и наводящими токи по­
мех в проводниках электрических цепей рецепторов. На низких
частотах, когда действующие помехи соответствуют ближней зоне
источника, взаимодействие проводников определяется электричес­
кой (емкостной) и магнитной (индуктивной) составляющими связи.
Рассмотрим сначала способы ослабления электрической и магнит­
ной связи по отдельности.
• Емкостная связь обусловлена воздействием электрического
поля, созданного с помощью проводника цепи источника помех,
на проводник цепи рецептора помех. Количественно значение ко­
эффициента переноса помех зависит от емкости между проводни­
ками (рис. 4.ЗА): Ln »(соС12Л2)'. Для ослабления связи следует
уменьшить либо сопротивление нагрузки рецептора R-, (что не все­
гда возможно), либо взаимную емкость проводников С12. Наибо­
лее эффективным способом уменьшения Ll2 является экранирова­
ние проводников. Рассмотрим сначала случай, когда проводник
рецептора полностью заключен в незаземленный проводящий эк­
ран (рис. 4.34). Наличие экрана приводит к ослаблению электри­
ческого поля источника и, следовательно, к снижению связи. Это
хорошо видно на эквивалентной схеме (рис. 4.34, б): эффект объяс­
няется уменьшением напряжения помехи на сопротивлении R2 по
сравнению с отсутствием экрана.
Эффект ослабления связи оказывается более выраженным при
заземлении экрана (рис. 4.34, а). В эквивалентной схеме этому со­
ответствует подключение заземляющего проводника с малым со­
противлением |z3|«1/юСэз параллельно емкости Сэз. Таким об-
245
разом, сплошной экран может обеспечивать значительное ослаб­
ление емкостной связи, причем тем большей степени, чем меньше
полное сопротивление самого экрана и цепи заземления.
а
6
Рис 4 34 Схема
а - ослабление емкостной связи экранированием проводника, б - эквивалентная схема
В большинстве реальных устройств не удается применить сплош­
ной экран, так как неизбежно наличие отрезков проводников, выходя­
щих за его пределы, а сам экран может иметь различные отверстия и
зазоры. Влияние указанных факторов можно представить как наличие
некоторой остаточной емкости С12 между проводниками источника и
рецептора (рис. 4.34). Согласно эквивалентной схеме величина
Z/j, ~
'
Таким образом, для ослабления емкостной связи проводни­
ков необходимо их экранировать, обеспечивать малое сопротив­
ление заземления и электрическую однородность экрана, а также
уменьшать длину проводников, выходящих за пределы экрана.
Индуктивная связь проводников обусловлена воздействием
магнитного поля, созданного проводником цепи источника помех, на
проводник цепи РП. Количественно коэффициент ослабления опре­
деляется значением взаимной индуктивности проводников
Д2 « (соД/12/27?2)2 . Эдс помехи U№ наводимой в цепи рецептора, про­
246
порциональна значению потока вектора индукции помехи через по­
верхность S, ограниченную контуром проводника рецептора:
Un- J®^BdS « j(nBS\
(4.35)
где S' - проекция площади S на плоскость, перпендикулярную век­
тору индукции магнитного поля. Как следует из выражения (4.35),
индуктивную связь можно ослабить, либо уменьшая напряжен­
ность магнитного поля помехи, либо сокращая поверхность S'.
Экран из немагнитного материала, незаземленный или заземлен­
ный в одной точке согласно рис. 4.35’, не влияет на степень индук­
тивной связи, так как поток вектора индукции и площадь конту­
ра, охватываемого проводником, не изменяются. Поскольку, как
уже отмечалось, ослабить напряженность магнитного поля на низ­
ких частотах с помощью экранов 1рудно, для ослабления индук­
тивной связи используют заземление экрана проводников и пло­
щади 5' и скручивание их.
В первом случае один из сигнальных проводников изолиру­
ют от земли так, чтобы обратные токи сигнала протекали по по­
верхности экрана (рис. 4.35, а). Площадь S' при этом существенно
уменьшается, что и объясняет эффект ослабления взаимной связи.
Рис. 4.35. Ослабление индуктивной связи'
а - заземление экрана, б - скручивание проводников
Во втором случае (рис. 4.35, б) ослабление связи достигает­
ся, во-первых, уменьшением площади S' при отсоединении одного
из концов нагрузки от земли и, во вторых, тем, что эдс, наводимые-
247
в соседних петлях, противофазны и в значительной степени компен­
сируют друг друга. Заметим, что при заземлении экрана во второй
точке или второго вывода в скрученной паре проводников (пунктир­
ные линии на рис. 4.35) степень связи проводников возрастает, так
как часть обратных токов будет протекать по земляной поверхно­
сти, что эквивалентно увеличению площади S'.
Оба рассмотренных способа обеспечивают значительное ос­
лабление индуктивной связи на низких частотах. Конкретное вы­
полнение экранирования проводников может быть различным.
Варианты экранирования проводников, а также количественные
оценки, показывающие ослабление связи с помощью указанных
вариантов, приведены в табл. 4.1.
Таблица 4 1
248
Как следует из приведенных данных, и экранирование провод­
ников, и их скручивание позволяют ослабить индуктивную связь на
60...70 дБ. На практике широко применяют оба указанных способа,
причем скручивание проводников рекомендуется для более низких
частот (от сотен килогерц до десятков или сотен мегагерц), а коакси­
альных кабелей — для более высоких вплоть до единиц гигагерц.
• Ослабление емкостной и индуктивной связи проводников. Тре­
бования к экранам проводников, ослабляющих индуктивную и
емкостную связь, не совпадают. Например, в первом случае доста­
точно отсоединить нагрузку рецептора от земли и заземлить эк­
ран в одной точке (рис. 4.35). Но такая схема не обеспечивает зна­
чительного ослабления емкостной связи из-за протекания токов
по возвратной цепи рецептора (см. рис. 4.34). Поэтому на низких
частотах приходится использовать более сложные схемы экрани­
рования - коаксиальные кабели с двойной оплеткой (триаксиальные кабели) (рис. 4.36) или экранированные скрученные пары про­
водников. В этих случаях наружная проводящая поверхность изо­
лирована от цепи рецептора и играет роль экрана, ослабляющего
емкостную связь, а внутренняя поверхность или второй провод­
ник скрученной пары используется в качестве возвратного про­
водника, что способствует ослаблению индуктивной связи. Заме­
тим, что на более высоких частотах, когда толщина экрана значи­
тельно превышает глубину проникновения поля, необходимость
в двойном экранировании отпадает. В этом случае внешняя по­
верхность играет роль электрического экрана, а по внутренней по­
верхности протекают обратные токи.
Рис. 4.36. Ослабление емкостной и индуктивной связей:
а - эквивалентная схема; б - двойной электромагнитный экран
249
• Экранирование протяженных проводников. В протяженных
проводниках, длина которых соизмерима с длиной волны, прояв­
ляется резонансный характер токов, протекающих по наружной
поверхности экрана. В результате для экранов, длина которых крат­
на четверти длины волны, может наблюдаться значительное воз­
растание амплитуды этих токов, уменьшающее эффективность эк­
ранирования. Во избежание этого протяженные экраны должны
заземляться в нескольких точках (рис. 4.37), расстояние между ко­
торыми следует выбирать значительно меньшим длины волны
помехи (практически порядка 0,1Л.П). Следует, однако, иметь в виду,
что такое заземление экрана, как было показано, ухудшает его свой­
ства на низких частотах.
Рис 4 37 Схема экранирования протяженного проводника
и распределение тока в нем
4 6.3. Заземления
Термин «земля» является неоднозначным понятием для инже­
неров различных специальностей. Так, для разработчиков схем это общая точка данной схемы. Специалисты по антеннам интере­
суются главным образом тем, как влияет на соответствующие ха­
рактеристики антенны отражающая поверхность - «земля». В неко­
торых случаях общий корпус («земля») используется как обратный
проводник.
Заземляющие устройства можно разделить на две категории:
защитные и рабочие. Назначение защитных заземлений - обеспече­
ние эквипотенциальности элементов конструкции при потенциале, рав­
ном или близком к потенциалу «земли». Цепи заземления
250
при этом должны иметь малое сопротивление для опасных токов,
которые по тем или иным причинам (при аварийных ситуациях, воз­
действиях молний и т.п.) могут возникать в РЭС. Как правило, за­
щитные заземления должны иметь хороший низкоомный контакт с
«землей».
Рабочие заземления включают в себя заземление силового
оборудования (сильноточных цепей), которое по своему функцио­
нальному назначению требует наличия заземления, и сигнальное
или схемное заземление, обеспечивающее опорный потенциал для
электронных, аналоговых и цифровых схем. Цель подобной сис­
темы заземления - снизить уровень взаимовлияния между различ­
ными электронными схемами.
Неудачное выполнение цепей заземления корпуса устройства
РЭС или экранированного сооружения, в котором размещены РЭС,
приводит к уменьшению эффективности экранирования от НЭМП.
Особенность цепей заземления связана с тем, что нередко они вы­
полняют одновременно несколько функций: защитного заземле­
ния и обеспечения эквипотенциальности и «обратного» провод­
ника цепей.
Совмещение нескольких функций одной системой провод­
ников и проводящих поверхностей приводит к тому, что по ука­
занным проводникам протекают электрические токи от различ­
ных источников (рис. 4.38). В общем случае это обратные токи I.
для различных сигналов, токи 12 в цепи защитного заземления,
токи
обусловленные заземлением экрана. Из-за конечного со­
противления земляной шины на любом общем ее участке с со­
противлением 7?о6щ (например, участок а - б на рис. 4.38) создает­
ся падение напряжения, 77пом = (Z,+ I2^ I3)Ro6ui, пропорциональное
токам в цепи заземления. Это напряжение представляет собой эдс
помех для любого рецептора, где участок указанной шины ис­
пользуется в качестве проводника его электрической цепи (учас­
ток а - б, рис. 4.38). Несмотря на малую величину Ло6щ, эдс поме­
хи может иметь неприемлемое значение для соответствующего
рецептора помех. Так, если сопротивление 7?о6ш =10~2 Ом, ток по­
мех равен 1 А, падение напряжения на этом сопротивлении со­
ставляет 10 мВ, что может быть совершенно недопустимым для
ряда рецепторов.
251
Рис 4 38 Схема влияния помех в системе заземления
Вторая причина возникновения помех в цепях заземления свя­
зана с образованием так называемых контуров заземления. Рас­
смотрим два устройства, соединенные парой проводников, один
из которых является сигнальным, а другой служит для протека­
ния обратных токов (рис. 4.39). Пусть возвратный проводник со­
единен с корпусом устройства, а корпус - с землей. Если этот про­
водник соединен с корпусом и второго устройства, также имею­
щего электрический контакт с землей (соединение 2' 3'), образу­
ется замкнутый проводящий контур 2- 2' -3' -3 -2. Внешнее элек­
тромагнитное поле наводит в этом контуре эдс помех, вызывая
протекание тока 1П, который, в свою очередь, создает на участке
2-3 падение напряжения, равное Ua =In Z]3. В результате раз­
ность потенциалов между точками 1-2 изменяется на значение
Ua=Iu Z}3, представляющее собой напряжение помех на входе ре­
цептора. Если отсутствует проводник 2' - 3' или соединение про­
водника 2- 2’ с корпусом второго устройства, возможность обра­
зования контура заземления полностью не исключается. В этих
случаях контур может состоять из проводников 2- 2’, 3-3', земля­
ной шины и паразитных емкостей между сигнальной цепью и кор­
пусом устройства С2, а также между корпусом и землей С23 (рис.
4.39).
252
Рис. 4 39. Схема образования контура заземления
Таким образом, напряжение помехи, связанное с несовершен­
ством системы заземления, оказывается тем большим, чем больше
сопротивление земляной шины, площадь контура заземления и
комплексное сопротивление заземляющих проводников.
