Конспект лекций по курсу Физико-математические основы электромагнитной совместимости РЭС

Федеральное агентство связи

 

ФГОБУ ВПО

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

 

 

Кафедра систем радиосвязи

 

 

Воинцев Г.А.

 

 

Конспект лекций по курсу

«Физико-математические основы электромагнитной совместимости РЭС»

 

 

Для студентов направления 210700

Профиль «Системы радиосвязи и радиодоступа»

 

Новосибирск 2013

Введение

Проблема электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС) возникла в последние годы в связи с увеличением источ­ников электромагнитных излучений, используемых для передачи информации, решения задач радиолокации и радионавигации, управле­ния технологическими процессами и т. д. Появившиеся при этом дефи­цит радиочастотного спектра и непреднамеренные помехи, создаваемые одними РЭС другим независимым радиоэлектронным системам, усугубляют трудности обеспечения одновременного функционирования радиослужб различного назначения. При этом возникают задачи, направленные на обеспечение условий нормального функционирова­ния совокупности независимых РЭС. Это теснейшим образом связано с повышением экономической эффективности РЭС.

Термин «электромагнитная совмес­тимость» определяется как способность радиоэлектронных средств (РЭС) од­новременно и совместно функционировать в реальных условиях эксплуатации при воздействии непреднамеренных помех и не до­пускать непреднамеренных электромагнитных помех другим сред­ствам.

Непреднамеренные воздействия электромагнитных полей, создаваемых одними РЭС на другие, опре­деляются понятиями «радиопомеха» и «воздействия радиопомех». Согласно принятой терминологии электромагнитной помехой называется нежелательное воздействие электромагнитной энергии, которая ухудшает качество функционирования РЭС.

Для обеспечения ЭМС РЭС необходимо решить следующие во­просы:

· изучить реальную электромагнитную обстановку (ЭМО) в точке приема;

· оценить вза­имодействия посторонних радиоизлучателей на качество функциони­рования приемников информации;

· выявить источники радиопомех и причины, вызывающие нежелательные радиоизлучения;

· разрабо­тать методы, направленные на улуч­шение ЭМС РЭС.

Таким образом, содержание теории и практики ЭМС РЭС составляет изучение причин возникновения, способов предупреждения и устранения непреднамеренных воздей­ствий электромагнитной энергии одних РЭС на другие.

Проблема ЭМС радиоэлектронных средств

Схема воздействия радиопомех

Любое РЭС, создающее электромагнитное поле, можно рассматривать как источник полезного радиосигнала (ИРС), а так же как источник радиопомех (ИРП), поэтому оно имеет две группы показателей:

· функциональные, определяющие выполнение заданных фун­кций с требуемым качеством;

· показатели ЭМС, определяющие возможность создания непреднамеренных радиопомех другим техническим средствам.

Воздействие непреднамеренных радиопомех на РЭС, которые в этом случае принято называть рецепторами радиопомех (РРП), (рис. 2.1) определяется следующими обстоя­тельствами:

· существуют ИРП, создающие электромагнитные поля, которые условно можно разделить на основные, определяемые функцио­нальным назначением данного средства, и нежелательные, обус­ловленные его техническим несовершенством;

· имеет место передача электромагнитной энергии от ИРП к РРП. Этот процесс определяется многими факторами: свойствами среды, параметрами антенн, расстоянием между РРП и ИРП, взаим­ной ориентацией их антенн, поляризацией излучения и т.д. Излу­чение и прием НЭМП могут осуществляться антеннами радиоуст­ройств в направлениях, соответствующих главным, боковым или задним лепесткам диаграмм направленности антенн (ДНА), а так­же корпусами устройств, элементами фидерного тракта, кабелями и т.д.;

· электромагнитная энергия помехи принимается РРП и оказывает влияние на качество его функционирования. По аналогии с ИРП можно говорить об основном механизме воздействия, принципиально необходимом конкретному устрой­ству, и нежелательном, обусловленным техническим несовершен­ством РРП. Так, для радиоприемника основным является прием сигналов в полосе пропускания, а неосновным (нежелательным) - прием по побочным каналам, прием, помимо антенн и т.д.

 

Рисунок 2.1 - Схема воздействия НЭМП на РРП

Имеющее место нарушение ЭМС может быть вызвано либо неправильной организацией использования радиочастотного ре­сурса, либо техническим несовершенством ИРП, РРП, а также тех параметров ЭМС ИРП и РРП, которые оп­ределяют ослабление помех в среде распространения. В этих случаях для обеспечения ЭМС очень важно выявить конкретные причины воз­действия непреднамеренных помех: найти их источники, пути рас­пространения и определить причины, вызывающие подвержен­ность рецепторов действию определенных радиопомех. С этой целью необходимо более подробно рассмотреть свойства различных РЭС и их элементов с точки зрения создания, распространения НЭМП и подверженности им.

