Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

= ^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

вобласти £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

ит.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.

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-излуче- ний можно получить в специальной литературе [15, 14].

114

Ипредал 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

ИПОКАЗАТЕЛЕЙ 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

внаучном плане в целях прогнозирования параметров ЭМС.

Вдальнейшем 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].

117

Таким образом, осуществляется поочередная проверка ЭМС

каждого из источников с каждым из рецепторов по критерию до­ пустимого снижения качества функционирования:

либо по уровню помехи от i-ro источника, действующей на у-й ре­ цептор:

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

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)

Соответственно факт вы­ полнения или невыполнения ус­ ловий ЭМС проверяется по сни­ жению качества каждого из Nm

Рис. 3 3.Схема групповой оценки рецепторов с каждой из групп источников:

ей>ап,лоп^эмс(7^^); (3.6)

118

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:

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 значение „(/) , 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:

120