Наиболее общие правила выполнения цепей заземления:
1. Величины сопротивлений заземляющих проводников,
а также общих земляных шин должны быть минимальными. Под­
черкнем, что на уровень помех влияет комплексное сопротивле­
ние указанных проводников, которые должны обладать мини­
мальными активным сопротивлением и собственной индуктив­
ностью. С учетом того, что помехи могут быть как низко-, так и
высокочастотными, выполнение указанного требования ослож­
няется наличием поверхностного эффекта, приводящего к росту
активного сопротивления и индуктивности проводника. Для ре­
ализации этого требования заземляющие проводники должны,
прежде всего, иметь минимально возможную длину Z, значитель­
но меньшей длины волны помехи: I, < 0,02Хп. Для уменьшения
сопротивления форма и размеры поперечного сечения заземля­
ющих проводников должны быть такими, чтобы на частоте по­
мехи обеспечивались малые активное и реактивное сопротивле­
ния. Поскольку эти величины уменьшаются с ростом попереч­
ных размеров проводника, а по мере повышения частоты все бо­
лее проявляется поверхностный эффект, целесообразно применять
заземляющие проводники в виде трубок, обладающих полным
наименьшим сопротивлением среди других проводников с такой
же площадью поперечного сечения.
Ю.Е Седельников
10
253
Важную роль в системе заземлений играет также качество
электрических соединений, которые должны обеспечивать, во-пер­
вых, минимальное сопротивление контакта, во-вторых, надежный
контакт в условиях климатических воздействий, а также вибраций.
Кроме того, соединения должны исключать возможность образо­
вания окисных пленок на контактирующих поверхностях и свя­
занных с ними нелинейных эффектов. Наконец, соединения долж­
ны исключать образование гальванических пар для предотвраще­
ния коррозии и появления помех, связанных с возникновением со­
ответствующей эдс в цепи. Качественное выполнение соединений
представляет собой важную конструкторскую задачу.
2. Следует по возможности избегать использования общих
проводников в системах экранирующего и защитного заземлений
и цепях, по которым протекают слабые токи сигналов.
3. Контуры заземлений должны отсутствовать (по возмож­
ности). Для их исключения используют изолирующие и нейтрали­
зующие трансформаторы или оптроны. Использование этих уст­
ройств уже рассматривалось в подразд. 4.6.2.
По своему исполнению система схемных заземлений может
быть одноточечной, «плавающей», многоточечной и региональ­
ной. На рис. 4.40 приведены возможные варианты одноточечного
заземления по системе «еж» (рис. 4.40, а) и «ёлочка» (одноточеч­
ное заземление с помощью шины, рис. 4.40, б). Подобная система
заземления, как правило, применяется в небольших экранирован­
ных подсистемах.
а
о
Рис. 4 40. Варианты выполнения одноточечного заземления
а - «еж», б - «ёлочка»
К ее достоинствам относится то, что она позволяет исклю­
чить образование больших петель, образующих контуры заземле­
ния. Однако конструктивное решение системы заземления в виде
«ежа» или «ёлочки» сопряжено с определенными трудностями,
254
в частности, при их реализации для систем со значительными ли­
нейными размерами. В этих случаях размеры цепей могут оказаться
сравнимыми с длиной волны помехи, что может вызвать резонанс­
ные явления в соединительных кабелях и привести к несовмести­
мости защищаемых систем.
Помимо одноточечного способа заземления, на практике при­
меняется «плавающая» система заземления (рис. 4.41), при кото­
рой каждый экранированный объем имеет собственную систему
заземления, обычно одноточечную. Хотя данная система является
«идеальным» способом решения для отдельных подсистем, она тре­
бует принятия дополнительных схемных мер, например, развязки
с использованием оптронных пар.
Оптоэлектронная система
Плавающий потенциал
Рис 4 41 «Плавающая» система заземления
Для многих практических случаев достаточно эффективной яв­
ляется многоточечная система заземления (рис. 4.42). Здесь каждая
подсистема РЭС экранирована, заземлена и связана друг с другом
посредством кабелей. Однако при этом требуется дополнительная за­
щита вводов, хорошее экранирование кабелей и максимальное при­
ближение их к «земле».
Комбинированными свойствами всех предыдущих систем за­
земления обладает региональная зональная система заземления.
В этом случае в пределах каждой экра­
нированной зоны сохраняется концеп­
ция одноточечной системы заземления.
Однако все входы и выходы кабелей
между зонами (подсистемами) должны
иметь, как и в случае «плавающего» за­
земления, специальную систему развяз­
Рис. 4 42. Многоточечная
система заземления
ки подсистем друг от друга.
255
4.6.4. Группирование проводников
В сложных устройствах, особенно расположенных на различ­
ных подвижных объектах, неизбежно присутствуют кабельные жгу­
ты, нередко имеющие значительную длину. Тщательное экранирова­
ние каждой пары проводников не всегда возможно. В результате воз­
никают помехи, обусловленные связью проводников различных ис­
точников и рецепторов помех. Одно из радикальных средств ослаб­
ления таких связей состоит в разделении всех проводников на несколь­
ко групп, каждая из которых собирается в отдельный жгут (так назы­
ваемое группирование проводников). Для этого все кабельные цепи
разделяют на несколько классов в соответствии со значениями мощ­
ности передаваемого сигнала. Целью группирования является пре­
дотвращение возможности наличия в одном жгуте проводников, чув­
ствительных РП и мощных ИП (табл. 4.2).
Таблица 4 2
Класс
кабе­
лей
1-й
2-й
3-й
Цепи
Электропитания
(мощные)
Электропита­
ния (малой
мощности)
Видеосигналов
(выходные)
Значение
мощно­
сти.
дБВт
Класс
кабе­
лей
>10
4-й
Видеосигналов
(входные)
5-й
РЧ и ПЧ (вход­
ные)
6-й
Фидеры (приемные)
- 20. .10
-50.-20
Цепи
Значение
мощности.
дБВт
-80 -50
-ПО -80
<-110
Группирование кабелей проводится так, чтобы в одну группу
входили только проводники, соответствующие одному классу, или,
если это не представляется возможным, проводники ближайших
классов. В этом случае относительный перепад уровней мощности
сигналов и источников возможных помех сравнительно невелик и
опасность возникновения помех значительно уменьшается.
4.6.5. Зонирование и группирование элементов РЭС
Решение конкретных проблем обеспечения стойкости РЭС
к воздействию НЭМП может быть достигнуто на основе реализа­
256
ции концепции зонирования. Зонированием называют идентифи­
кацию и возможную интеграцию участков или областей с одина­
ковой ЭМО. Как правило, в экранированной корпусом-экраном
РЭС области имеются зоны с различной интенсивностью электро­
магнитных полей. Радиоэлектронные средства также содержат в
своей основе элементы, имеющие различную чувствительность по
отношению к воздействию НЭМП. Поэтому для повышения стой­
кости РЭС к воздействию НЭМП необходимо, чтобы чувствитель­
ные к электромагнитному воздействию элементы РЭС располага­
лись в зонах экранированной области с пониженным уровнем на­
пряженность электромагнитных полей.9лементов в РЭС может
быть достаточно много и каждый из них имеет свой порог чув­
ствительности, по превышению которого элемент может выйти из
строя, их объединяют в отдельные группы по одинаковым харак­
теристикам или назначению.
4. б. 6. Компоновка устройств
После того, как определена топология зон по интенсивности
электромагнитных полей в экранированном объеме и проведено груп­
пирование элементов по сходным признакам, производят общую ком­
поновку РЭС в корпусе-экране. Общие правила, которые должны
соблюдаться при конструировании аппаратуры с учетом требований
внутриобъектовой ЭМС, сводятся к следующим положениям:
- любые проводники мощных сигналов должны быть разме­
щены отдельно от цепей слабых сигналов. При необходимости их
близкого расположения ориентация помехонесущих цепей долж­
на быть по возможности ортогональной к восприимчивым цепям;
- необходимо избегать близкого размещения восприимчивых
элементов к источникам помех, а при необходимости такого разме­
щения принимать меры для их развязки (экранирование, перпенди­
кулярная ориентация проводов, индуктивных элементов и т.д.);
- совместимые устройства, которые не воздействуют друг
на друга, можно размещать вместе, а невосприимчивые и помехонесоздающие элементы целесообразно использовать как раз­
вязывающий барьер между помехосоздающими и восприимчивы­
ми элементами.
257
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Введение
1. Как определяется понятие электромагнитной помехи?
2. Как определяются понятия источника и рецептора помех?
3. Как можно классифицировать основные направления ис­
пользования электромагнитных процессов в науке и технике?
4. Что представляют собой намеренные и непреднамеренные
воздействия электромагнитной энергии на различные классы
объектов?
Раздел 1
1. Что представляет собой пространство V-F-T (радиочастот­
ное пространство)?
2. Какой смысл имеют области Оип, и Qpn в пространстве
V-F-T?
3. Какой смысл имеют области ^ИПи, и £2РПл/ в пространстве
V-F-T?
4. Какой смысл имеет понятие радиочастотного ресурса?
5. Какие факторы определяют уровни помех, принимаемых
рецепторами?
6. Как интерпретируется нарушение ЭМС в паре средств «ис­
точник -рецептор» с точки зрения использования радиочастотно­
го ресурса?
Раздел 2
1. Какими основными видами представлены естественные ра­
диопомехи?
2. Какими основными видами представлены искусственные
радиопомехи?
258
3. Как определяются понятия основного и нежелательных
излучений радиопередатчика?
4. Что составляет содержание понятия «побочные излучения
радиопередатчика»!
5. Что составляет содержание понятия «внеполосное излуче­
ние радиопередатчика?
6. В чем состоят причины возникновения шумовых излуче­
ний радиопередатчика?
7. Какими параметрами характеризуют нежелательные из­
лучения радиопередатчиков?
8. Как определяется понятие «индустриальные радиопомехи»!
9. В чем состоят причины возникновения кратковременных
индустриальных радиопомех?
10. Что представляют собой контактные помехи?
11. Какими характеристиками или параметрами характери­
зуют индустриальные радиопомехи?
12. Как в практике ЭМС определяется понятие «коэффици­
ент связи антенн»! Какие факторы влияют на его значение?
13. Что представляют собой излучаемые и кондуктивные ИРП
с точки зрения физики электромагнитных явлений?
14. Что характеризуют понятия симметричных и несиммет­
ричных напряжений и токов кондуктивных ИРП?
15. В чем состоит механизм прямого прохождения помех в
радиоприемнике?
16. Что характеризуют понятие «побочный канал приема» ра­
диоприемника?
17. В чем состоит явление блокирования в радиоприемнике?
Интермодуляции?
18. Какими показателями характеризуется восприимчивость
радиоприемников к воздействию НЭМП?
19. Каким образом проявляется воздействие НЭМП на рецеп­
торы, не являющиеся радиоприемниками?
Раздел 3
1. В чем состоят основные задачи анализа ЭМС?
2. В чем состоят принципы анализа выполнения ЭМС в груп­
пе средств?
259
3. С какой целью при анализе ЭМС в группе средств часто
используется вероятностный подход?
4. В чем состоит принцип парной оценки ЭМС в группе ТС?
Групповой оценки?
5. Что может явиться источником информации о парамет­
рах ЭМС радиопередатчиков, радиоприемников, антенн и т.д. при
прогнозировании выполнения ЭМС в группе средств на стадии
проектирования радиоаппаратуры?
6. В чем состоят в общем случае принципиальные отличия
парной оценки ЭМС в случаях взаимовлияния пары радиотехни­
ческих устройств и источника и рецептора ИРП?
7. Каким образом можно оценить возможность нарушения
радиоприема при воздействия ИРП от неопределенной группы
удаленных источников?
8. С каким целями в большинстве практических ситуаций
осуществляют измерения параметров ЭМС источников помех? Ре­
цепторов помех?
9. В чем состоят основные достоинства и недостатки поле­
вых и трактовых методов измерения параметров ЭМС радиопере­
датчиков и радиоприемников? Какой из них и в каких случаях при­
меняется в настоящее время на практике?
10. В чем состоят основные отличия измерений уровней излу­
чаемых индустриальных помех и восприимчивости рецепторов к
излучаемым ИРП от измерений аналогичных параметров радио­
передатчиков и радиоприемников?