Электромагнитная обстановка (ЭМО)

Совокупность электромагнитных полей в рассматриваемой области пространства, влияющих на качество функционирования РЭС, пред­ставляет собой…

Физические основы источников электромагнитных радиопомех

Естественные помехи вызваны электромагнитными процес­сами, объективно существующими в природе и не связанными с деятельностью человека. Искусственные ЭМП возникают при работе различных тех­нических средств -…  

Физические основы естественных радиопомех

Поверхность земли, а также атмосфера являются источником широкополосного шумового теплового излучения. Причиной его возникновения является свойство… Космические радиошумы обусловлены термоядерными процессами в звездах,… Шум неба для частот выше 1 МГц обус­ловлен комбинированным излучением Галактики с дискретным и сплошным спектром. В…

Физические основы излучений радиопередающих устройств.

Количество и качество передаваемой информации зависят от способа организации передачи информации при помощи электро­магнитных волн, т.е. способа и… Рисунок 2.3 – Классификация излучений радиопередающего устройства

Внеполосные излучения.

1. Передача сигналов с более широкой полосой частот, чем это требуется для нормальной работы. Например, для импульсной пе­редачи с чрезмерно…   Отсройка по частоте от несущей, МГц Рисунок 2.6 - … 2. Наличие нелинейности амплитудных характеристик элемен­тов передатчика (усилитель, модулятор, элементы фидера). В…

Шумовые радиоизлучения.

Наибольшее практическое значение имеет учет шумовых из­лучений в системах радиосвязи. Возможные нарушения ЭМС для них связаны с тем, что они часто… Для количественной оценки уровней нежелательных излуче­ний радиопередатчиков… Для побочных излучений в качестве параметра используется величина абсолютной или относительной (по отношению к…

Физические основы индустриальных помех

Воздействуя различными путями на радиоэлектронную ап­паратуру, они ухудшают качество работы не только радиоприем­ных устройств, но и различных… Существуют две главные причины возникновения индустри­альных радиопомех.… • Узкополосные помехи. Их возникновение связано с суще­ствованием в аппаратуре - источнике помех непрерывных…

Источники индустриальных радиопомех

Помехи от систем зажигания являются одной из серьезных причин нарушений ЭМС не только РЭС, расположенных вблизи трасс с интенсивным движением, но и… кГц Рисунок 2.7 - Уровень ИРП от систем зажигания на расстоянии 10 м от дороги

Каналы проникновения помех в радиоприемных устройствах

Радиоприемные устройства (РПУ) предназначены для выделения сигналов из радиоизлучений. Идеальный с точки зрения ЭМС радиоприемник должен иметь…  

Частотная избирательность и чувствительность радиоприемного устройства

При малых уровнях полезного и мешающего сигналов радиочастотный тракт приемника работает в линейном режиме, и его избирательные свойства… В реальных условиях на вход радиоприемника наряду с полезным могут поступать… Многосигнальная избирательность радиоприемника определяется отношением уровней одновременно поступающих на вход…

Характеристика каналов приема

B3 = Bн + 2Δfрл ,  

Характеристики антенн, влияющие на ЭМС

Антенны РЭС имеют значительное разнообразие как по типам, так и по характеристикам. Вместе с тем все антенны можно подразделить на две группы:… Характеристики излучаемого антенной поля зависят от расстояния между антенной… На практике граница дальней зоны Rдз принимается равной Rдз = 2a/λ, где a — максимальный размер апертуры антенны.…

Пути распространения НЭМП

Электромагнитные процессы, соответствующие помехам, могут воздействовать на устройства-рецепторы различным обра­зом: излучением электромагнитных… Несмотря на значительное разнообразие возможных путей распространения НЭМП для… • распространение НЭМП при излучении и приеме антенна­ми радиотехнических устройств;

Особенности распространения радиоволн разных диапазонов частот

Существуют восемь механизмов распространения радиоволн, а именно: через тропосферный волновод, посредством земной волны, ионосферной волны,… Рисунок 5.3 - Краткосрочные механизмы распространения сигналов

Метод расчета напряженности поля в диапазонах ОВЧ и УВЧ

Статистические методы по своей сути не учитывают индивидуальных особенностей конкретных трасс распространения радиоволн и поэтому позволяют оценить…

