Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС). Уч пособие ЭМС_2
Электромагнитная совместимость радиоэлектронного оборудования
Направление радиоэлектроники, призванное обеспечить одновременную и совместную работу различного радиотехнического, электронного и электротехнического оборудования - называется электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС).
Причины, вызывающие обострение проблемы ЭМС:
возрастает общее число одновременно действующих РТУ, в особенности устанавливаемых на подвижных объектах;
повышается мощность радиопередатчиков, достигая для некоторых типов радиосредств десятков мегаватт;
расширяются полосы частот, используемые многими современными радиосредствами;
шире внедряются электронные средства автоматического управления, контроля, диагностики на основе аналоговой и цифровой техники;
увеличивается оснащенность подвижных объектов средствами радиоэлектроники, при повышении плотности компоновки аппаратуры;
ухудшаются условия функционирования РЭС летательных аппаратов, так как они оказываются в зоне прямой видимости увеличивающегося числа наземных РЭС, расположенных на значительной территории.
Тенденции решения проблемы ЭМС :
совершенствование отдельных схем и конструктивных решений;
планирование распределения радиочастот.
системный характер;
учет ЭМС на всех стадиях жизненного цикла: разработка – изготовление –эксплуатация.
Инженер должен знать :
причины возникновения помех;
свойства и характеристики различных элементов РЭС, влияющих на процессы создания помех и подверженности им;
основные методы и средства анализа показателей ЭМС;
принципы и основные направления обеспе5чения ЭМС;
стандарты и нормативные документы в области ЭМС.
Виды радиопомех
Электромагнитной помехой называется нежелательное воздействие электромагнитной энергии, которое ухудшает (или может ухудшить) качество функционирования средств.
Помехи различны:
по происхождению,
по структуре,
по спектральным и временным характеристикам.
Естественные помехи вызваны электромагнитными процессами, существующими в природе и не связанными непосредственно с деятельностью человек:
Причины появления:
электрические процессы, происходящие в атмосфере;
тепловые радиоизлучения земной поверхности, тропосферы и ионосферы;
шумовые радиоизлучения внеземных (космических) источников.
Свойства: непрерывный или импульсный широкополосный процесс, который в пределах полосы пропускания приемника считают близким к нормальному белому шуму.
Искусственные помехи – вызваны деятельностью человека и обусловлены различными электромагнитными процессами в технике.
преднамеренные – специально создают с целью нарушения нормального функционирования конкретных РЭС (создание и противодействие).
Непреднамеренные помехи (НЭМП) – создаются источниками искусственного происхождения, которые не предназначены для нарушения функционирования РЭС.
Возникают при работе:
Радиотехнического,
электронного,
электротехнического оборудования.
Разделяют
вызванные излучениями РУ;
индустриальные помехи.
Внутренние шумы
шумы в проводящих материалах
шумы в электровакуумных лампах
шумы твердотельных приборов
Шумовая температура антенны
Внешние помехи и внутренние шумы энергетически эквивалентны поэтому их оценивают одним параметром – шумовая температура антенны – позволяет определить подаваемую к согласованному приемнику мощность приемной антенной шумовых помех приходящуюся на полосу частот:
P ша = k T а B
P ша (Вт) - мощность приемной антенной шумовых помех
k = 1,38 10 -23 (Дж/К) – постоянная Больцмана;
T а (К) - шумовая температура антенны
B (Гц) – полоса частот
Рисунок 1. 1 - внутренние шумы; 2 – шумы города; 3 – шумы в сельской местности; 4 - космические шумы; 5 – атмосферные шумы.
Пути воздействия непреднамеренных помех.
Источник помехи (ИП)- радиотехнические, электротехнические, электронные средства создающие в процессе работы электромагнитные помехи.
Рецепторы помех (РП) – устройства, подвергающиеся действию помех.
Влияние помех: - непосредственное; - косвенное
Непосредственное влияние
источник помех – передатчик, рецептор – приемник. Преобладает излучение и прием нежелательных колебаний антеннами устройств.
Электромагнитное поле помех создается токами, протекающими в различных элементах конструкций ИП. Помеха существует в окружающем пространстве в виде свободно распространяющихся или направляемых электромагнитных волн. Помехи действуют на рецептор за счет появления наведенной ЭДС в элементах электрических цепей РП.
Устранение НЭМП – значительное ослабление по пути распространения.
Случай 1: свободно распространяющиеся волны
Уровень помех зависит:
от мощности ИП;
расстояния до рецептора (r)
длины волны помехи ();
параметров среды;
месторасположения
ближняя зона r
промежуточная зона /2
дальняя зона r > r 2 max / (r max – максимальный размер апертуры антенны).
Дальняя : энергия передается электромагнитными волнами, свободно распространяющимися в окружающем пространстве.