Раздел 4
1. В чем состоит существо задач обеспечения ЭМС на различ­
ных иерархических уровнях? Какие меры используются на указан­
ных уровнях?
2. В чем состоит существо различных мер обеспечения ЭМС
с позиций использования радиочастотного ресурса?
3. В чем состоит существо организационно-технических меры
обеспечения ЭМС?
4. В чем состоит существо системотехнических меры обеспе­
чения ЭМС?
5. Приведите примеры обеспечения ЭМС на основе исполь­
зования пространственных факторов.
260
6. Приведите примеры обеспечения ЭМС на основе исполь­
зования временных факторов?
7. В чем состоит существо и основные особенности обеспе­
чения ЭМС на основе использования частотных факторов?
8. В чем состоят существо и основные особенности схемо­
технических мер обеспечения ЭМС?
9. В чем состоят существо и основные особенности конст­
рукторско-технологических мер обеспечения ЭМС?
10. В чем состоят основные особенности экранирования уст­
ройств и блоков аппаратуры на НЧ? В области высоких частот?
И. В чем состоят основные особенности экранирования про­
водников электрических цепей на НЧ? В области высоких частот?
12. В чем состоят цели осуществления заземления и основные
особенности?
13. В чем состоят цели зонирования элементов и блоков ап­
паратуры, а также группирования проводников?
261
ПРИЛОЖЕНИЕ
'
Приложение 1
Воздействие ЭМП радиочастотных диапазонов
на материалы и биологические объекты
Введение
Строго говоря, вопросы воздействия электромагнитных по­
лей на материалы, а также человека и окружающую среду не вхо­
дят в круг задач, решаемых в рамках научно-технического на­
правления «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных
средств». Тем не менее, необходимо дать читателю краткие све­
дения об основных фактах, известных к настоящему времени. Це­
лесообразность, хотя бы краткого, рассмотрения этих вопросов
определяется:
- расширяющимся использованием человечеством элект­
ромагнитной энергии радиочастотных диапазонов в традици­
онных и новых областях применения, в частности быстрым раз­
витием смежного с радиоэлектроникой направления — микро­
волновых технологий, основанных на целенаправленном воздей­
ствии электромагнитной энергии СВЧ- и КВЧ-диапазонов на
материалы и биологические объекты с целью заданного изме­
нения их свойств;
- большим общественным интересом к вопросам безопасно­
сти и сохранения человечеством окружающей среды, в условиях
усиления воздействия на них техногенных факторов, включая элек­
тромагнитные поля.
262
1. Воздействие электромагнитных полей
высокочастотных диапазонов на материалы
Нагрев материалов электромагнитным полем
Как хорошо известно из курса физики электромагнитных явле­
ний, энергия переменного электромагнитного поля, имеющего значе­
ние напряженности электрического поля £(г)
в точке
г
некоторого материального объекта объемом V. частично преоб­
разуется в тепло. Величина поглощенной мощности равна:
Pm = \^\E(r^dV,
(П1)
I
где
- значение проводимости материала объекта.
Существует два предельных случая, когда поглощение элек­
тромагнитной энергии
-> 0 и, следовательно, нагрев объекта,
практически отсутствует, если объект представляет собой:
- высокочастотный (в пределе идеальный) диэлектрик:
) —> 0;
- металл с высокой проводимостью (в пределе - идеальный
проводник): с(г) -> со.
Таким образом, преобразование электромагнитной энергии
в тепловую имеет место для любого реального объекта, подверга­
емого воздействию переменных электромагнитных полей, кроме
идеальных проводника и диэлектрика. Выделяющаяся тепловая
энергия приводит к нагреву указанного объекта. Осуществление
нагрева в электромагнитных полях (особенно УВЧ- и СВЧ-диапа­
зонов) имеет ряд важных особенностей и преимуществ по сравне­
нию с другими способами нагрева. Эти особенности определяют
во многих случаях целесообразность его использования в промыш­
ленности и быту. Рассмотрим эти особенности.
• Во-первых, нагрев материалов электромагнитным полем явля­
ется объемным. Понятие «объемный» означает, что в процессе на­
грева внешние источники тепла распределены не только по поверхно­
сти нагреваемого объекта, но и по его объему. Действительно, при лю­
бом способе нагрева объекта, кроме электромагнитного,
263
источники тепла находятся на его поверхности (рис. П1). Переда­
ча тепла и, соответственно, нагрев объекта, осуществляется от
поверхностных источников в глубину объекта.
Рис П1 Нагрев объекта
Скорость нагрева объекта зависит от температуры источни­
ков, толщины объекта и его теплофизических свойств. В любом слу­
чае эта величина ограничена допустимым нагревом поверхностно­
го слоя’.Принципиально другая картина наблюдается при нагреве
в электромагнитном поле. Пусть нагрев осуществляется плоской
электромагнитной волной при ее нормальном падении на плоскую
границу' раздела «воздух» - «неидеальный диэлектрик» (рис. П2).
Рис. П2. Нагрев в поле плоской волны
Плотность потока мощности волны, распространяющейся
в диэлектрике, имеет зависимость от продольной координаты:
п(г) = п_(1-|г|)!(П2)
где Ппад - плотность потока мощности падающей волны; Г- коэф­
фициент отражения от границы раздела «воздух-диэлектрик»:
* Факт, хорошо известный в быту каждому, кто хоть однажды пробовал
разогреть пищу на сковороде без масла.
264
r«(s-l)/(s + l); s = s(l-j tg§) - комплексная диэлектрическая
. s
л-tgS
проницаемость материала; tgo - тангенс угла потерь; а »---------X
коэффициент затухания волны в материале; X - длина волны.
Вследствие затухания волны в материале в слое толщиной d
поглощается мощность, равная:
Это означает, что источники тепла преимущественно сосре­
доточены в слое конечной толщины, примыкающем к границе раз­
дела. Толщина этого слоя (так называемая глубина проникнове­
ния): А »1\а х X/(7rtg5). Таким образом, для каждого нагреваемо­
го объекта можно подобрать такое соотношение частоты электро­
магнитной волны f =
/к и толщины объекта d, при котором
источники тепла будут более или менее равномерно распределены
во всем объеме нагреваемого объекта*.
Объемный нагрев позволяет:
- осуществить быстрый нагрев объекта без перегрева их по­
верхностных слоев;
— осуществить более равномерный нагрев объекта за задан­
ное время и при заданной мощности источника энергии;
— при осуществлении требуемого нагрева сократить затраты
энергии источников за счет меньших потерь тепловой энергии на
нагрев элементов установки и окружающего пространства;
• Во-вторых, нагрев объектов с использованием электромаг­
нитных полей радиочастотного диапазона является гибко управ­
ляемым. Понятие управляемости процесса нагрева в данном слу­
чае означает следующее:
- имеется принципиальная возможность управления процес­
сом нагрева из-за изменения частоты электромагнитных колеба’ В действительности, для реальных объектов пространственное распреде­
ление электромагнитного поля имеет более сложный характер, однако основной
качественный вывод - о распределении источников тепла по объему тела - оста­
ется справедливым.
265
ний: повышение частоты ведет к усиленному нагреву поверхност­
ных слоев, понижение - наоборот, к проникновению электромаг­
нитного поля в толщу объекта на большую глубину. Изменение
частоты может также поддерживать равные условия нагрева
объектов, выполняемых из материалов с различающимися элект­
рофизическими параметрами;
- имеется принципиальная возможность управления процессом
нагрева при целенаправленном изменении пространственного распре­
деления интенсивности электромагнитного поля. Это распределение
может создаваться как с целью более равномерного нагрева всего
объема материала, так и, наоборот; выборочного нагрева некоторой
желаемой его части.
Важно подчеркнуть, что любые изменения пространственно­
го распределения электромагнитного поля приводят к немедленно­
му изменению пространственного распределения источников теп­
ла. Это означает принципиальную безынерционность управления
процессом нагрева электромагнитными полями УВЧ- и СВЧ-диапазонов;
• В-третьих, использование электромагнитных полей УВЧи СВЧ-диапазонов позволяет реализовать селективный нагрев
объектов неоднородного состава. Действительно, пусть объект,
подвергаемый воздействию электромагнитного поля, представля­
ет собой диэлектрик с малыми потерями tg5I«l, содержащий бо­
лее проводящие включения (tg5,>tg51) (рис. ИЗ).
П
Рис. ПЗ. Селективный нагрев в электромагнитном поле
266
Удельная поглощаемая мощность электромагнитного поля,
как это следует из соотношения (П1), оказывается выше для участ­
ков с большей проводимостью. Поэтому после кратковременного
воздействия электромагнитного поля, более проводящие включе­
ния будут нагреты до более высокой температуры Г, > 1\ по отно­
шению к массе остального диэлектрика 1\. Указанное свойство, в
частности, может быть весьма полезным при осуществлении раз­
личных задач дезинсекции.
Эффекты, не эквивалентные нагреву
Действие электромагнитных полей на различные материалы
не сводится только к их нагреву. Поглощение электромагнитной энер­
гии, в частности УВЧ- и СВЧ-диапазонов, в некоторых случаях вы­
зывает специфические эффекты, отличающиеся от вызываемых на­
гревом данного материала. Эти эффекты проявляются в виде измене­
ния физико-химических свойств некоторых жидкостей, эмульсий раз­
личных материалов, а также в изменении параметров некоторых хи­
мических реакций. Эффекты этого вида обнаружены впервые лишь
в последнее десятилетие. В настоящее время наблюдается разверты­
вание работ по их изучению и практическому использованию.
2. Воздействие электромагнитных полей
на биологические объекты
Результаты воздействия электромагнитных полей на биоло­
гические объекты, включая человека, определяются, по крайней
мере, двумя обстоятельствами:
- при достаточно высокой интенсивности электромагнитно­
го поля происходит нагрев тканей биологического объекта (теп­
ловые эффекты);
- в процессах жизнедеятельности биологических объектов
участвуют электромагнитные колебания, создаваемые органа­
ми объектов с информационными целями. Эти колебания дей­
ствуют в некоторых электрических цепях, образованных орга­
нами объектов. Внешние электромагнитные поля индуцируют
в них наведенные электрические токи, играющие роль помех для
хода соответствующих биологических процессов (нетепловые
эффекты).
267
Одной из особенностей такого рода воздействий является то,
что до начала эры электричества и радиотехники (конца XIX начала XX века) жизнь на Земле развивалась и эволюционирова­
ла в условиях существования лишь слабых внешних электромаг­
нитных полей, соответствующих естественным электромагнитным
процессам. Деятельность человека привела не только к многократ­
ному превышению естественного фона, но и к появлению еще бо­
лее интенсивных электромагнитных полей, локализованных в от­
носительно небольших пространственных областях.
Таким образом, мысль о том, что техногенные электромагнит­
ные поля могут приводить к определенным изменениям в жизнедея­
тельности отдельных организмов и биосферы в целом, не противоре­
чит современным научным представлениям о мироздании. Вопросы
воздействия электромагнитных полей на человека и биосферу нахо­
дятся в сфере внимания специалистов, начиная с середины XX века.
Изучение эффектов электромагнитных воздействий ведется в двух на­
правлениях: непосредственное опытное исследование влияния ЭМП
на конкретные биологические объекты и исследование хода биохи­
мических процессов на клеточном уровне. Накопленные к настояще­
му времени данные свидетельствуют о непосредственном влиянии
ЭМП, в том числе радиочастотных диапазонов, на ход жизненных
процессов любых биологических объектов.
Тем не менее, уровень знаний, достигнутый к настоящему вре­
мени, не позволяет с полной уверенностью судить о результатах этих
влияний во всем диапазоне интенсивностей и спектрального соста­
ва электромагнитных полей. С другой стороны, наличие сведений
об эффектах воздействия, к сожалению, создает почву для спекуля­
ций со стороны средств массовой информации, а также поле для
деятельности различного рода шарлатанов, предлагающих «сред­
ства защиты» от якобы угрожающих последствий электромагнит­
ных воздействий. Поэтому целесообразно ознакомить читателейспециалистов в области радиоэлектроники с истинным положени­
ем дел, а именно с теми фактами, которые к настоящему времени
установлены с высокой степенью достоверности.