Модели распространения, рекомендованные МСЭ

Рекомендация ITU-R P.370 является наиболее ранней и наиболее разработанной рекомендацией для расчета напряженности поля радиоволн в диапазоне от 30… Сфера действия рекомендации ITU-R P.529, предназначенной для расчета… Рекомендация ITU-R Р.1146 предназначена для расчета напряженности поля в диапазоне от 1 ГГц до 3 ГГц. На частоте 1 ГГц…

Метод расчета напряженности поля на основе рекомендации Р-370

  E(R,L,T) = E(50,50) + ∆E(ЭИМ) + F(∆h) + F(h2) + E(L) +…

Метод расчета напряженности поля на основе рекомендации Р-1546

При построении кривых принято, что мощность, излучаемая передатчиком, составляет 1 кВт, а коэффициент усиления передающей антенны составляет 0 дБ… Таким образом, уровень напряженности поля E(R) в точке приема на расстоянии R…  

Модель Okumura-Hata

Модель Hata описывает особенности распространения радиоволн над квази­плоской местностью и не учитывает особенности рельефа. Кроме того… Область применения формулы Hata ограничена следующими значениями параметров: … рабочая частота f, МГц 150... 1000;

Обеспечение электромагнитной совместимости РЭС

Задачи и средства обеспечения ЭМС

Для задачи обеспечения ЭМС некоторого вновь создаваемо­го технического средства (системы, устройства и т.д.) по мере завершения разработки и… Рисунок 6.1 - Число доступных мер ( )обеспечения ЭМС и их стоимость ( ------) на различных этапах

Организационно-технические меры обеспечения ЭМС

Как уже было отмечено, существо организационно-технических мер с позиций использования радиочастотного ресурса состоит в орга­низации рационального его использования определенными категория­ми пользователей. Среди всей совокупности указанных мер можно выделить две основные группы:

• распределение ресурса между различными категориями пользователей;

• регламентирование допустимой протяженности занимаемых областей, соответствующих источникам и рецепторам различных категорий.

Указанная регламентация заключается в стандартиза­ции (нормировании) параметров ЭМС для различных групп аппа­ратуры и обеспечении правовых и технических основ соблюдения указанных норм.

Перечисленные группы мер применяются на различных уров­нях: международном, национальном, региональном, отраслевом и т.д.

Основополагающим документом, определяющим общие принципы использования радиочастотного ресурса, является Регламент радиосвязи, которым определен ряд основопо­лагающих правил, относящихся к вводу в строй мощных радио­вещательных станций, ограничению помех, работе отдельных видов радиослужб (воздушная и морская подвижные службы, воздушные и морские радиомаяки, передача сигналов бедствия и т.д.).

Системотехнические меры обеспечения ЭМС

Под системой подразумевается техническая совокупность ус­тройств, обладающая определенными связями друг с другом и выполняющая заданные технические функции. В задаче обеспе­чения ЭМС системой может быть совокупность РЭС, размещен­ных на местности, на некотором объекте и т.д. Особенностью функционирования таких систем является возможность возникновения нежелательных связей как между элементами этой системы, так и с другими системами.

К числу системотехнических относятся различные меры, при­нимаемые для обеспечения совместной работы различных уст­ройств - составных элементов некоторой системы, понимаемой как совокупность устройств, предназначенных для решения общих задач данной совокупности средств (внутрисистемная ЭМС). Так­же системотехнические меры являются одним из средств достиже­ния условий совместной работы устройств как элементов различ­ных систем (межсистемная ЭМС). В любом случае отличительным признаком системотехнических мер является то, что они прово­дятся в одном из следующих направлений:

· выбор, обеспечение или, по необходимости, изменения прин­ципа работы системы, направленные на уменьшение соответствующих излучени­й радиопередающих устройств и (или) восприимчивости рецеп­торов - радиоприемных устройств как элементов рассматривае­мых систем;

· планирование, распределение или, по необходимости, пе­рераспределение доступной части радиочастотного ресурса меж­ду элементами, входящими в рассматриваемую систему (системы).

Первую из перечисленных групп представляют разнообраз­ные методы и технические решения, относящиеся к построению систем с учетом обеспечения условий совместной работы в усло­виях как создаваемой электромагнитной обстановки, так и суще­ствующей вследствие работы уже имеющихся средств.