Свойства:
поперечная структура электромагнитных полей;
составляющие поля изменяются с расстоянием пропорционально 1/r
постоянство углового распределения интенсивности электромагнитных полей при изменении расстояния;
излучение и прием помех могут осуществляться как антеннами, так и корпусами, кабелями, элементами монтажа, цепями электропитания и управления.
Промежуточная : электромагнитные поля, излучаемые отдельными участками токовых областей ИП, имеют поперечную структуру и представляют собой распространяющиеся электромагнитные волны,. Результирующее поле в точке приема является суперпозицией этих волн. Фазовые соотношения определяются как угловыми координатами, так и расстоянием между ИП и РП.
Ближняя: плотность энергии электрического и магнитных полей не равны. Значения составляющих напряженностей изменяется с расстоянием пропорционально 1/r 2 и 1/r 3 .
Существуют в кабелях, волноводах – линиях передачи.
Характерно: распространение без существенного ослабления.
Гальваническая связь – при наличии общих элементов в электрических цепях ИП и РП.
Обусловлена:
токами проводимости;
из-за неидеальности изоляционных материалов;
наличие общих участков в цепях заземления.
Косвенное влияние – непосредственная передача электромагнитной энергии отсутствует.
Воздействие из-за:
изменения параметров среды;
изменение параметров элементов устройств;
изменение режимов работы прибора.
Например: изменение параметров ионосферы; изменение режима энергопотребления.
Бурное развитие современных систем связи, радиолокации, радионавигации, радиоуправления и т. п. приводит к росту числа радиоэлектронных средств (РЭС) и электромагнитных излучений в окружающем нас пространстве. В результате работа этих средств происходит в условиях непреднамеренных электромагнитных помех, которые средства создают друг другу. Одна из главных задач, которую приходится решать, организуя совместную работу РЭС, состоит в том, чтобы в этих условиях обеспечить требуемое качество функционирования каждого РЭС. Если эта задача решена, то говорят, что обеспечена электромагнитная совместимость (ЭМС) РЭС.
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств – это способность радиоэлектронных средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных помех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлектронным средствам. При этом непреднамеренной считают любую радиопомеху, создаваемую источником искусственного происхождения, не предназначенную для нарушения функционирования радиоэлектронных средств.
Изначально проблема ЭМС формировалась как проблема обеспечения совместной работы радиоэлектронных средств, в состав которых входили радиопередающие и радиоприемные устройства. Но по мере развития радиотехники и радиоэлектроники стало ясно, что проблема не может быть ограничена только радиоэлектронными средствами указанного вида. Любые устройства, содержащие радиоэлектронные схемы, могут быть как источниками электромагнитных помех для других подобных устройств, так и испытывать мешающее воздействие с их стороны. Появилось такое понятие как техническое средство , и проблема ЭМС стала проблемой ЭМС технических средств. В области ЭМС понятие «техническое средство» имеет свое специфическое определение.
Техническое средство (ТС) – это изделие, оборудование, аппаратура или их составные части, функционирование которых основано на законах электротехники, радиотехники и (или) электроники, содержащие электронные компоненты и (или) схемы, которые выполняют одну или несколько следующих функций: усиление, генерирование, преобразование, переключение и запоминание.
Техническое средство может быть радиоэлектронным средством (РЭС), средством вычислительной техники (СВТ), средством электронной автоматики (СЭА), электротехническим средством, а , научного и медицинского назначения (ПНМ установки).
Электромагнитная совместимость технических средств – способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.
Оценка ЭМС базируется на оценке качества работы технического средства. Технические средства разных видов различаются по принципам своей работы и своим рабочим характеристикам, и, следовательно, оценка влияния внешних электромагнитных помех может выполняться по-разному для разных видов ТС. В дальнейшем ограничимся рассмотрением РЭС, в состав которых входят радиопередающие и радиоприемные устройства. Основное внимание будет уделено оценке ЭМС систем телекоммуникации.
Условия, в которых работают РЭС, часто называют электромагнитной обстановкой. В общем случае под электромагнитной обстановкой (ЭМО) понимают совокупность электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах. Для телекоммуникационных систем ЭМО определяется как пространственное распределение электромагнитных полей в местах, где размещаются антенны этих систем. Числовой характеристикой ЭМО обычно является значение напряженности электромагнитного поля (выражается в вольтах на метр [В/м]) или плотности потока мощности (ватт на метр квадратный [Вт/м 2 ]).
Однако качество работы РЭС, в состав которого входит радиоприемное устройство, зависит не только от электромагнитной обстановки. Оно определяется также помехоустойчивостью и/или помехозащищенностью РЭС. Понятия помехоустойчивости и помехозащищенности распространяются на помехи, которые могут поступать в радиоаппаратуру самыми разными путями (например, через антенну приемника или по цепям питания). Иногда эти понятия рассматривают как синонимы, хотя это не так.