Эффекты влияния ЭМП на биологические эффекты можно, с
некоторой долей условности, разделить на три группы:
- воздействия электромагнитных полей, приводящие к значи­
тельному нагреву биологических тканей и необратимым орга-
268
ническим поражениям, вплоть до гибели (назовем для краткости
эти эффекты тепловыми органическими);
- воздействия электромагнитных полей, не вызывающие
непосредственного (немедленного) нагрева тканей на значитель­
ную величину, но приводящие к изменению функционирования
биологического объекта в целом либо тех или иных его органов
или систем. Указанные изменения имеют, преимущественно, ха­
рактер функциональных расстройств либо органических измене­
ний, развивающихся постепенно, в течение длительного срока при
наличии продолжительных электромагнитных воздействий. Назо­
вем условно эффекты этой группы тепловыми функциональными.
Проявление их может быть различным: воздействия могут оказы­
вать как ингибирующие эффекты (т.е. ухудшающие определенные
жизненные показатели), так и стимулирующие, приводящие к их
;
*
повышению
- воздействие электромагнитных полей низкой интенсивности,
не вызывающего сколь-нибудь заметного нагрева, но приводящее к
изменениям в ходе процессов жизнедеятельности биологических
объектов. Эффекты этого вида также могут приводить как к стиму­
лированию тех или иных жизненных процессов, так и к угнетению
их. Назовем эффекты этой группы нетепловыми (информационны­
ми) соответственно стимулирующего и ингибирующего характера.
Конечный результат воздействия на биологический объект
конкретного вида зависит от многих факторов:
1) вида объекта, его массы и состояния, а также внешних ус­
ловий;
2) диапазона частот, а также спектрального состава и вре­
менной структуры ЭМП;
3) продолжительности воздействия;
4) интенсивности электромагнитного поля.
В целях краткого рассмотрения существа достоверно установ­
ленных фактов электромагнитных воздействий выделим две ситуа-
* Часто встречающееся в литературе разделение эффектов на «вредное» и
«полезное» или «нейтральное» воздействия не выдерживает критики: одни и те
же эффекты могут рассматриваться и как «полезные», и как «вредные», в зависи­
мости от конкретных условий.
269
ции в частотной области: диапазон СВЧ, УВЧ и более низких частот
/<10...20 ГГц и диапазон КВЧ с частотами порядка/> 40 ГГц.
Кроме того, выделим три группы электромагнитных воздействий
по признаку интенсивности электромагнитного поля: случай высо­
коинтенсивных воздействий, характеризуемых плотностью потока
мощности П > 103... 104 Вт/ м2, случай воздействий средней интен­
сивности - ориентировочно П = 10... 100 Вт/м2, случай низкоинтен­
сивных воздействий, не превышающих величины порядка П < 1... 0,1
Вт/м2. Сводка известных к настоящему времени достоверных фак­
тов приведена в табл. 1.
Таблица П1
Сводка результатов, относящихся к воздействию ЭМП
различных диапазонов и интенсивностей
Уровень
воздействия
высокая
Диапазон СВЧ
и ниже
Тепловые
органические
поражения
Диапазон КВЧ
—
Интенсивность
средняя
низкая
Функциональные
нарушения
Отсутствие достоверно
- ингибирующие.
установленных эффектов
— стиму лирующие
Нетепловые эффекты
— ингибирующие.
—
- стимулирующие
Рассмотрим кратко существо проявлений эффектов воздей­
ствия при различных интенсивностях электромагнитных полей.
Высокоинтенсивные электромагнитные поля Диапазон
СВЧ и более низкочастотные диапазоны. Эффект воздействия,
в основном, определяется фактом нагрева материалов под действи­
ем электромагнитного поля. При высокой интенсивности воздей­
ствующего поля результат вполне ожидаем: вследствие значитель­
ного нагрева происходят необратимые изменения в биологических
тканях, вплоть до термических ожогов и гибели организма. Интен­
сивность электромагнитного поля, соответствующая необратимым
органическим сдвигам, зависит от диапазона частот и различна
для разных организмов. В качестве оценок порядка величины ин­
тенсивности можно привести несколько цифр: интенсивность ЭМП в
бытовой СВЧ-печи составляет величину порядка 103... 104Вт/м2. Ин­
270
тенсивность поля порядка 400Вт/ м2 является смертельной для со­
бак, а величина порядка 50Вт/ м2 считается максимальной, при
превышении которой в их организмах возникают необратимые из­
менения. Различие воздействия ЭМП различных частотных диа­
пазонов, безусловно, имеет место в отношении конкретного прояв­
ления эффектов: при более высоких частотах происходит наиболь­
шее поражение слизистых оболочек и кожных покровов, а при ме­
нее высоких вследствие большей глубины проникновения — внут­
ренних органов.
Электромагнитные поля средней интенсивности. Диапазон
СВЧ и более низкочастотные диапазоны. Многочисленные опыты
на животных, а также результаты многолетних гигиенических наблю­
дений лиц, подвергающихся по роду деятельности электромагнитным
воздействиям, позволяют установить значительное количество фак­
тов проявления биологических эффектов. Зафиксированы многочис­
ленные факты, свидетельствующие о проявлениях эффектов угнета­
ющего типа; в частности и у человека, и у животных зафиксированы
различные функциональные нарушения: нервные расстройства, сни­
жение эмоционального статуса, ухудшение памяти, снижение скоро­
сти реакции и т.д. Наблюдались также нарушения сердечно-сосудис­
той системы - аритмия, сосудистые реакции. Следует подчеркнуть,
что указанные нарушения у человека, как правило, наблюдались
при интенсивности электромагнитного поля более 10... 15 мВт/см2
(100 Вт/м2), а у мелких подопытных животных (крыс, кроликов) порядка 1 мВт/см2. Существует предположение, что эффекты влия­
ния ЭМП на ход процессов жизнедеятельности часто имеют в своей
основе не столько «поломки» в органах и системах, сколько срывы
процессов адаптации организмов к изменяющимся внешним услови­
ям. Это предположение подтверждается рядом серьезных исследова­
ний на подопытных животных и результатами наблюдений персона­
ла радиолокационных станций.
Вместе с тем, ряд исследований отмечает наличие стимулиру­
ющих эффектов воздействия электромагнитных полей УВЧ- и СВЧдиапазонов. В частности, установлено стимулирующее действие СВЧоблучения на развитие новообразований и лейкозов. Также отмеча­
лись факты эндокринных нарушений, проявляющихся в уско­
ренном половом созревании подопытных животных. Наконец,
271
к числу достоверно установленных относится факт стимуляции по­
севных свойств семян различных сельскохозяйственных растений.
(Подтверждением является документ, выпущенный Министерством
сельского хозяйства РФ: «Методические указания по обработке
семян сельскохозяйственных культур электромагнитными полями
СВЧ-диапазона» М.: Минсельхоз, 1992).
Подчеркнем еще раз, что значительная часть достоверно на­
блюдавшихся эффектов как стимулирующего, так и угнетающего
(ингибирующего) характера по отношению к человеку, наблюда­
лась при интенсивности электромагнитного поля не менее величи­
ны 1...10 мВт/см2. В то же время-имеются многочисленные факты
жалоб населения на «вредное» влияние электромагнитных полей,
создаваемых базовыми станциями мобильной связи, передатчика­
ми радио и телевидения и т.д. при объективно фиксируемых уров­
нях электромагнитного поля, меньших на 2...3 порядка. В боль­
шинстве подобных случаев истинная соматическая вредность воз­
действия электромагнитных полей оказывается значительно мень­
шей, чем психологические последствия гиперболизации опаснос­
ти их воздействия
.
*
Иными словами, во многих случаях результа­
ты негативного влияния электромагнитных полей низкой и сред­
ней интенсивности являются следствием самовнушения.
Низкоинтенсивные электромагнитные поля. Диапазон СВЧ и
более низкочастотные диапазоны. К настоящему времени не име­
ется объективных свидетельств возникновения эффектов воздей­
ствия низкоинтенсивных электромагнитных полей диапазона СВЧ
и менее высокочастотных, если плотность потока мощности не
превышает нескольких десятков мкВт/см2 (П < 0,5...0,1 Вт/м2).
Указанные предельные значения принимаются как безопасные
уровни, соответствующие отсутствию негативных воздействий на
человека.
Определение пороговых значений интенсивности электромаг­
нитного поля, соответствующих безопасности человека, имеет
исключительно важное значение. Тем не менее, несмотря на мно­
гочисленные результаты проведенных исследований, вопрос нельзя
считать закрытым, так как невозможно:
"Давыдова Б.И. Радиоизлучения и микроволны: радиационная безопасность
оператора// Космические исследования. Т. 24. 1986. С. 453-465.
272
- провести непосредственные экспериментальные исследова­
ния в больших и неоднородных по составу группах людей;
- судить о результатах воздействия при наблюдении их ре­
зультатов на относительно коротких временных интервалах, по­
тому что возможные отдаленные результаты (через несколько по­
колений) остаются вне возможностей для изучения;
- отделить в результатах наблюдений эффекты влияния элек­
тромагнитных полей от влияния других и притом многочислен­
ных, техногенных факторов.
Поэтому при определении уровней электромагнитных полей,
соответствующих безопасности человека, приходится опираться
на косвенные, менее точные методы, в том числе опыты на живот­
ных. В результате проведенных исследований специалистами ус­
тановлены предельные уровни электромагнитных полей для раз­
личных диапазонов частот и групп населения.
Указанные величины закреплены, в частности, в националь­
ном нормативном документе: «Электромагнитные излучения ра­
диочастотного диапазона. Санитарные правила и нормы».
СанПин 2.2.4//2.1.8.056-96. М.: Госкомсанэпиднадзор. 1996. Нор­
мативы безопасности включают два вида показателей - для населе­
ния и лиц, по роду профессиональной деятельности связанных с элек­
тромагнитными излучениями. В первом случае нормы безопаснос­
ти устанавливают предельные значения напряженностей электри­
ческого и магнитного полей для различных частотных диапазонов
(рис. П4). Во втором случае - предельные значения их в зависимос­
ти от диапазона частот и продолжительности воздействия, а также
предельно допустимые уровни при кратковременном (менее пяти
минут) воздействии. В порядке справки на рис. П5 приведены дан­
ные о предельно допустимых уровнях ЭМ воздействий согласно
нормативным документам РФ и рекомендациям ИРПА
.
*
Подчеркнем, что указанные уровни отражают достигнутый
уровень знаний и не могут рассматриваться как истина в после­
дней инстанции. По мере расширения представлений о природе и
* ИРПА (International Radiation Protection Association) - Международная
организация по защите от излучений, основанная с целью обобщения знаний об
эффектах воздействия излучений различной природы на человека и выработки
обоснованных нормативов безопасности.
273
результатах влияния электромагнитных полей на человека нормы
электромагнитной безопасности могут, разумеется, пересматри­
ваться. В то же время сегодня не имеется серьезных данных, да­
ющих основания сомневаться в объективности существующих нор­
мативных показателей
.
*
1 -------------------------------------------------------------------4
6
8
10
12 lg/
Рис П4 Допустимые уровни напряженности электрического поля
для населения
---------- верхняя кривая - рекомендации ИРПА.
- - -------- согласно нормам России СанПин 2 2 4/2 1 8 056-96
1 -1---------------------------------------------------------------'
4
6
8
10
12 lg/
Рис П5 Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля
- --------- ---- рекомендации ИРПА. ----------- - согласно нормам России
Воздействие ЭМП высокой интенсивности. Диапазон КВЧ.
К настоящему времени данные объективных исследований воздей­
ствия высокоинтенсивных электромагнитных полей на биологичес­
кие объекты практически отсутствуют. Однако учитывая общий
характер тепловых эффектов электромагнитных воздействий
* Не считая, разумеется, мнений различного рода ясновидцев, основным и
единственным источником знаний которых является миросозерцание и внечувственное восприятие.
274
на различные материалы, можно ожидать наличие органических
нарушений, связанных с выделением тепла в объекте облучения.