Состав указанной группы приемов весьма обширен. К их чис­лу можно отнести:

· выбор способа передачи информации - вида и параметров модуляции с целью сокращения по возможности необходимой ши­рины полосы частот B_s.;

· использование помехоустойчивых цифровых методов кодиро­вания информации, кодов с коррекцией ошибок и т.д. Кроме того, использование помехоустойчивых мето­дов передачи информации открывает возможности в ряде случаев снизить мощности соответствующих радиопередатчиков;

· использование принципа территориально-распределенных радиопередающих устройств. Согласно этому принципу требуе­мая зона обслуживания обеспечивается разбиением ее на ряд зон меньшей протяженности, обслуживаемых радиопередающими ус­тройствами меньшей мощности;

· использование принципов создания управляемого (комму­тируемого) направленного излучения в направлении на обслужи­ваемый радиоприемник или секторного, соответствующего всей совокупности обслуживаемых средств. К этой же группе можно отнести и использование принципа создания равных значений на­пряженности излучаемых полей в зоне обслуживания, что обеспе­чивается использованием антенн с диаграммами направленности специальной формы. Примером может служить органи­зация радио-телевещания со спутника на геостационарной орби­те. При использовании антенны с ДН специальной фор­мы форма облучаемой области соответствует конфигурации об­служиваемой территории (страна, регион и т.д.);

· использование адаптивных методов организации работы элементов радиосистемы. Согласно этому подходу те или иные пара­метры, определяющие текущее использование радиочастотного ресурса, изменяются сообразно требованиям выполнения ос­новных функций и условий обеспечения ЭМС. Примером может слу­жить использование так называемых адаптивных антенн, автома­тически настраивающихся на прием согласно критерию максиму­ма отношения «сигнал /(помеха + шум)»;

· сокращение использования радиотехнических средств час­тичной (или даже полной) заменой радиоканалов на волноводные и оптические линии передачи информации. Примером может слу­жить организация мобильной сухопутной связи, где связь базовых станций с подвижными объектами осуществляется по радиокана­лу, а связь базовых станций между собой - при помощи волокон­но-оптических линий связи. Другой пример - осуществление теле­визионного вещания на небольших территориях. Прием передач отдельными абонентами - сред­ствами кабельного телевидения.

Вторая из названных групп имеет в основе те или иные при­емы, не затрагивающие принцип действия системы, и имеющие целью рациональное распределение доступного радиочастотного ресурса между отдельными средствами.

В основу обеспечения ЭМС на уровне объекта системы поло­жен системный подход. При этом большое значение придается системным свойствам объектов, обеспечива­ющим их функционирование в данной совокупности РЭС. Реше­ние этих задач опирается на анализ ЭМС в группе средств, конеч­ная цель состоит в рациональной организации системы и соответ­ствующем выборе параметров ее элементов.

Эти параметры можно условно разделить на две группы. Отне­сем к первой из них показатели, изменение которых, улучшая каче­ство работы отдельных средств, не приводит к изменению условий работы других средств в системе. Примерами таких параметров яв­ляются показатели избирательности радиоприемников, показатели помехоустойчивости отдельных РЭС, эффективность эк­ранирования элементов РЭС и т.д.

Вторая группа объединяет такие параметры, изменение ко­торых влияет как на индивидуальные показатели отдельных средств, так и на условия работы средств в группе. К ним относят­ся функциональные показатели РЭС: значения рабочих частот и полос частот, мощности радиопередатчиков, чувствительности приемников, коэффициенты усиления антенн и т. д., и специфичес­кие параметры РЭС, влияющие на ЭМС, например уровни побоч­ных излучений передатчиков. Например, возможность измене­ния расположения РЭС определяется заданной территориальной областью, пределы изменения рабочих частот - выделенной поло­сой.

Качество работы каждого s - го средства можно охарактеризо­вать показателем Q_s, отражающим выполняемые им функции. Значе­ние Q_s для некоторого s - го устройства, функционирующего в идеали­зированных условиях, зависит только от его собственных парамет­ров Х.

В ЭМО, созданной окружающими РЭС различного на­значения, качество работы каждого РЭС зависит также от парамет­ров других. Для группы РЭС (системы) также можно ввести показатель качества Q_z, отражающий выполне­ние поставленных задач совокупностью РЭС. Эта величина зависит от индивидуальных показателей качества РЭС в группе и, следова­тельно, от их параметров. 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 состоит в определении та­ких значений варьируемых параметров, при котором достигается оптимальное значение целевой функции. С математической точки зрения следует найти экстремум функции нескольких переменных при наличии дополнительных ограничении на варьируемые параметры. Особенность решения этой задачи состоит в том, что возможность нахождения 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 (глобаль­ного) решения, так как имеется более одного экстремума. Отыс­кание наибольшего среди них представляет собой сложную вычис­лительную задачу. В этих случаях может быть получено с использованием традиционных вы­числительных процедур.