Помехоустойчивость РЭС – способность РЭС сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних помех с регламентируемыми значениями параметров в отсутствие дополнительных средств защиты от помех, не относящихся к принципу действия или построения РЭС.
Помехозащищенность РЭС – способность ослаблять действие электромагнитной помехи за счет дополнительных средств защиты от помех, не относящихся к принципу действия или построения РЭС.
Высокая степень помехоустойчивости РЭС не гарантирует автоматического обеспечения ЭМС, но значительно облегчает возможность организации совместной работы. Что касается средств помехозащиты, то по отношению к ним следует проявлять определенную осторожность. Устройство подавления помех обычно ориентировано на подавление помех определенного вида. Если оно применяется в сложной ЭМО, где присутствуют мешающие сигналы, для подавления которых используемое устройство не предназначено, то его применение может не дать ожидаемого эффекта и даже привести к росту помех. Например, при приеме узкополосных сигналов для подавления импульсных помех во входных цепях приемников используют нелинейные устройства (диодные ограничители) с последующей узкополосной фильтрацией. Если наряду с импульсными помехами на входе приемника присутствуют непрерывные мешающие сигналы, то наличие нелинейных элементов может привести к появлению новых мешающих частот , попадающих в полосу пропускания приемника и снижающих качество приема полезного сигнала. Обычно схемы подавления помех такого типа можно отключить и включать только по мере необходимости.
Причины появления проблемы ЭМС
1. Основной причиной, порождающей проблему электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, является ограниченность освоенного радиочастотного спектра при непрерывном росте числа его потребителей.
Если рассмотреть, например, диапазон высоких частот (3…30 МГц), то он занимает полосу 27 МГц. При ширине канала 3 кГц (например, при однополосной амплитудной модуляции) в нем можно разместить 9000 каналов. Число желающих пользоваться этим диапазоном (и действительно работающих в нем) неизмеримо больше числа каналов, которые можно в нем выделить, и превышает миллион пользователей. Это означает, что многие РЭС в этом диапазоне частот работают на одинаковых частотах. Такая возможность существует, если между средствами, работающими на одной и той же частоте, уровень помех не приводит к недопустимому снижению качества работы РЭС.
Возможность многократного использования радиочастот зависит от условий распространения радиоволн в том или ином диапазоне частот, технических характеристик приемо-передающих и антенных устройств, используемых типов сигналов и видов модуляции и т. д. С большим успехом многократное использование той же самой частоты применяется в сотовой подвижной связи. Однако не всегда разнесение РЭС по расстоянию может быть использовано для обеспечения ЭМС и повышения эффективности использования радиочастотного спектра. Особо остро проблема ЭМС встает при размещении радиосредств различного назначения на ограниченных площадях (морские порты, аэродромы и т. п.) и объектах, как подвижных (корабль, самолет и т. п.), так и стационарных (приемо-передающие центры, мачты для размещения приемных и передающих антенн и т. п.).
Радиоэлектронные системы кораблей, особенно военных, несут серьезные потери в своих рабочих характеристиках из-за электромагнитных помех, не учтенных при проектировании корабля и размещении на нем радиооборудования. Проблема ЭМС на боевых кораблях обостряется дополнительно ввиду наложения нескольких факторов, а именно :
– более высокая насыщенность радиоэлектронным оборудованием, чем раньше, при меньшей гибкости в его размещении из-за наличия антенных фазированных решеток;
– рост мощности передатчиков. Увеличение уровня мощности связных передатчиков приводит к увеличению дальности связи. Однако это единственный положительный фактор такого подхода. Все остальные эффекты, связанные с ростом мощности передатчиков, являются отрицательными;
– повышение чувствительности систем к электромагнитным полям, особенно систем, использующих твердотельные приборы;
– переход в контурах управления от механических систем к электрическим и электромагнитным с применением твердотельных приборов;
– ужесточение норм на уровни излучений, облучающих обслуживающий персонал.
Последнее обстоятельство расширяет область опасных излучений и накладывает дальнейшие ограничения на размещение оборудования на верхней палубе и надстройках.