Основное отличие ЭМП КВЧ от низкочастотных полей будет про­
являться в глубине проникновения в биологические ткани и, соот­
ветственно. в характере поражения, захватывающем в основном
поверхностные покровы биологических объектов.
Воздействие ЭМП средней интенсивности. Диапазон КВЧ.
Объективных данных о воздействии ЭМП средней интенсивности
в настоящее время практически не имеется
Воздействие ЭМП низкой интенсивности Диапазон КВЧ.
Несмотря на то. что изучение низкоинтенсивных электромагнит­
ных воздействий ведет начало от 70-х годов XX века, к настояще­
му времени проведены обширные исследования, результатом ко­
торых является установление как объективной реальности суще­
ствования значительных биологических эффектов, соответствую­
щих воздействию на биологические объекты электромагнитных
полей нетепловой интенсивности. Тепловое воздействие при этом
практически отсутствует, действие электромагнитных полей име­
ет иной характер, природа которого пока не получила исчерпыва­
ющего объяснения Наблюдаемые факты влияния на биологичес­
кие объекты заключаются в том, что под влиянием электромаг­
нитных полей имеют место либо эффекты стимулирования тех или
иных процессов жизнедеятельности, либо, напротив, эффекты уг­
нетения. В качестве примера на рис. П6 приведена эксперименталь­
ная зависимость уровня биомассы хлебопекарных дрожжей
Saccharomyces Cerevisiae в зависимости от частоты воздействую­
щего электромагнитного поля. Из приведенных данных хорошо
заметно наличие стимулирующих и ингибирующих эффектов.
Уровень биомассы.
% к контролю
54.47 53.67
53.87
54,07 54,27
Частота. ГТц
Рис П6. Зависимость уровня биомассы дрожжей Bacillus Subtilis
от частоты ЭМП
275
Аналогичные эффекты - стимулирование процессов жизне­
деятельности установлено для различных биологических объектов:
микроорганизмов, растений, животных и человека. Накопление
опытных данных уже позволило использовать указанные биоло­
гические эффекты в практической деятельности*.
Ограничимся двумя примерами. Во-первых, группой отече­
ственных специалистов разработаны аппаратура и методики КВЧтерапии, ставшей обычной практикой большого числа лечебных
заведений страны. За разработку основ КВЧ-терапии группа спе­
циалистов во главе с Н.Д. Девятковым удостоена в 2002 году Го­
сударственной премии РФ. Во-рторых, группой специалистов
КГТУ-КАИ и организаций лесного хозяйства РТ разработана и
внедрена в хозяйственную практику лесхозов РТ методика пред­
посевной обработки семян сосны и ели. Использование КВЧ-обработки приводит не только к повышению всхожести семян, но и
к устойчивости молодых растений к инфекционным заболеваниям
и неблагоприятным погодным факторам.
Механизмы биологических эффектов воздействия слабых
ЭМП КВЧ-диапазона к настоящему времени не получили исчер­
пывающего объяснения. Предполагается, что слабые электромаг­
нитные процессы оказывают управляющее влияние на процессы
информационного обмена на клеточном уровне. Косвенным под­
тверждением этого предположения является то, что области час­
тот, для которых наблюдаются выраженные эффекты, соответству­
ют областям резонансного поглощения радиоволн атмосферой
(кислород, водород, пары воды). Эти же вещества, как известно,
являются химической основой всего живого.
Нетепловые (низкоинтенсивные) воздействия электромагнит­
ных полей на биологические эффекты имеют ряд специфических
особенностей, отличающихся от эффектов, связанных с влиянием
ЭМП СВЧ-диапазона. Во-первых, они проявляются при уровнях
воздействующих электромагнитных полей, меньших на несколько
порядков. В частности, стимулирующее воздействие на семена ра­
сследует отметить несомненный приоритет отечественной науки. Пионе­
ром серьезных исследований эффектов КВЧ-воздействий является академик
Н.Д.Девятков, под чьим руководством указанные работы проводятся, начиная с
70-х годов XX века.
276
стений наблюдались при плотностях потока мощности, значи­
тельно меньших величины 10мкВт/см2, принимаемой за крите­
рий допустимости уровня электромагнитного поля. Интересно
отметить, что в ряде случаев исследователям не удалось даже
установить нижнюю границу интенсивностей полей, при кото­
рых наблюдаются биологические эффекты. С учетом гипотезы
об информационном характере КВЧ-воздействий некоторые ав­
торы высказывают предположение о том, что пороговые уров­
ни имеют величину порядка уровня естественного электромаг­
нитного фона, составляющего для диапазонов непрозрачности
атмосферы величину порядка 10~20 Вт/см2.
В отличие от случаев воздействия электромагнитных полей бо­
лее низкочастотных диапазонов, для случаев КВЧ-облучения харак­
терна пороговая количественная зависимость достигаемого эффекта
от продолжительности воздействия: эффект не наблюдается при ме­
нее продолжительном времени воздействия и практически не изменя­
ется при превышении времени обработки некоторого пороговым зна­
чением. Наконец, эффекты КВЧ-воздействий имеют резонансный ха­
рактер с чередованием полос частот, соответствующих эффектам сти­
муляции и угнетения (рис. П6).
В заключение приходится констатировать, что сегодняшний
уровень знаний о природе электромагнитных воздействий на био­
сферу, включая человека, явно недостаточен для формулировки
окончательных выводов, касающихся результатов указанных воз­
действий. Не вызывают сомнения негативные эффекты, связанные
с тепловым воздействием ЭМП высокой интенсивности. Также
не вызывают сомнения факты нарушений жизнедеятельности при
менее интенсивных воздействиях. Наибольшие сомнения относят­
ся к определению безопасных уровней электромагнитных полей.
Согласно принятой в РФ концепции безопасными являются воз­
действия такой интенсивности, при которых не наблюдается ка­
ких-либо биологических эффектов. Однако наличие или отсутствие
эффекта воздействия определяется в рамках сегодняшних представ­
лений, как уже отмечалось, далеких от полной ясности. Поэтому
следует ожидать, что по мере расширения знаний о природе и фак­
тах электромагнитных воздействий будут пересматриваться и нор­
мативные уровни безопасных электромагнитных полей.
277
В качестве примера можно привести следующий факт. Рядом
исследований было установлено, что воздействие электромагнит­
ных полей УВЧ- и СВЧ-диапазонов приводит к большим биоло­
гическим сдвигам, если указанные поля промодулированы по ам­
плитуде низкочастотными сигналами. Это обстоятельство нашло
отражение в нормативных документах США в виде рекомендации
снижать допустимый уровень ЭМП при низкочастотной ампли­
тудной модуляции определенной глубины.
Приложение 2
Методика оценки затухания на радиотрассе
Методика, подробно изложенная в работах [1, 10], позволя­
ет произвести оценку затухания радиоволн, излучаемых и прини­
маемых изотропными антеннами, находящимися на высоте й/А. над
поверхностью земли. Методы, на которых основана методика, име­
ют теоретико-эмпирический характер. Это означает, что первона­
чальные соотношения в моделях обоснованы теоретическими ис­
следованиями, а их упрощение с целью получения удобных теоре­
тических формул выполнено на основе экспериментальных дан­
ных. Модели содержат несколько эмпирических оценок, получен­
ных при анализе ограниченного числа результатов измерений.
В методике рассмотрены две модели для расчета затухания на трас­
се распространения, которые различаются по значениям парамет­
ра й/А.: модель большого - Л/А. (например, 25) и модель малого зна­
чений й/А. (например, 0,5). В промежуточной области (значения й/А.
равны нескольким единицам) используют обе модели. На основа­
нии сравнения расчетных и измеренных значений затухания в этом
случае рекомендуется выбирать наибольшее из вычисленных зна­
чений. Модели учитывают не только дифракцию и тропосферное
рассеяние, но и распространение в пределах радиогоризонта.
• Модель большого значения h/X применима в диапазоне
40 МГц . . . 10 ГГц и выделяет три области, представляющие инте­
рес в задачах ЭМС: отражений (плоская земля), дифракции и тро­
посферного рассеяния
2,08 -108^
103 - 3,754/
278
(П2.1)
/7 = 0,6 + 1,08-10 ^ипйрп/,
где d (км) вычисляется по формуле
(П2.2)
(П2.3)
здесь Лип и Лрп - высоты расположения антенн источника помех
(в м); f - частота. МГц.
Расчетные формулы для границ областей дают следующие вы­
ражения:
- область отражений;
W *
А=
А — 1,1/7^^,
>Л
(максимально возможные значения р = 0,9, du = 0.99^);
- область дифракции:
Лдиф = <₽ - 48,31g/+ 163, 40 МГц </ < 160 Мгц;
(П2.4)
(П2.5)
(П2.6)
d^ - dnv - 16,1 llg/+ 91,8, f> 160 Мгц.
(П2.7)
В условиях гористой местности авторы данной методики
в работах [1. 10] предлагают использовать константу не 91.8, а 48.
Выражения для расчета потерь распространения имеют вид
L = Lce +5, d < d0.
(П2.8)
a Lqb - потери в свободном пространстве
£„ = 32,45 + 20 lg/+ 20 Igrf;
(П2.10)
L = Lct + 5+Lw^d0<d <^ф,
(П2.11)
где
АшФ = [б0(<7 - </0)^/(^даф _ d0);
L=LCB + 55+L^d>d^,
L^ = 20lg(d/d^).
(П2.12)
(П2.13)
Выражения (П 2.12) и (П 2.13) дают приемлемую для практики
точность, если расстояние не превышает 400 км, что вполне доста­
точно для большинства задач ЭМС. Однако если необходимо
279
повысить точность расчетов, а также при расчетах на более даль­
ние расстояния можно использовать еще одну зависимость
£=£св + 55+х/^даф),
(П2.14)
где х = 20 при 1< dl dw^ < 4; х = 5d/ dwii при 4 < d/d^ < 8; х = 40 при
^Ф>8.
• Модель малого значения h!X применима в диапазоне
1...1000 МГц. Она выделяет четыре области: близких расстояний,
плоской земли, дифракции и тропосферного рассеяния, которым
соответствуют три граничных значения расстояния dz, d0, </иф.
Численное значение dc определяется через «эффективную вы­
соту» антенн приемника и передатчика, которая находится как
h' = л// +
(П2.15)
где hn- параметр минимальной эффективной высоты антенны, м,
hn -высота точки питания антенны над землей, м
При горизонтальной поляризации полагают h0 = 0, а дая верти­
кальной можно воспользоваться данными табл. П 2 1. Граничные
значения расстояний определяют по формулам:
lg< = ^/ + 0.75^^^-3,92;
(П2 16)
/<100 МГц;
(П2.17)
/,=59,9/</7, />Ю0 МГц.
(П2.18)
а </иф определяется по выражениям (П 2.6) и (П 2 7).
Таблица IJ2 1
Параметр й„для вертикальной поляризации волн
lg Йо (Йо, м)
Тип поверхности
Морская
Болотистая почва
«Средняя» почва
Степь
Сухая почва
280
1 МГц </< 20 МГц
—l,61g/+4,6
-2,0 lg/+3,98
-2,0 lg/+3,61
-2,0 lg/+3,55
-2,0 lg/+3,48
20 МГц </< 1000 МГц
-2Jlg/+5,4
-1,61 lg/+3,46
-1,33 g/+2,74
-1,33 g/+2,68
-1,33 g/+ 2,61
Формулы для расчета затуханий различны для каждой из облас­
тей. В области близких расстояний (d < dc) величина потерь принима­
ется равной £св + 5, дБ. Для других зон предложены следующие фор­
мулы:
£ = 111-15^/гипЛрп + 401gc/; dc <d<d0;
(П2.19)
£ = £(tZo)-2Olg(cZ/cZo)-i-O,62A/(rf-rfo); d0<d<d^; (П2.20)
L = L(d^)-40\g(d/d^);
(П2.21)
где £(<70)- средние потери при d = dQ, рассчитанные по (П2 19);
Х(ТиФ) _ средние потери при d = d^, рассчитанные по (П2.20),
а множитель М определяется выражениями:
- морская поверхность и вертикальная поляризация
М = 0,0577 Для 1 МГц </< 10 МГц,
(П2.22)
М= 0.51g/- 0,35 для 10 МГц </< 100 МГц; (П2.23)
- влажная почва и вертикальная поляризацияМ= 0,251g/- 0,06 для 1 МГц </< 10 МГц.