Таким образом, при построении целевой функции, а также мате­матической модели следует по мере возможности стремиться к запи­си целевой функции Q_T в таком виде, который позволит наиболее эф­фективно решать задачу оптимизации. Некоторые примеры этого рода будут приведены далее.

Решение в ряде случаев оказывается более простым, особенно при определенных видах функций, описы­вающих показатель качества и множество ограничений. Однако эф­фективность найденных решений может оказаться недостаточной, так как они являются только одними из возможных, а не наилучшими.

Практическое применение подхода, основанного на совместном выборе параметров, становится целесооб­разным при сокращении их числа и введении различных упрощающих предположений. Существо их различно и зависит от конкретной ситуации.

На практике можно выделить ряд направлений ре­шения соответственно факторам: пространственным, частотным и др.

Обеспечение ЭМС на основе использования пространственных факторов.

К числу мер, основанных на использовании пространственных факторов, относятся разнос в пространстве собственно РЭС и направ­лений их преимущественного излучения, а также различные способы ограничения излучений в определенных телесных ушах, приема сиг­налов с некоторых направлений и использования различий в поляриза­ционной структуре сигналов.

Пространственный разнос РЭС состоит в таком взаимном удалении двух РЭС R > R_коорд, при котором создаваемые ими друг другу помехи являются, по крайней мере, допустимыми. Мини­мально допустимое расстояние R_коорд. отвечающее этому условию, называют координационным. Расчет его основан на анализе мощ­ностей сигналов и помех, действующих в паре РЭС.

Разнос направлений преимущественного излучения (угловой разнос) - состоит в ограничении излучения и приема за пределами некоторого телесного угла. Этот прием нередко используется ра­диосредствами фиксированных радиослужб. По­скольку наибольший уровень помех наблюдается в том случае, когда приемная и передающая антенны ориентированы друг на друга главными лепестками диаграмм направленности, целью ука­занного разноса направлений является исключение такой ситуа­ции (рис. 6.3).

Рисунок 6.3 - Схема углового разноса системы связи с ИСЗ и РРЛ

Ограничение излучения и приема в определенных секто­рах углов преследует те же цели, что и описанный разнос направ­лений излучения. Суть его состоит в такой организации работы РЭС, при которой отсутствует излучение (прием) в направлениях на ре­цепторы (источники). Поясним содержание этой меры на при­мере цепочки РРС. При использовании двух частот для приема и передачи на каждой станции возможны взаимные помехи 1 и 4, 2 и 5 и т.д. станций. Для исключения помех нужно организовать зигзагообразное размещение соседних станций РРЛ таким образом, что излучение 1 РРС в главном лепестке ее антенны максимально в сторону главного лепестка приемной антенны 2 РРС, а помеха от 1 станции попадает в боковой лепесток приемной антенны 4 станции (рис. 6.4)

 

Рисунок 6.4 – Разнос главных лепестков ИП и РП в РРЛ

 

Угол между направлением на соседнюю станцию и направлением на станцию, которая расположена через 3 пролета, должен быть больше ширины диаграммы направленности антенны (» 7 ¸ 8°).

Использование поляризационных различий {поляризационный разнос) - применение для излучения и приема электромагнитных волн с ортогональной поляризацией (например, горизонтальной у одного средства и вертикальной у другого). Реально выигрыш редко превышает величину порядка 10 — 25 дБ из-за явления кроссполяризации в антеннах, а также искажения поляризационной структуры поля объектом и депо­ляризации на радиотрассе.

Ограничение мощности радиопередатчиков.

В каждом конкретном случае можно определить такое значение мощности передатчика, при котором будет обеспечен прием сигналов с тре­буемой интенсивностью для всех приемников, расположенных в его зоне действия.

Для некоторых видов радиослужб принцип ограничения на­шел отражение в ряде утвержденных или рекомендованных ог­раничительных мер. Например, согласно рекомендации 357-1 МККР в полосах частот 5800...5850, 5850...5925, 5925...6425 и 7900...8100 МГц, используемых совместно системами связи че­рез ИСЗ и радиорелейными линиями связи (РРЛ), следует огра­ничивать эффективно излучаемую мощность передатчика РРЛ значением 55 дБВт, а отдаваемую в антенну мощности - значе­нием 13 дБВт. Рекомендовано также ограничивать мощность земных станций связи с ИСЗ и плотность потока мощности, из­лучаемой спутниками связи.