Хотя число электронных систем , устанавливаемых на современных боевых кораблях, растет, пространство, пригодное для их размещения, разве что уменьшается. Менее половины имеющихся надстроек могут быть использованы для установки антенн. Из-за необходимости обеспечить свободную траекторию стрельбы для различных систем оружия эти антенны в основном концентрируются в середине корабля на грот и фок-мачтах. Ограниченность пространства для монтажа антенн приводит к тому, что передающая и приемная антенны систем, работающих в диапазоне средних частот (СЧ), и систем, работающих в диапазоне высоких частот (ВЧ), размещаются на расстояниях менее 30 м друг от друга, а для систем сверхвысоких частот (СВЧ) расстояние составляет менее 10 м. При этом расстояние между антеннами систем, работающими в разных диапазонах частот (например, антенной системы связи, работающей в диапазоне ВЧ, и антенной РЛС диапазона СВЧ) часто составляет менее 3 м. Большое количество РЭС и скученность антенн приводят к значительным взаимным помехам между корабельными РЭС. Нет ничего необычного в том, что на входе корабельного радиоприемника могут появиться высокочастотные напряжения, значения которых составляют десятки вольт.
Аналогичные трудности возникают и в авиации, о чем можно судить по количеству средств и антенн, размещаемых на самолетах, особенно военных. Так, по сообщениям американской печати , на самолете-разведчике W-2V размещается 21 радиостанция при 38 антеннах, для бомбардировщика B-52 эти цифры составляют соответственно 16 и 29, а для истребителя F-4 они равны 8 и 12.
Вышки, на которых размещаются антенны телевизионного вещания, ретрансляторов или базовых станций подвижной сотовой связи, широко используются для размещения других систем телекоммуникации, что также требует решения задач обеспечения ЭМС.
Ввиду ограниченности частотного ресурса, выделяемого для средств, работающих на объектах, и ограниченных возможностях пространственного разнесения антенн РЭС, решение проблемы обеспечения ЭМС РЭС на объектах является особенно трудным.
2. Наличие у радиоэлектронных средств параметров ЭМС.
Параметры, характеризующие радиоэлектронное средство, можно разбить на две группы. К первой группе относятся параметры, определяющие функциональное назначение РЭС , ко второй – параметры ЭМС. Параметрами, определяющими функциональное назначение РЭС, являются параметры, изменение которых влияет на качество передачи и/или приема информации в радиоканале при отсутствии непреднамеренных помех. Эти параметры определяют энергетические потенциалы радиопередающих устройств на выделенных им для работы радиоканалах, а также способность радиоприемных устройств качественно принимать полезный сигнал при отсутствии непреднамеренных помех за пределами отведенного для работы РЭС частотного канала. Параметрами ЭМС являются параметры, значение которых влияет на качество совместной работы совокупности радиоэлектронных средств при наличии непреднамеренных помех за пределами радиоканала, отведенного для работы РЭС.
Например, функциональными параметрами радиопередатчика являются мощность излучения передатчика на присвоенной ему частоте, ширина полосы частот основного излучения передатчика и др., а параметрами ЭМС – уровни излучений на гармониках, уровни шумовых излучений и др. Излучения на гармониках или шумовые излучения передатчика находятся за пределами радиоканала, который отведен для работы радиопередатчика. Однако, попадая в основной канал приема РЭС, содержащих радиоприемные устройства, которые работают на соответствующих частотах, эти излучении могут снизить качество приема полезных сигналов. Для радиоприемного устройства (РПУ) параметрами, определяющими качество его работы в соответствии с функциональным назначением, являются чувствительность, избирательность, динамический диапазон по основному каналу приема и др., в то время как параметрами ЭМС выступают такие параметры, как восприимчивость РПУ по побочным каналам приема (ПКП), динамические диапазоны по нелинейным эффектам и др., определяющие качество работы РПУ при наличии непреднамеренных помех от других РЭС, излучения которых лежат за пределами полосы пропускания приемника. Для антенных систем функциональными параметрами являются, например, ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях и коэффициент усиления антенны, а параметрами ЭМС – уровни боковых и задних лепестков относительно главного.
Параметры ЭМС радиоприемных и радиопередающих устройств нормируют. Нормативные требования к параметрам ЭМС РЭС устанавливают, исходя из технических и конструкторско-технологических возможностей получить желаемые значения параметров, что определяется развитием радиотехники и электроники на момент разработки норм, а также исходя из предполагаемых условий эксплуатации оборудования , для которого нормируются параметры ЭМС. Нормы, с одной стороны, устанавливают требования к параметрам мешающих излучений, а с другой стороны, требования к минимальной помехоустойчивости РЭС в заданных условиях эксплуатации. В связи с этим нормативные требования к параметрам ЭМС для гражданской и военной радиоаппаратуры могут существенно различаться. Выполнение норм, установленных на параметры ЭМС, облегчает решение проблемы обеспечения ЭМС, но не устраняет саму проблему.
3. Влияние окружения на уровни и спектральный состав непреднамеренных помех.
Отражения от окружающих объектов увеличивают или уменьшают уровень помехи. Нелинейности окружения изменяют спектральный состав помех.
4. Наличие внешнего фона.