(П2.24)
Для других видов поляризаций и типов почвы его принима­
ют равным ЛГ = 0,14з77- При всех условиях максимальное значе­
ние М не превышает 0,5.
Если Лип » hm и dz < d < d0, то затухание определяется фор­
мулой:
L-\\\-\Q{ghw-2Q\ghm+4Q\gd.
(П2.25)
Во всех случаях потери должны быть не менее, чем £св + 5.
Если при расчетах они окажутся меньше, то принимаются равны­
ми £св + 5, дБ.
Математическое ожидание расхождений между расчетными
и экспериментальными данными при использовании рассмотрен­
ных моделей не превышает 4 дБ. Сравнение измеренных и расчет­
ных данных позволило определить среднеквадратические откло­
нения расчетов в зависимости от частоты, которые представлены
в табл. П2.2.
Ю Е Седельников
11
281
Таблица П2.2
Среднеквадратическое от клонение расчетных данных затухания
Диапазон частот, МГц
1
20
20
100
100 .. 200
400
200
400 .
600
600
. 1000
1000
10000
Стандартное отклонение <sL. дБ
6.5
51g/
131g/-I6
14
-20 lg/66
10
8 lg/—14
Приложение 3
Стандартные требования к параметрам ЭМС
Приведем выдержки стандартных требований из НТД в об­
ласти ЭМС. Эти данные могут использоваться при оценках вы­
полнения ЭМС в группе средств.
1. Уровни побочных излучений радиопередатчиков
(согласно Регламенту Радиосвязи [23])
*
Таблица ПЗ 1
Полоса частот (исключая нижний
и включая верхний пределы)
Уровни, применимые к передатчикам,
которые установлены после 01.01.85 г.,
и ко всем передатчикам после 01.01.94 г.
9 кГц...30 МГц
40 дБ. но не более 50 мВт
(примечания 1 - 3)
30 ... 235 МГц при средней
мощности: более 25 Вт
60 дБ. но не более 1 мВт (примечание 4)
25 Вт или менее
40 дБ. но не более 25 мкВт
* По сравнению с Общесоюзными Нормами [30] требования Регламента
Радиосвязи охватывают более широкий диапазон частот (до 17.7 ГГц, в отличие
от 960 МГц).
282
Окончание табл. П3.1
Полоса частот (исключая нижний
и включая верхний пределы)
Уровни, применимые к передатчикам,
которые установлены после 01.01.85 г..
и ко всем передатчикам после 01.01.94 г.
235 960 МГц при средней
мощности более 25 Вт
60 дБ. но не более 20 мВт
(примечания 5. 6)
25 Вт или менее
40 дБ. но не более 25 мкВт
(примечания 5.6)
960 МГц . 17.7 ГГц при средней
мощности бо тее 10 Вт
50 дБ. но не более 100 мВт
(примечания 5-8)
10 Вт или менее
не более 100 мкВт (примечания 5-8)
Примечания: 1. Для подвижных передатчиков, работаю­
щих на частотах ниже 30 МГц, любое побочное излучение долж­
но быть подавлено, по меньшей мере на 40 дБ и не должно пре­
вышать 200 мВт, но, где практически возможно, следует умень­
шить этот уровень до 50 мВт.
2. Для передатчиков со средней мощностью свыше 50 кВт,
которые могут работать на двух или более частотах, охватывая
диапазон частот, достигающий приблизительно октавы или более,
минимальное подавление должно быть 60 дБ.
3. Для ручного портативного оборудования средней мощно­
сти менее 5 Вт подавление должно составлять 30 дБ, но необходи­
мо принять все меры для достижения подавления 40 дБ.
4. При условии отсутствия вредных помех администрации
могут принять уровень в 10 мВт.
5. Если несколько передатчиков, работающих на соседних
частотах, подключены к общей антенне или близко расположен­
ным антеннам, необходимо достичь указанных уровней.
6. Поскольку эти уровни могут не обеспечить должной защи­
ты приемных станций радиоастрономической и космических
служб, в каждом отдельном случае могут быть рассмотрены более
жесткие нормы с учетом географического расположения соответ­
ствующих станций.
283
7. Эти уровни не применимы к системам, в которых исполь­
зуются методы цифровой модуляции, но могут рассматриваться в
качестве ориентировочных.
8. Эти уровни не применимы к станциям космических служб,
но их побочные излучения должны быть уменьшены до самых низ­
ких побочных уровней, обусловленных техническими и экономи­
ческими требованиями к оборудованию.
2. Уровни внеполосных излучений
Согласно общесоюзным нормам [29] нормирование производит­
ся с использованием ограниченной линии спектра, задаваемой поло­
сами частот В,;, соответствующими относительным уровням Xi.
Для ряда классов излучения данные приведены в табл. ПЗ 2.
Табмша ПЗ 2
Гип передачи
и класс
| излучения
Дополнит ельная характе­
ристика изу­
чения и вида
службы
Телеграфия,
незату хаю­
щие колеба­
ния, А1А
Передатчики
фиксирован­
ной и подвиж­
ной слу жб
Передатчики
ВОЗДУШНЫХ
судов воздуш­
ной подвиж­
ной службы
1онаявная
телеграфия,
одна боковая
полоса час­
тот, подав­
ленная несу­
щая, J2B
Радиовеща­
ние, две бо­
ковые поло­
сы частот,
АЗЕ
284
Формулы для расчета координат точек
ограничительной линии
по оси
уровней.
по оси частот
минус
дБ
В41=1.3ВН
Ал = 40
Аг = 50
VL6Bh
Аз = 60
5^=2.0Вн
X 1 = 40
Хг = 50
Аз = 60
Ai = 40
=2-6Вн
ВХ2 = 4.6ВН
= 8.2 Вн
5Х1=1.3ВН
Аг= 50
=1.6Вн
Аз = 60
2^=2.0Вн
Ai = 40
^=1.35 Вн
Аг =45
5Х2=1.4ВН
Аз = 50
=
Ад = 60
= 3,3 Вн
Вн
Продолжение табл П 3 2
Тип передачи
и класс
излечения
Телефония
две боковые
полосы час­
тот. АЗЕ
Дополнит ельная характе­
ристика излу­
чения и вида
службы
Передатчики
фиксированной
службы без
предкоррекции
АЧХ
Передатчики
фиксированной
службы с предкоррекцией
АЧХ и подвиж­
ной службы
Формулы для расчета координат точек
ограничительной линии
по оси
уровней.
по оси частот
минус
дБ
= 40
5Г]=З.ЗВН
А; = 50
ВХг =6.3 вн
А3=60
ВХз =10,5 Вн
А =40
=4.5 Вн
А2 = 50
2?,, =7.8 Вн
А3 = 60
В, =13.8ВН
= (7.8m+3)FB
А, = 40
для 0.25 < т <13.
Bv, =(7.8ОТ"-4)АВ
для т > 1.J
ВХз = (^Am+^A)F9
Телефония
F3E
для 0.25 < т’ <1.3
А, = 50
ВХг = (ЪАт +б)Тв
для т" > 1 3
Вх. =(Ут +Ь)РВ
для 0.25 < т" < 1,3,
А3 = 60
Вх, =(8,8да’ + 8)Гв
для т > 1,э
285
Окончание табл ПЗ 2
Т ип передачи
и класс
излучения
Дополнитель­
ная характе­
ристика излу­
чения и вида
службы
Формулы для расчета координат точек
ограничительной линии
по оси
уровней.
По оси частот
минус
дБ
lg2?V1 = 0.75-0.25 lg£>JT + lgZ?H
дляП3т<10
Xi =40
1еВ, =
17
, +1а5н
' 24.7-101gDJT
для Л3т > 10
lgBri =l-0.251gPT-rlgBH
для £Гт < 100.
Телефония.
F3E
А, = 50
21.5
la Bx =------- —----------- f- la SH
~ 1 25.7-101gZ>T “
дчя D\ > 100
lg5Xi =1.25-0.251gDJT + lg5H
для 1У~ < 1000.
A3 = 60
26
t
для D т > 1 000.
Значения необходимой полосы частот приведены в табл. ПЗ.З.
Таблииа ПЗ 3
Ширина необходимой полосы частот
Вид излучения
Телеграфия с
незатухающими
колебаниями, код
Морзе
286
Необходимая ширена полосы
Пример расчета
Формула
ВН = ВК,К=5
для линий,
подверженных
замираниям.
К=3 для линий без
замираний
При скорости
передачи 25 слов
в минуту В = 20, если
А=5, то Ва = 100 Гц
Обозначение
излучения
100HA1AAN
Окончание табл ПЗ 3
Вид излучения
Однополосная
телефония с
подавленной
несущей AM
Звуковое
радиовещание
двухполосное AM
Телевидение,
изображение
и звуковое
сопровождение
Звуковое радио­
вещание ЧМ
Радиорелейная
система с
частотным
уплотнением
Необходимая ширена полосы
Формула
Пример расчета
= М- Л/н. где
Мн - самая низкая
частота
модуляции
Если М = 3000 Гц
иЛ7н = ЗООГц.
тоВн = 2.7 кГц
ВН=2М
М= 4000-10000
При М=4000
5Н = 8 кГц
Ширина полос
обычных теле­
визионных систем
указывается в
соответствующих
документах
MJCKP
5н = 2Л/+2Ж
Число строк 625.
номинальная ширина
полосы видеосигнала
5 МГц. размещение
звуковой несущей
по отношению к
видеонесущей
5,5 МГц. Вн“ 6.25 кГц
Моно
при Д = 75000 Гц.
М= 15000 Гц.
Вн= 180 кГц
600 телефонных
каналов, занимающих
групповую полос} от 60
до 2540 кГц
Пилот-сигнал
/=8500 кГц.
Вн=17МГц
i Обозначение
излучения
2K70J3EJN
8K00A3EGN
6M25C3F
180KF3EGN
17M0F8EJF
3. Уровни допускаемых индустриальных радиопомех
Допускаемые уровни ИРП приведены в соответствии с Общесо­
юзными нормами [32-3#]. Значения нормируемых показаний устанавли­
ваются разными для различных групп источников помех.
Группа 1 ИРП, создаваемых электроустройствами, эксплуа­
тируемыми в жилых домах или подключаемыми к их электричес­
ким сетям, нормируется нормами 1-72 и 1А-77 . Допускаемые зна­
чения напряжения ИРП приведены на рис. П 3.1, нормы на напряжен-
287
ность поля в полосе частот 150 кГц - 300 МГц - на рис. П3.2.
В полосе 300-1000 МГц напряженность поля, создаваемая быто­
выми устройствами с электродвигателями, должна быть не более
46 дБмкВ/м, а электроигрушками с автономным питанием - не
более 66 дБмкВ/м.
Рис ПЗ 1 Нормы на напряжение ИРП создаваемые
1 - электроустройствами группы 1
2 - ручным инструментом передвижными медицинскими приборами, лифтами
Е. дБм кВ м
Рис ПЗ 2 Нормы на напряженность поля,
создаваемого электроустройствами группы 2
1 - электроустройства, подключаемые к электросети (кроме лифтов),
2 -электроустройства с автономным питанием,
3 - электроигрушки с автономным питанием
288
Группа 2 ИРП, создаваемых электротранспортом, нормируе­
тся нормами 2-72 . На рис П 3 3 приведены нормы на напряжен­
ность электромагнитного поля, создаваемого всеми видами элект­
ротранспорта График 1 относится к электровозам; 2 - к приго­
родным электропоездам в установившемся режиме и 4 - в пере­
ходных режимах работы электропоезда, график 3 - к электроподвижному составу городского электротранспорта в установившем ­
ся режиме работы, в переходных режимах - кривая 2 Напряжен­
ность поля радиопомех, создаваемых тяговыми подстанциями в
диапазоне частот 150 кГц - 30 МГц. не должна превышать значе­
ний, указанных на рис ПЗ 3. для железнодорожного транспорта кривая 2, для городского транспорта - кривая 3, на устройства СЦЬ
железнодорожного транспорта в диапазоне частот 150 кГц 30 МГц - кривая 4. а в диапазоне частот (30-300) МГц - кривая 2
Напряженность поля радиопомех, создаваемых контактной сетью
железнодорожного транспорта, не должна превышать значений,
указанных на рис ПЗ 3 (кривая 3)
Е дБм кВ/м
/ МГц
Рис ПЗ 3 Нормы на напряженность поля, создаваемого электротранспортом
Группа 3. Автотранспорт: например, легковые и грузовые автомо­
били, автобусы, мотоциклы, мотороллеры, мопеды, мотовелосипеды,
газонокосилки, автономные электростанции, бензопилы, лодочные мо-
289
торы нормируются нормами 3-72, ЗА-77 и 15-78. Допускаемая напря­
женность поля радиопомех, создаваемых источниками этой группы, при­
ведена на рис. П3.4. На рис. П3.4 кривая П была установлена для неко­
торых типов автомобилей до 01.01.83 г.