Обеспечение ЭМС на основе использования частотных факторов.

Использование частотных факторов на уровне радиосистемы сводится, в конечном счете, к выбору конкретных значений рабо­чих частот для РЭС, входящих в рассматриваемую систему. Не­обходимо подчеркнуть, что указанный выбор конкретных значений частот излучения и приема может проводиться на уровне проектирования, а также эксплуатации, исходя из выделенного для данной совокупно­сти набора значений частот. Этот вариант использования частотного фактора характерен для таких приложе­ний, как плани­рования сетей сухопутной подвижной связи, ТВ вешания и т.д. Забегая вперед, заметим, что в большинстве случаев указанный выбор частот про­изводится на основе совместного использования пространственно­го и частотного факторов.

Принципы оптимального выбора частот в группе РЭС. 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 со­ответствуют разрешенному множеству в частотной области. С мето­дологической точки зрения эта задача состоит в следующем. Для группы из М средств следует найти такие значения ра­бочих частот f_: i - 1, 2...N, , где N <М, при которых показатель качества, отражающий функционирование данной группы средств, имеет максимальное или хотя бы допустимое значение при условии, что значения частот соответствуют заданным усло­виям ЭМС.

Решение задач выбора частот оказы­вается в общем случае весьма громоздким. Поэтому для выбора радиоча­стот на практике обычно используют различного вида упрощения. Однако и в этом случае такие задачи оказываются значительно более сложными по сравнению, например, с задачами выбора мощ­ностей в группе РЭС. Для их решения требуется использование специальных вычислительных процедур, реализуемых только на ЭВМ высокой производительности.

На практике весьма эффективным является совместное ис­пользование ресурсов в частотной и пространственной областях. Такой прием наиболее полезен при ограниченном ресурсе радио­частот. В соответствии с принципом частотно-пространственного разноса осуществляется такое распределение радиоканалов, при котором близко расположенные средства не используют совпада­ющие радиочастоты, в то время как территориально разнесенные средства эту возможность имеют. В случае подвижных средств примером такого подхода мо­жет служить сотовый принцип распределения частот, широко ис­пользуемый в современных системах мобильной радиотелефонной связи. Для каждой соты выделяется определенное число (М) частотных каналов, отличающихся от тех, которые используют в смежных ячейках. Эти группы час­тот повторяются в остальных зонах, также состоящих из анало­гичных ячеек. В результате такой организации ни в одной из пар соседних ячеек не используются совпадающие частоты, что значи­тельно ослабляет уровни непреднамеренных радиопомех.

 

Рисунок 6.5 - Схема пространственного размещения (а) и распределение частот (б) при сотовом принципе распределении частотного ресурса в группе подвижных средств

 

Другим примером совместного использования частотных и пространственных факторов является частотно-территориальное планирование стационарных средств ОВЧ ЧМ радио- и телевизионно­го вещания.

При выборе определенного значения рабочей частоты для конк­ретного РЭС в ряде случаев с успехом используется адаптивный прин­цип. 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. Такой подход характерен для системы абонентского доступа DECT.

Схемотехнические методы обеспечения ЭМС

Содержание схемотехнических мер обеспечения ЭМС состав­ляют различные технические приемы, относящиеся к схемным реше­ниям аппаратуры и выбору параметров элементов, направленных на улучшение показателей, влияющих на ЭМС.

Следует выделить использование любых схем­ных решений устройств, их параметрическую оптимизацию, при­менение элементной базы с улучшенными показателями, влияю­щими на ЭМС и т.д. В любом случае цель этих мер состоит в улуч­шении некоторых конкретных параметров ЭМС. Меры этой груп­пы относятся к этапу создания радиоэлектронных устройств, когда в число их технических показателей входят конкретные значения определенных параметров ЭМС. По существу использование схе­мотехнических мер ЭМС на этом этапе означает проектирование (создание) конкретного устройства, обладающего заданными фун­кциональными параметрами и отвечающего определенным требо­ваниям к параметрам ЭМС. Эти требования задаются разработ­чику соответствующей аппаратуры в качестве исходных данных, а выполнение их становится предметом профессиональной деятель­ности специалистов соответствующего профиля: специалистов по радиопередатчикам, радиоприемникам, антеннам, устройствам электропитания и т.д.