Существенный вклад в формирование электромагнитной обстановки вносят излучения со стороны различного рода энергетических и промышленных установок, которые не предназначены для излучения электромагнитной энергии, но в силу специфики своей работы являются источниками непреднамеренных помех. Это так называемые индустриальные помехи. Наличие индустриальных помех часто не позволяет полностью реализовать потенциальные возможности радиоаппаратуры, в частности чувствительность РПУ, и усложняет совместную работу РЭС. Влияние индустриальных помех особенно заметно в крупных промышленных городах, на больших промышленных предприятиях и на подвижных объектах, имеющих крупное энергетическое оборудование и радиоэлектронные системы, таких, как самолеты и корабли.
Таким образом предлагаемые решения проблемы ЭМС РЭС в общем случае должны учитывать следующие факторы: ограничения на возможный частотно-территориальный разнос РЭС, наличие у радиоэлектронных средств параметров ЭМС, влияние окружающих объектов на электромагнитную обстановку в месте работы РЭС, наличие индустриальных помех и помех естественного происхождения. Отсутствие ЭМС означает либо некачественную работу РЭС, либо то, что данное РЭС в данной ЭМО работать не может вообще.
Последствия отсутствия ЭМС и особенности изучения
проблемы ЭМС РЭС
В литературе можно найти примеры, когда под действием радиопомехи любительского диапазона частот сенсорное устройство привело в действие систему пожаротушения промышленного предприятия, или излучение РЛС от судна доставки, ежедневно в определенное время проплывавшее мимо завода, воздействовало на аналоговые приборы , связанные с системой аварийного отключения завода, вызывая его остановку . В этих случаях следствием были экономические потери предприятий.
Важную роль проблема ЭМС играет в военной технике. Катастрофы самолетов военно-морских сил США и НАТО, вызванные непреднамеренными помехами во время военных учений, потери беспилотных целей, пожары в отсеках кораблей и другие подобные происшествия в мирное время, связанные с отсутствием ЭМС, служат подтверждением актуальности этой проблемы .
Особенно тяжелые последствия отсутствия ЭМС могут иметь место в военные периоды. В 1967г. во время войны США во Вьетнаме электромагнитная помеха вызвала срабатывание пускового устройства ракеты одного из самолетов, находившихся на верхней палубе американского авианосца «Форрестол». Причина – неправильно смонтированный экранированный разъем и недостаточная помехозащищенность пускового устройства. Источник помехи – излучение РЛС кругового обзора. Поскольку на верхней палубе авианосца находились другие самолеты, груженные бомбами и ракетами и заправленные горючим для боевого вылета, попадание ракеты в один из них привело к катастрофе – взрывам и пожару, который распространился на нижние палубы корабля. Погибли 134 человека, было потеряно 32 самолета, не считая других материальных потерь, связанных с повреждением авианосца .
Трагически завершилась судьба английского фрегата «Шеффилд» во время войны между Англией и Аргентиной за Фолклендские острова в начале 80-х годов прошлого века. Отсутствие ЭМС между РЛС кругового обзора и спутниковой системой связи корабля вынуждало командира корабля отключать РЛС кругового обзора во время связи с Лондоном. Атака аргентинских ВВС во время сеанса связи привела к тому, что вовремя не была обнаружена ракета типа воздух-вода, запущенная в сторону фрегата. В результате попадания ракеты в корабль имелись человеческие жертвы, а сам фрегат затонул. В тоже время атакованный одновременно с «Шеффилдом» другой английский фрегат «Плимут» избежал подобной участи. На корабле работала РЛС кругового обзора, что позволило вовремя обнаружить запущенную в его сторону ракету. С корабля было выброшено облако пассивных отражателей, на которое сработала головка самонаведения ракеты, и ракета прошла мимо цели .
Подобные примеры можно продолжить, но и приведенных достаточно, чтобы понять важность рассматриваемой проблемы.
Отметим особенности изучения проблемы ЭМС РЭС:
1. Рассматриваются только непреднамеренные помехи. Специально организованные помехи являются областью, которой занимается направление, именуемое радиоэлектронной борьбой.
2. Неограниченный уровень помех. Эта особенность проблемы приводит к тому , что приемные устройства, которые для полезного сигнала обычно рассматриваются как линейные, при действии помех могут таковыми уже не быть. И, следовательно, при анализе ЭМС РЭС, в аппаратуре должны рассматриваться возможные нелинейные эффекты.
3. Каждое РЭС рассматривается как возможный источник и рецептор помехи. Эта особенность вытекает из определения ЭМС РЭС, согласно которому каждое РЭС должно работать с требуемым качеством в условиях непреднамеренных помех и не создавать недопустимых помех другим РЭС.