Рис ПЗ 4 Нормы на напряженность поля ИРП
группы 3 источников в полосах частот'
а - 30-300 МГц о - 300-1000 МГц
Группа 4. На устройства, содержащие источники кратковремен­
ных радиопомех, распространяются Нормы 4-72.
Группа 5. Напряженность поля и напряжение ИРП. создаваемых
ВЧ-установками промышленного, научного и медицинского назначе­
ния. нормируется Нормами 5-72 [П 1]. В нормах приведены разрешен­
ные для использования ВЧ-установками полосы частот. В полосе ча­
стот
300-1000
МГц
действуют
Нормы
5А-77
[П 2], а в полосе 1-12,5 ГГц - Нормы 5Б-80.
Группа 6. Линия электропередач и электрические подстанции нор­
мируются Нормами 6-72 и 6А-77.
Нормы 7-72 распространяются на светильники с люминесцен­
тными лампами; Нормами 8-72 нормируются ИРП, создаваемые
электроустройствами, эксплуатируемыми вне жилых домов и не
связанные с их электрическими сетями, а также предприятия на
выделенных территориях или в отдельных зданиях (группа 8);
290
Нормы 9-72 распространяются на аппаратуру проводной связи
(группа 9).
Допускаемые значения напряжения гетеродинов на антенных
зажимах телевизионных и УКВ ЧМ радиовещательных приемников
не должны превышать значений, указанных в Нормах 10-74 и 1ОА-82.
Индустриальные радиопомехи, создаваемые радиовещательными при­
емниками с амплитудной модуляцией, нормируются Нормами 12-76.
Индустриальные радиопомехи, создаваемые оборудованием и ап­
паратурой. устанавливаемой совместно со служебными радиоприем­
ными устройствами гражданского назначения, нормированы Норма­
ми 15-78 в полосе частот 150 кГц-300 МГц и 15А-83
в полосе частот 300-1000 МГц.
Из сказанного следует, что на все возможные источники ИРП в
настоящее время Общесоюзными нормами установлены допустимые
уровни создаваемых ИРП, которые учитываются при разработке стан­
дартов на индустриальные радиопомехи.
Приложение 4
Табпииа 114 1
Номенклатура продукции, подлежащей сертификации
на соответствие требованиям электромагнитной совместимости
№
п/п
1
2
э
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Укрупненные группы технических средств
Аппаратура радиоэлектронная бытовая
Электроустройства бытового, коммунального назначения
Светильники с люминесцентными лампами и другие осветительные
приборы
Персональные ЭВМ и их периферийные устройства
Средства вычислительной техники и информатики
Радиоэлектронные средства, включая радиостанции индивидуального
пользования
Устройства проводной связи и передачи данных
Средства измерений
Промышленные, научные, медицинские и бытовые высокочастотные
установки
Электроустройства медицинского назначения
Изделия и оборудование промышленного, транспортного и энергети­
ческого назначения
Устройства с двигателями внутреннего сгорания
Линии электропередачи и электрические подстанции
Электроподвижной состав наземного, городского и железнодорожно­
го транспорта
291
Таблица П4.2
Номенклатура продукции, ее сертифицируемые по требованиям ЭМС
характеристики и методы испытаний
№
п/п
1
Показатели,
Наименование подтверждаемые
продукции
при сертифика­
ции
Устройства,
эксплуатируе­
мые в жилых
домах или
подключае­
мые к их элек­
трическим
сетям
2
Промышлен­
ные. научные,
медицинские
и бытовые
высокочас­
тотные
установки
3
Светильники
с люмине­
сцентными
лампами со
встроенными
дросселями и
стартерами
1
4
292
нтд
характеристики
методы
испытаний
ГОС! 23511-79
ГОСТ Р 50033-92
ГОСТ 29289-92
ГОСТ 23511-79
ГОСТ Р 50033-92
ГОСТ 16842-82
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29156-91
Помехоуст ойчиГОСТ Р50007-92
вость
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
ГОСТ 29280-92
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29256-91
ГОСТ Р50007-92
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
Индустриаль­
ные радиопомехи
ГОСТ 23450-79
Нормы 5Б-80
ГОС! 16842-82
Индустриаль­
ные радиопомехи
ГОСТ 23450-79
Нормы 5Б-80
ГОСТ 29280-92
ГОСТ 29191-91
Помехоу стойчи- ГОС! 29156-91
ГОСТ Р50007-92
вость
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
ГОСТ 292809-92
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29156-91
ГОСТ Р50007-92
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
Индустриаль­
ные радиопомехи
ГОСТ 21177-82
ГОСТ 21177-82
ГОСТ 16842-82
Индустриаль­
ные радиопомехи
ГОСТ 29216-91
ГОСТ 29216-91
ГОСТ 16842-82
ГОСТ 29280-92
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29156-91
ГОСТ Р50007-92
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
ГОСТ 292809-92
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29156-91
ГОСТ Р50007-92
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
Оборудование
информаци­
онной техники Помехоустойчи­
вость
Продолжение табл. П4 2
№
п/п
5
6
-7i
8
9
Наименова­
ние продук­
ции
Устройства
проводной
связи
Автомобили
Электрообо­
рудование
автомобилей
Радиопередающие уст­
ройства гра­
жданского
назначения
Аппаратура
радиоприемная бытовая
Показатели,
подтверждаемые
при
сертификации
нтд
характеристики
методы
испытаний
И ндустриальные Нормы 9-72
радиопомехи
ГОСТ Р 50033-92
Нормы 9-72
ГОСТ Р 50033-92
ГОСТ 16842-82
ГОСТ 29280-92
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29156-91
ГОСТ Р50007-92
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
ГОСТ 292809-92
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29156-91
ГОСТ Р50007-92
ГОСТ Р50008-92
ГОСТ 29254-91
Помехо­
устойчивость
ГОСТ 17822-91
Индустриальные
ГОСТ 28279-89
радиопомехи
п 21
Кондуктивные
помехи по цепям ГОСТ 28751-90
питания
Помехи в кон­
трольных и сиг­
нальных борто­
вых сетях
Отклонение час­
тоты
Побочные изу­
чения
Внеполосные
излучения
Значение про­
межуточной
частоты
Параметры час­
тотной избира­
тельности
Уровень инду­
стриальных
радиопомех
ГОСТ 17822-91
ГОСТ 28279-89 п.З
ГОСТ 16842-82
ГОСТ 28751-90
ГОСТ 29157-91
ГОСТ 29157-91
Нормы 17-84
Нормы 17-84
Нормы 18-85
Нормы 18-85
ГОСТ Р 50016-92
ГОСТ Р 50016-92
ГОСТ 5651-89
п 1.2
ГОСТ 9783-88
п 3.1 17
ГОСТ 5651-892.1 8
Табл. 1п7.11. Табл
2 п.6
ГОСТ 9783-88
ГОСТ 5651-89
ГОСТ 22505 - 83
Нормы 12-76
ГОСТ 22505-83
Нормы 12-76
ГОСТ 16842-82
ГОСТ 5651-892.1.8
Нормы 21-86
Внешняя помехо­
Нормы ГКРЧ 74
защищенность
Табл. 1 п.2
ГОСТ 28002-88
ГОСТ 28002-88
293
Продолжение табл П4 2
№
п/п
9
10
Показатели,
нтд
Наименование подтверждаемые
методы
продукции
при сертифика­
характеристики
испытаний
ции
Аппаратура
Защита от Элек­
ГОСТ 28002-88
радиоприем­ тр остатич еских ГОСТ 28002-88
ная бытовая
разрядов
Приемники
радиовеща­
тельные и
магнито зы
автомоби аьные
12
294
ГОСТ 17692-89 п
12
Параметры час­
тотной избира­
тельности
ГОСТ 17692-89
Табл 1 п 12
ГОСТ 9783-88
ГОСТ 17692-89
II 3 3 17 2 п 3 2 6,
Табл 1 п 1 Табл 2
п 5,п 2 1 16
ГОСТ 22505-83
Уровень инду­
стриальных ра­
диопомех
ГОСТ 17692-89
ГОСТ 22505-83
Помехозащи­
щенность (уро­
вень восприим­
чивости к по­
мехам дейст­
вующим поми­
мо антенны)
Избиратель­
ность
1--------
11
Значение про­
межуточной
частоты
Т елевизоры
ГОСТ 17692-89
п2 1 7
ГОСТ 28279-89 п
22
ГОСТ 9783-88
п 3 1 17
ГОС Г 22505-83
ГОСТ 16842-82
ГОСТ 28279-89
п 4
ГОСТ 18198-89
Табл 1п 2
ГОСТ 9021-88
п 33
Помехозащи­
щенность от
внешних ЭМП
ГОСТ 18198-89
Табл 1 п 19
ГОСТ 9021-88
п 322
Уровень инду­
стриальных ра­
диопомех
ГОСТ 18198-89
Табл 1 п 20
ГОСТ 22505-83
ГОСТ 22505-83
ГОСТ 16842-82
Защита от элек­
тростатических
разрядов
ГОСТ 18198-89
Т абл 1п 21
ГОСТ 28002-88
ГОСТ 28002-88
Нормы ГКРЧ-74
Табл 1 п 1
Нормы ГКРЧ-74
пЗ 1
Стационар­
ные антенные
Помехозащи­
устройства
щенность
телевидения и
радиовещания
Окончание табл П4 2
№
п/п
13
14
15
,6
Показатели
нтд
Наименование подтверждаемые
продукции
методы
при сертифика­
характеристики
испытаний
ции
Индустриальные
ГОСТ 23511-79
ГОСТ 23511-79
радиопомехи
ГОСТ 16842-82
Аппаратура
Защита
от
элек
­
радиоэлек­
тростатических
тронная бы­
ГОСТ 28002-88
ГОСТ 28002-88
разрядов
товая
Нормы 21-86
Нормы 21-86
Помехозащи­
щенность
Технические
ГОС! 29280-92
ГОСТ 29280-92
средства из­
ГОСТ 29191-91
ГОСТ 29191-91
мерения кон­
ГОСТ 29156-91
ГОСТ 29156-91
троля и
Помехоустойчи­
ГОСТ Р 50007-92
ГОСТ Р 50007-92
вость
управления
ГОСТ Р 50008-92
ГОСТ Р 50008-92
промышлен­
ГОСТ 29254-91
ГОСТ 29254-91
ными процес­
сами
--------------------------- 1
Технические
Индлсгриальсредства по­
ные помехи
жарной и ох­
ГОСТ Р 50009-92
ГОСТ Р 50009-92
Помехой стойчиранной сигна­
восль
лизации
Параметры
Электрическая
ГОСТ 13109-87
МУ 34 15 901-86
электрических
энергия
колебаний
295
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Князев А.Д. Элементы теории и практики обеспечения ЭМС
радиоприемных средств. М.: Радио и связь. 1984. 336 с.
2. Виноградов ЕМ, Винокуров В.И.. Харченко Р1.П. Электро­
магнитная совместимость радиоэлектронных средств. Л: Судостро­
ение. 1986. 264 с.
3. Петровский В.И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная со­
вместимость радиоэлектронных средств. М: Радио и связь. 1986.