Компенсаторы помех. Конкретная реализация этих схем определяется видом меша­ющих сигналов и используемой аппаратурой. Схемы компенсации могут быть как автомагическими, основанными на принципе адап­тации, так и управляемыми оператором. Известно большое число разновидностей таких схем, используемых в аппаратуре стацио­нарной связи (радиорелейной, судовой и т.д.). В основу работы различных устройств компенсации положен принцип противофаз­ного сложения принятого (содержащего помеху) и мешающего сигналов (рис. 6.6).

Рисунок 6. 6 - Схема компенсации связи антенн

Фильтрация помех. Использование различных устройств, осуществляющих час­тотную фильтрацию, относится к числу широко распространенных схемотехнических мер, направленных как на ослабление помех в месте возникновения, так и на снижение уровней помех, действую­щих на рецептор. Фильтры различных типов используются в вы­ходных трактах радиопередающих устройств с целью ослабления излучаемых ими помех на частотах вне основной полосы частот. В приемных устройствах - в качестве преселекторов, ос­лабляющих вне основного канала приема уровни помех, поступаю­щих от антенны (рис. 6.7).

Методы фильтрации находят применение также при ослаб­лении кондуктивных помех, создаваемых источниками в целях элек­тропитания и управления в различных электронных устройствах для снижения восприимчивости их к НЭМП по цепям электропи­тания и т.д.

Рисунок 6.7 - Схема ослабления помех, создаваемых источником или действующих на рецептор. 1 - 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.

Необходимо отметить свойства частотно-изби­рательных цепей любого типа. Во-первых, это принципиальная не­возможность создания полосового или режекторного фильтра, об­ладающего идеальной прямоугольной характеристикой. Во-вторых, любые реаль­ные фильтры, составленные из реактивных элементов, обладают паразитными полосами пропуска­ния на частотах, значительно отстоящих от ОКП. Причины, приводящие к отмеченному эффекту, различ­ны в зависимости от типа фильтра, его конструкции и диапазона рабочих частот.

Таким образом, существует ряд причин, затрудняющих на практике достижение требуемой частотной избирательности.

В качестве схемотехнических мер ослабления влияния ука­занных электромагнитных помех используются различные уст­ройства, ограничивающие максимальное значение напряжения или мощности электромагнитной волны на входе рецептора.

Конструкторско-технологические меры обеспечения ЭМС

Используемые в практике обеспечения ЭМС конструкторс­ко-технологические меры представлены двумя группами. Первую из них представляют различные… ·электрические контакты; ·уплотнительные элементы;

ЭМС радиосети наземного ТВ.

Общая характеристика

  1 ЧК 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12    

Критерии ЭМС

Емин, Азащ

ТВ приемник обеспечивает качественный прием при воздействии радиопомех и шумов, если в точке его размещения выполняются следующие условия ЭМС: ЕС ≥ ЕМИН ЕС≥ ЕМ + АЗ ,

Анализ технических методов обеспечения ЭМС в СНТВ.

В настоящее время существуют технические и организационно-технические методы обеспечения ЭМС в СНТВ. К ним относят:

- использование СНЧ;

- использование приемных антенн с высокой пространственной и

поляризационной помехозащищенностью;

- частотно-территориальный (ЧТР) разнос ТВ радиосетей.

В аналоговых ТВ сетях заметность мешающего узора, создаваемого на экране телевизора помехой, зависит от смещения несущих частот (СНЧ) полезного и мешающего ТВ передатчиков, работающих в совмещенных каналах. При этом смещение производится либо у одного, либо сразу у обоих передатчиков в сторону увеличения номинала (положительное СНЧ) и уменьшения (отрицательное СНЧ) несущей. Различают три режима СНЧ: простой, точный и нулевой.

При простом СНЧ частота смещения принимается кратной 1/12 частоте разложения строк Fстр , причем абсолютная нестабильность несущей должна быть не более ±500 Гц. Смещение несущей частоты РТС может быть произведено в пределах ±3×Fстр. Максимальный энергетический выигрыш 18 дБ (уменьшение Аз) получается при применении СНЧ = ± n/2 × Fстр, где n = 1, 3, 5. На рис. 7.4 Представлены зависимости Аз от СНЧ для рассмотренного режима работы. Данный режим работы возможен практически на любой действующей РТС.

В режиме точного СНЧ значение смещения частоты дополнительно связано с частотой разложения по кадрам, а точность поддержания несущей должна быть в пределах ±1 Гц. Частота смещения в пределах 0 … 1/2×Fстр должна быть кратной нечетному числу кадров, а в интервале значений от 1/2×Fстр до 2/3×Fстр – четному числу кадров. Практически при СНЧ = ±n /3×Fстр, где n = 1, 2, 4, 5 достигается энергетический выигрыш 23 дБ. Данный режим работы возможно обеспечить путем модернизации действующих РТС в части замены возбудителей.