4. Доступность для управления некоторых параметров источников и рецепторов помех. С целью обеспечения ЭМС РЭС на этапе разработки, например, частотно-территориальных планов систем телекоммуникации имеется возможность в некоторых пределах варьировать положение РЭС и их рабочие частоты. В некоторых случаях возможно изменение технических параметров РЭС, например мощности, излучаемой передатчиком.
Электромагнитная совместимость – это совокупность условий, при которых радиоэлектронные средства (системы) могут выполнять свои функции, не испытывая недопустимого ухудшения основных характеристик при воздействии других радиоэлектронных средств и излучений, в свою очередь, не вызывая недопустимого ухудшения работы других РЭС.
При попадании мешающих сигналов в приемник они обрабатываются точно так же, как обрабатывались бы полезные сигналы, отраженные от цели. Изображения, создаваемые помехой на экране индикатора, могут иметь регулярную форму, если они появляются от единственного источника, и могут казаться неподвижными или движущимися в зависимости от соотношения частот повторения импульсов двух и более РЛС.
Отсутствие электромагнитной совместимости может привести к уменьшению дальности обнаружения и ухудшению изображения на индикаторе РЛС.
Мероприятия используемые для улучшения электромагнитной совместимости и подавления помех:
1. Фильтрация:
– используются фильтры для подавления гармоник сигнала;
– перестраиваемые полосовые фильтры (преселекторы), которые имеют полосу пропускания настолько близкую к полосе пропускания приемника, насколько это позволяет точность сопряжения и методы изготовления. Преселектор предназначен для ослабления всей нежелательной энергии вне полосы пропускания приемника;
– полосовые фильтры с фиксированной настройкой, используются для уменьшения влияния сильных мешающих сигналов, ожидаемых по обе стороны диапазона настройки приемника.
2. Угловая селекция, т.е. выключения приемника или передатчика на время, пока антенна ориентирована в заданном секторе пространства. Хотя такие устройства могут исключить помехи от РЛС или радиоэлектронных средств в заданной зоне, все информация о целях в этой зоне также утрачивается.
3. Устройство бланкирования запирают приемник на время ожидания прихода мешающего импульса. Действие этих устройств основано на априорном знании времени появления мешающих импульсов, такая информация обычно поступает по специальным цепям подачи запирающих импульсов.
4. Дискриминаторы частоты повторения импульсов, т.е. устройства устраняющие импульсы период повторения которых отличен от периода повторения импульсов РЛС.
5. Дискриминаторы длительности импульсов т.е. устройства устраняющие импульсы длительность которых сильно отличается от длительности импульсов РЛС.
6. Перестройка частоты РЛС по диапазону. Это является наиболее эффективным средством достижения совместимости в условиях высокой плотности загрузки рабочего диапазона частот.
7. Уменьшения уровня боковых лепестков, для устранения помех проникающих в приемник через боковые лепестки ДН антенны.
8. Компенсация помех по боковым лепесткам, для этого используется ненаправленная компенсационная антенна с малым КПД, работающая совместно с основной антенной. Сигналы с обеих антенн подаются на отдельные приемники, и выходные сигналы с этих приемников сравниваются. Если при сравнении сигнал в канале компенсационной антенны оказался выше, чем в канале основной антенны, то он подавляется. Наличие регулировки усиления в канале ненаправленной антенны позволяет регулировать степень подавления сигналов боковых лепестков.
9. Совместная синхронизация РЛС для предотвращения повреждений входных цепей приемников, в этом случае все РЛС, работающие в зоне с большой плотностью размещения РЛС, будут излучать импульсы одновременно.
10. Формирование излучаемых импульсов т.е. применение в различных РЛС импульсов различных модуляций.
Вывод: Анализ радиоэлектронных средств, использование которых ожидается совместно с новой РЛС, а также учет возможного взаимного влияния между новой РЛС и существующими системами является важным аспектом системного подхода при разработке радиоэлектронных систем.
Главная Энциклопедия Словари Подробнее
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС)
Способность радиоэлектронного средства (РЭС) функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на него непреднамеренных помех, не создавая при этом радиопомех другим РЭС группировки войск. Проблема ЭМС, прежде всего, с особенностями функционирования РЭС, в состав которых, как правило, входят три основных элемента – радиопередающее, радиоприемное и антенно-фидерное устройства. При этом радиопередающее устройство предназначено для генерирования, модуляции и усиления токов высокой частоты, радиоприемное устройство – для селекции, преобразования, усиления и детектирования электрических сигналов, а антенно-фидерное устройство – для излучения и селекции электромагнитных колебаний радиодиапазона, а также их преобразования в электрические токи.
Каждый из названных элементов РЭС по-своему влияет на ЭМС. Радиопередающее устройство, являющееся источником радиоизлучений, характеризуется следующими параметрами: частота, ширина спектра, мощность, вид модуляции. В структуре излучения радиопередающего устройства выделяют следующие виды излучений: основное, внеполосное и побочное.