216 с.
4. Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектрон­
ных средств и непреднамеренные помехи / Пер. с англ. под. ред.
А.И. Сапгира. Вып. 1 М.: Сов. радио, 1977. 348 с; 1978. 272 с.; 1979.
464 с.
5. Егоров Е.И., Калашников Н.И., Михайлов А. С. Использова­
ние радиочастотного спектра и радиопомехи. М.: Радио и связь,
1986.304 с.
6. Владимиров В.И., Докторов А.Л., Елизаров Ф.В. и др. Элек­
тромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем.
Под. ред. Н.М. Царькова. М: Радио и связь, 1985. 400 с.
7. Отт Г Методы подавления шумов и помех в электронных
системах. М.: Мир, 1979. 318 с.
8. Винокуров В.И., Пащенко Е.Г., Харченко И.П. Электромаг­
нитная совместимость судового радиооборудования. Л.: Судостро­
ение, 1977. 232 с.
296
9. Иванов В.А., Ильницкий Л.Я., Фузик М.И. Электромагнит­
ная совместимость радиоэлектронных средств. Киев: Техника, 1983.
118с.
10. Михайлов А.С. Измерение параметров ЭМС РЭС. М.: Связь,
1980. 200 с.
11. Защита от радиопомех/Под ред. М.В. Максимова. М.: Сов.
радио, 1976. 496 с.
12. Хейл У.К. Присвоение частот. Теория и приложение.
ТИИЭР, 1980. Т. 68. № 12. С. 55-76.
13. Кравченко В.И., Болотов Е.А., Летунова НИ. Радиоэлек­
тронные средства и мощные электромагнитные помехи. М : Радио
и связь, 1987. 256 с.
14. Рикетс Л У. Бриджес Дж. Э., Майлетта Дж Элект­
ромагнитный импульс и методы защиты. М.: Атомиздат. 1979.
328 с.
15. Певниикий В П., Полозок Ю.В. Статистические харак­
теристики индустриальных радиопомех. М.: Радио и связь. 1988.
248 с.
16. Шваб И Адольф Электромагнитная совместимость. М.:
Энергоатомиздат, 1998. 468 с.
17. Князев А.Д., Кечиев Л.Н.. Петров Б.В. Конструирование
радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры
с учетом ЭМС. М.: Радио и связь. 224 с.
18. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г, Терешин ОН. Антенны
УКВ. 4.1, 2. М.: Связь, 1977. 667 с.
19. MMANA http://mmhanisoft.ham-radio.ch/mmana/.
20. FEKO http://www.feko.co.za.
21. Вентцелъ Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее ин­
женерные приложения. М.: Наука, 1988. 480 с.
22. Книга о вкусной и здоровой пище / Под ред. проф.
О.П. Молчанова, проф. Д.И. Лобанова, М.О. Лившиц и Н.П. Ципленкова. М.: Пищепромиздат, 1952. 400 с.
23. Регламент радиосвязи. Т.1. М.: Радио и связь, 1985.
24. Маслов О.Н. Электромагнитная безопасность радиоэлек­
тронных средств. М.: Связь и бизнес, 2000. 84 с.
297
25. Давыдов БИ., Тихончук В.С., Антипов В.В. Биологичес­
кое действие, нормирование и защита от электромагнитных излу­
чений М. : Энергоатомиздат, 1984. 176 с.
26. ГОСТ23611-79. Совместимость радиоэлектронных средств
электромагнитная. Термины и определения. Номенклатура пара­
метров и классификация технических характеристик.
27 ГОСТ23872-79 Совместимость радиоэлектронных средств
электромагнитная Номенклатура параметров и классификация
технических характеристик
28. ГОСТ 24375 - 80. Радиосвязь Термины и определения.
Дополнительная
29 Общесоюзные нормы на ширину полос радиочастот и внепо­
лосные спектры излучений радиопередающих устройств гражданско­
го назначения /ГКРЧ СССР. М. Связь. 1976.
30. Общесоюзные нормы на уровни побочных излучений ра­
диопередатчиков всех категорий и назначений (гражданских об­
разцов) / ГКРЧ СССР М . Связь, 1972.
31 Общесоюзные нормы на допустимые отклонения часто­
ты радиопередатчиков всех категорий и назначений (гражданских
образцов) / ГКРЧ СССР М.. Связь, 1975
32. Общесоюзные нормы допускаемые индустриальных ра­
диопомех. Оборудование и аппаратура, устанавливаемые совмес­
тно со служебными радиоприемными устройствами гражданско­
го назначения Допускаемые величины. Методы испытаний. (Нор­
мы 15-78)/ ГКРЧ СССР. М_: Изд-во Минсвязи СССР, 1978
33. Общесоюзные нормы допускаемые индустриальных ра­
диопомех. Радиовещательные приемники с амплитудной модуля­
цией. Допускаемые величины, методики измерений. (Нормы
12-76)/ ГКРЧ СССР. М . Связь, 1977.
34. Общесоюзные нормы допускаемые индустриальных ра­
диопомех. Промышленные, научные, медицинские и бытовые вы­
сокочастотные установки. Допускаемые величины и методы ис­
пытаний. (Нормы 5б-80)/ГКРЧ СССР. М.: Радио и связь, 1981.
35. Общесоюзные нормы допускаемые индустриальных радиопомех. Электроустройства, эксплуатируемые в жилых домах
298
или подключаемые к их электрическим сетям. Допускаемые величи­
ны и методы измерения мощности радиопомех (Нормы 1Б-80) ГКРЧ
СССР. М.: Радио и связь, 1981.
36. Общесоюзные нормы допускаемые индустриальных ра­
диопомех. Телевизионные и УКВ ЧМ радиовещательные значе­
ния напряжений гетеродинов на антенных зажимах Методы из­
мерений. (Нормы 10-74 и 10А-82)/ГКРЧ СССР М.: Радио и связь,
1983.
37 Общесоюзные нормы допускаемые индустриальных ра­
диопомех в частоте помех 300-1000 МГц (Норма 1А-77, ЗА-77.
5А-77, 6А-77)/ГКРЧ СССР. М Связь, 1978
38. Общесоюзные нормы допускаемые индустриальных ра­
диопомех (Нормы 1-72-9-72) / ГКРЧ СССР. М Связь, 1973
299
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.............................................................................................. 3
Список сокращений................................................................................. 6
Введение .................................................................................................... 7
Раздел 1. Проблема ЭМС радиоэлектронных средств ................ 12
1.1. Краткий исторический очерк ............................................... 12
1.2. Понятие радиочастотного ресурса...................................... 16
1.3. Факторы, влияющие на ЭМС технических средств........ 20
Раздел 2. Факторы, влияющие на ЭМС РЭС .................................. 25
2.1. Электромагнитные помехи .................................................. 25
2.1 1. Естественные радиопомехи .................................... 25
2.1.2 Электромагнитные помехи искусственного
происхождения........................................................................... 28
2.2. Излучения радиопередающих устройств............................ 29
2.2.1. Побочные излучения....................................................... 30
2.2.2. Внеполосные излучения................................................. 40
2.2.3. Шумовые излучения....................................................... 42
2.2 4. Параметры нежелательных излучений радио­
передатчиков ............................................................................... 44
2.3. Индустриальные помехи......................................................... 46
2.3 1. Понятие индустриальных помех.................................. 46
2.3.2. Источники непрерывных помех................................... 47
2.3.3. Источники широкополосных помех........................... 48
2.3.4. Кратковременные помехи.............................................. 53
2.3.5. Контактные помехи........................................................ 54
300
2.3.6. Помехи, не связанные с непосредственным ис­
пользованием электромагнитной энергии источником
помех...........................................................................................58
2.3.7. Количественные характеристики индустриальных
радиопомех............................................................................... 59
2.4. Пути распространения НЭМП............................................. 65
2.4.1. Особенности распространения НЭМП ..................... 65
2.4.2. Излучение и прием антеннами радиотехнических
устройств..................................................................................... 68
2.4.3. Коэффициент связи антенн........................................... 68
2.4.4. Частотные зависимости коэффициентов передачи
фидеров ..................................................................................... 78
2.4 5 Пути распространения ИРП..................................... 79
2.5. Воздействие НЭМП на рецепторы....................................... 90
2.5.1. Варианты воздействия НЭМП..................................... 90
2.5 2. Воздействие НЭМП на радиоприемники ................ 92
2.5.3. Восприимчивость радиоприемников к НЭМП
и характеристики частотной избирательности .............. 104
2.6. Воздействие НЭМП на рецепторы, не являющиеся
радиоприемниками .................................................................... 111
Раздел 3 Анализ ЭМО и показателей ЭМС............................... 115
3.1. Основные задачи анализа ЭМС ....................................... 115
3 2. Принципы анализа выполнения ЭМС в группе
средств........................................................................................... 116
3.3. Методы получения парной оценки ЭМС радиотех­
нических средств. Детерминированный подход................... 122
3.4. Парная оценка. Вероятностный подход.......................... 131
3.5. Оценка воздействия ИРП на радиоприемники................ 140
3.6. Оценка ЭМС источников ИРП и рецепторов, не являю­
щихся радиоприемниками............................................................ 142
3.7. Экспериментальные методы в задачах анализа ЭМС ... 147
3.7.1. Измерение параметров ЭМС источников
и рецепторов помех................................................................. 147
3.7.2. Основные виды измерений параметров ЭМС....... 151
Раздел 4. Обеспечение электромагнитной совместимости....... 165
4.1. Задачи и средства обеспечения ЭМС.................................. 165
4.2. Существо мер обеспечения ЭМС с позиций использо­
вания радиочастотного ресурса.................................................. 169
4.3. Организационно-технические меры обеспечения ЭМС 175
4.3.1. Организация использования радиочастотного
ресурса...................................................................................... 175
4.3.2. Нормирование и стандартизация показателей
ЭМС технических средств..................................................... 185
4.3.3. Сертификация технических средств по требова­
ниям ЭМС................................................................................ 193
4.4 Системотехнические меры обеспечения ЭМС............... 195
4.4.1. Обеспечение ЭМС на основе использования
npociране1венных факторов................................................. 203
4.4.2 Обеспечение ЭМС на основе временных
факторов .................................................................................. 208
4.4 3 Выбор мощностей в группе РЭС............................... 212
4.4.4. Обеспечение ЭМС в группе РЭС путем выбора
значений чувствительности радиоприемников...........
215
4.4.5 Обеспечение ЭМС на основе использования
частотных факторов................................................................ 217
4 5. Схемотехнические методы обеспечения ЭМС ................. 220
4.5 1. Существо и особенности схемотехнических мер........ 220
4.5.2. Компенсаторы помех.......................................................... 224
4.5 3. Фильтрация помех............................................................... 225
4.5.4. Специальные схемные решения........................................233
4.5.5. Выполнение межблочных соединений............................ 234
4.5.6. Устройства защиты радиоприемника от мощных
импульсных помех..........................................................................237
4.6. Конструкторско-технологические меры обеспечения
ЭМС.................................................................................................. 238
4.6.1. Существо и особенности конструкторско-техно­
логических мер..........................................................................238
4.6.2. Экранирование элементов и блоков РЭС................ 239
4.6.3. Заземления...................................................................... 250
302
4.6.4. Группирование проводников.....................................256
4.6.5. Зонирование и группирование элементов РЭС.... 256
4.6.6. Компоновка устройств................................................ 257
Контрольные вопросы......................................................................258
Приложение........................................................................................ 262
Список литературы............................................................................ 296
303
Седельников Юрий Евгеньевич
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Учебное пособие
Изд лиц. ИД N04973 от 04.06.2001 г
Подписано в печать 03.07.2006. Бумага офсетная.
Гарнитура «Таймс» Формат 60x90! 16. Усл печ.л. 19,0
Уч.-изд.л. 19.25 Печать ризографическая
Тираж 1000 экз. Заказ 07/28.
Издательство ЗАО «Новое знание».
420043. гКазань, ул.Зеленая. д 1
Отпечатано с готового оргинал-макета
на полиграфическом участке ЗАО «Новое знание»
420029. г.Казань, Сибирский тракт, 34.