	А , дБ
			Рисунок 7.4 - Зависимость защитного отношения от СНЧ

 

 

 

Высокостабильная (до 0,1 Гц) и синхронная работа ТВ передатчиков, транслирующих одинаковую программу, дает возможность применения нулевого СНЧ с энергетически выигрышем 25 дБ.

На основе экспериментальных данных показано, что использование СНЧ = 3/12, 9/12, 15/12 и 21/12 строчной частоты при установлении соотношения мощности сигнала изображения к сигналу звука 10 дБ позволяет исключить воздействие помех по смежным каналам даже при работе ТВ передатчиков в общей зоне обслуживания с одной мачты. При этом максимальный эффект достигается для маломощных РТС, имеющих практически одинаковую мощность по каналу изображения и небольшие различия в высотах подвеса передающих антенн.

Существенное подавление помех возможно обеспечить путем улучшения параметров ТВ приемников, в частности, повышение избирательности по побочным каналам приема позволяет использовать зеркальные каналы в пересекающихся зонах обслуживания.

В цифровых сетях ТВ вещания защита от помехи, воздействующей через приемную антенну, обеспечивается при использовании полезным и мешающим ТВ передатчиками различных видов поляризации радиоволн. Это определяется поляризационной помехозащищенностью приемных антенн, которые в 90% случаев обеспечивают подавление помех с другой поляризацией на равнинной местности в пределах главного лепестка на 10 дБ, а вне его - на 5 дБ. В горных условиях соответственно на 5 дБ и 2 дБ. Экспериментальные данные показывают, что ослабление помех при использовании ортогональных видов поляризации увеличивается с повышением коэффициентов усиления приемных антенн и высоты их подвеса.

Снижение уровня помех достигается и за счет пространственной помехозащищенности приемных антенн DS, которая связана с приходом мешающих излучений вне главного лепестка их диаграммы направленности. На рис. 7.5 даны зависимости ослабления уровня помех от угла их прихода по отношению к направлению главного лепестка Q.

 

 

 

Q, гр.

 

	Рисунок 7.8 - Защищенность приемной антенны

Нормы частотно-территориального разноса РЭС ТВ вещания.В ходе оценки ЭМС РЭС необходимо определить требуемые удаления потенциально несовместимых РПД и РПМ при различных частотных расстройках и при различных вариантах взаимной ориентации их антенн. Полученные результаты для наземных РЭС с учетом принятой модели распространения радиоволн и без учета влияния рельефа местности представляют собой оценку сверху требуемых территориальных разносов.

В случае, если реальные значения территориальных разносов больше чем требуемые, то считается, что ЭМС РЭС обеспечивается. В противном случае может потребоваться введение дополнительных ограничений на мощность излучения, частотную расстройку и (или) пространственную ориентацию и высоту расположения антенн РЭС.

Одним из эффективных способов согласования условий совместной работы РЭС является разработка и реализация норм частотно-территориального разноса (ЧТР) между взаимовлияющими РЭС.

Нормы ЧТР представляют собой совокупность взаимообусловленных значений территориального и частотного разноса РЭС с учетом ориентации их антенн, при которых обеспечивается их ЭМС. На основе норм ЧТР определяются или конкретные рабочие частоты, которые могут быть использованы в сетях подвижной связи, или необходимый для обеспечения ЭМС территориальный разнос для заявленных рабочих частот. Кроме того, нормы ЧТР позволяют установить требования к характеристикам направленности и ориентации антенных систем РЭС в пространстве при заданных рабочих частотах и расстояниях между РЭС.

Нормы ЧТР определяются для конкретных типов РЭС с учетом их энергетических, частотных и пространственных характеристик. В случае удовлетворения требованиям норм ЧТР, ЭМС между РЭС считается обеспеченной.

 

ЭМС радиосети наземного ОВЧ ЧМ вещания.

Критерии ЭМС РЭС наземного звукового радиовещания

Уровень минимального используемого поля должен превышать уровень суммарной напряженности поля радиошумов на заданное отношение С/Ш, которое… , дБмкВ/м В Рекомендации МККР 412-4 определены следующие нормы на :

Расчет зоны обслуживания и зоны помех ОВЧ ЧМ станции

. Зона обслуживания, определяемая уровнем минимальной используемой напряженности… При наличии в месте приема кроме радиошумов помех от соседних и удаленных РВС зона обслуживания уменьшается (рис.…