С учетом выделенных видов излучения основными параметрами радиопередающих устройств, влияющими на ЭМС, являются: мощность основного излучения, ширина спектра основного излучения, несущая частота (центральная частота спектра основного излучения), диапазон рабочих частот, стабильность передатчика, частоты (ширины полосы частот) и уровни внеполосных и побочных излучений и др.
Вклад радиоприемного устройства в проблему ЭМС РЭС определяется наличием различных каналов приема, как сигналов, так и помех.
Выделяют основной канал приема (минимальная полоса частот, в которой возможно обеспечить качественный (достоверный) прием сообщения с требуемой скоростью) и неосновные каналы приема, которые в свою очередь делятся на соседние (полосы частот, равные основному каналу и непосредственно примыкающие к его нижней и верхней границам) и побочные (полоса частот за пределами основного канала приема, находясь в которой сигнал или помеха проходят на выход радиоприемника). Наличие неосновных каналов приема определяется не только параметрами элементной базы приемного тракта, но и принципами построения радиоприемного устройства.
Из побочных каналов приема наиболее известен так называемый зеркальный канал. Данный канал приема является обязательной принадлежностью супергетеродинных приемников. Отличительной особенностью зеркального канала приема является одинаковая с основным каналом приема чувствительность.
Основными параметрами радиоприемного устройства, влияющими на ЭМС, являются: чувствительность, диапазон рабочих частот, ширина полосы пропускания, значение промежуточной частоты, избирательность, величина ослабления по зеркальному каналу и др.
Рассматривая антенно-фидерное устройство с точки зрения их влияния на ЭМС, отметим, что оно решает задачи пространственной, поляризационной и в определенной мере частотной селекции радиоволн. При этом пространственная селекция осуществляется благодаря направленным свойствам большинства типов антенн, которые характеризуются зависимостью уровня излучаемого или принимаемого излучения от направления. Эта зависимость называется диаграммой направленности. Как правило, диаграмма направленности имеет основной и боковые лепестки излучения (приема).
Возможности антенных систем по поляризационной селекции определяются ее типом, например, штыревая антенна формирует (принимает) электромагнитное колебание с вертикальной поляризацией, спиральная – с круговой.
Частотная селекция антенн определяется зависимостью ее параметров от частоты излучаемых или преобразуемых радиоизлучений. Параметрами антенно-фидерных устройств, влияющими на ЭМС являются: ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков, рабочий диапазон и др. Необходимо отметить, что многие из названных параметров составляют тактико-технические характеристики радиопередающего, радиоприемного и антенно-фидерного устройств.
Таким образом, даже одно РЭС обладает большим количеством параметров и характеристик, определяющих его ЭМС, а обеспечить нормальное совместное функционирование десятков различных РЭС на одном объекте или сотен и тысяч РЭС в группировке войск является серьезной задачей.
В целом задача определения степени достижения ЭМС в конкретной ситуации сводится к решению двух частных задач: внешней и внутренней (по отношению к данному РЭС ) .
Внешняя задача заключается в оценке электромагнитной обстановки (ЭМО) в точке расположения приемника-рецептора , определяемой как совокупность параметров полезного и мешающих сигналов на входе рецептора. При этом составляется статистическая модель ЭМО , которая наряду с постоянными параметрами (расстройки несущих частот ПС и МС, их средние значения мощностей и др.) включает в себя все вероятностные параметры полезного и мешающих радиосигналов с учетом статистической природы их формирования и распространения: случайности параметров модулирующих сигналов при данном виде модуляции, быстрых и медленных замираний полезного и мешающих радиосигналов, возможных нелинейных эффектов в приемнике при повышенных уровнях радиосигналов на входе приемника). Внутренняя задача заключается в количественном определении степени воздействия непреднамеренных помех на качество функционирования РЭС. Решение внутренней задачи обычно производится с использованием методов статистической радиотехники и статистической теории оптимального приема сигналов, развитых применительно к случаям воздействия непреднамеренных помех с учетом необходимости обеспечения ЭМС РЭС.
Решение о том, достигнута ли ЭМС рассматриваемой совокупности РЭС, должно приниматься, исходя из допустимости или недопустимости рассчитанных процентов временинедопустимого снижения качества функционирования радиоприемных устройств всех РЭС в данной ЭМО из-за воздействия мешающих сигналов. Отсюда вытекает трехэтапная схема решения задачи оценки ЭМС:
Этап 1 . Решается задача оценки ЭМО . Как отмечалось выше, ее исходными данными являются географические и энергетические характеристики и параметры источников полезных и мешающих сигналов. Результатом решения этой задачи являются количественные детерминированные и вероятностные характеристики полезных и мешающих сигналов, воздействующих на приемное устройство каждого из РЭС. При этом совокупность мешающих сигналов, потенциально опасных в отношении нарушения ЭМС и требующих проведения количественного анализа, называют помеховой обстановкой .
Этап 2 . Решается задача оценки ухудшения качества приема полезного сигнала из-за влияния непреднамеренных помех. Исходными данными для ее решения являются результаты решения задачи первого этапа. Результат решения задачи второго этапа характеризует степень.
Этап 3. По результатам решения задачи второго этапа производится оценка ЭМС РЭС , исходя из превышения или непревышения допустимых значений рассчитанными по выбранному критерию ЭМС процентами временинедопустимого снижения качества функционирования радиоприемных устройств всех РЭС в данной ЭМО из-за воздействия мешающих сигналов.
Оценка ЭМС РЭС может производиться различными методами:
1/ расчетным;
2/ экспериментальным – на основе измерений ряда параметров взаимодействующих РЭС;
3/ смешанным (сочетание расчетного и экспериментального методов).
Расчетные методы оценки ЭМС используются при решении следующих задач:
Прогнозирование электромагнитной обстановки;
Перспективное планирование и эффективное использование спектра радиочастот;
Подготовка материалов для заключений (решений) на право пользования определенными полосами частот;
Определение степени обеспечения ЭМС РЭС;
Оценка степени влияния непреднамеренных помех на качество функционирования РЭС;
Оценка эффективности мер по обеспечению ЭМС РЭС;
Разработка норм частотно-территориального разноса между РЭС.
Учитывая важность решения задач ЭМС, во многих странах, в том числе и в России, существует целая система нормативных документов (Государственных стандартов, Норм на параметры излучения передатчиков и т.д.), которые регламентируют основные характеристики и параметры РЭС, влияющие на их ЭМС. К числу наиболее важных нормативных документов такого рода относятся следующие:
ГОСТ 30372- 95. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения;
ГОСТ 23882-710. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Номенклатура параметров и классификация технических характеристик;
ГОСТ Р50842-95. Устройства радиопередающие народнохозяйственного применения. Требования к побочным радиоизлучениям. Методы измерения и контроля;
ГОСТ Р 51319-910. Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний.
ГОСТ Р 51320-910. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств – источников индустриальных помех;
Нормы 19-02. Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения.
1.5 Общие методы обеспечения ЭМС
Обеспечение ЭМС на практике достигается реализацией комплекса обязательных для пользователей радиоспектра организационно-технических мер, устанавливаемых и контролируемых соответствующими государственными органами:
а) централизованное распределение и выделение полос частот различным службам радиосвязи;
б) научно обоснованное управление использованием радиоспектра;
в) жесткий контроль выполнения нормативных показателей ЭМС (в частности, ограничение мощности радиоизлучений в определенных направлениях).
Одним из важнейших технических способов достижения ЭМС РЭС является обеспечение частотно-территориального разноса (ЧТР) этих РЭС. ЧТР представляет собой совокупность частотного разноса (ЧР – разности рабочих частот передатчиков ПС и МС) и минимально необходимого территориального разноса (ТР) каждого из передатчиков мешающих сигналов относительно рецептора. ТР для каждого мешающего передатчика зависит, в частности, и от совокупности параметров Rм, и так называемого “ситуационного плана” (рис. 1.8).
На рис.1.8 приняты следующие обозначения: ПРС – радиостанция основной (полезной) системы радиосвязи (СРС), подверженная воздействию МС от другого РЭС; МРС - радиостанция мешающей СРС, являющаяся источником МС для рассматриваемой ПРС; Rc – длина трассы распространения ПС; Rм – длина трассы распространения МС; f пд с –частота ПС; ДНА – диаграмма направленности антенны; МС - мещающий радиосигнал; j м – угол прихода МС; f пд м – частота МС;; a м – угол исхода МС.
Помимо общих организационно-технических мер применяются различные
специальные технические средства, уменьшающие влияние МС на качество приема ПС посредством снижения уровня МС на входе рецептора или ослабления влияния МС на качество приема за счет использования компенсаторов помех. Рассмотрение таких средств проведено в главе 10.
Рис.1.8 Cитуационный план помеховой ситуации при воздействии одного мешающего сигнала
Общая методика анализа ЭМС РЭС, включающая в себя общий алгоритм анализа ЭМС, подготовку и первичный анализ исходных данных для произвольного сложного случая ЭМО, алгоритм проверки выполнения ЭМС для каждоговарианта взаимодействия в данной ЭМО, примеры расчетов ЭМСдля различных вариантов и список литературы, содержащий большое количество нужных для расчетов Рекомендаций МСЭ-Р, даны в .
