Анализ электромагнитной совместимости

Федеральное агентство по образованию

___________________________________

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

_____________________________________

 

Е. М. ВИНОГРАДОВ

 

Анализ электромагнитной совместимости

Радиоэлектронных средств

  Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по…  

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Список использованных сокращений. 6

Введение. 7

1. Проблема ЭМС и причины ее появления.. 9

1.1. Основные понятия и определения. 9

1.2. Причины появления проблемы ЭМС.. 11

1.3. Последствия отсутствия ЭМС и особенности изучения проблемы ЭМС РЭС.. 16

2. Источники и рецепторы электромагнитных помех (ЭМП) 18

2.1 Классификация ЭМП по связям с источником помехи и некоторые их характеристики 18

2.2. Рецепторы ЭМП. Внутрисистемная и межсистемная ЭМС.. 23

2.3. Пути проникновения помех. Виды помех в электрических цепях. 24

3. Измерение параметров ЭМС технических средств.. 27

3.1. Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним.. 27

3.1. Измерение помех излучения и восприимчивости к ним.. 34

4. Технические методы подавления и защиты от помех.. 42

4.1. Экранирование. 42

4.2. Фильтрация. 47

4.3. Заземление. 51

5. Радиочастотный спектр и его использование.. 55

5.1. Радиочастотный спектр и диапазоны частот. 55

5.2. Основные понятия, связанные с использованием РЧС.. 58

5.3. Регулирование использования РЧС в Российской Федерации. 60

5.4. Стандартизация и международная кооперация в области ЭМС.. 62

6. Общий подход к анализу и обеспечению ЭМС.. 69

6.1. Требования к методам анализа ЭМС.. 69

6.2. Анализ параметров ЭМС систем на стадии разработки. 70

6.3. Анализ внутрисистемной и межсистемной ЭМС РЭС.. 73

6.4. Основные направления по решению проблемы ЭМС.. 76

7. Описание излучений радиопередатчиков в задачах ЭМС.. 79

7.1. Виды излучений радиопередатчиков. 79

7.2. Основное и внеполосное сигнальное излучения. 82

7.2.1. Класс излучения. 82

7.2.2. Параметры и модели основного и внеполосных излучений. 86

7.3. Побочные излучения радиопередатчиков. 95

7.4. Шумовые излучения передатчика. 100

8. Описание радиоприемных устройств в задачах ЭМС.. 105

8.1. Общие характеристики радиоприемных устройств, определяющие их совместимость с окружением.. 105

8.2. Основной канал приема радиоприемника и его описание. 108

8.3. Побочные каналы приема и их описание. 113

8.4. Оценка коэффициента частотной коррекции. 117

9. Нелинейные эффекты в приемопередающей аппаратуре.. 124

и их оценка в задачах ЭМС.. 124

9.1. Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры.. 124

9.2. Компрессия сигнала в радиоприемнике. Параметры, определяющие динамический диапазон приемника по основному каналу приема. 126

9.3. Эффект блокирования радиоприемного устройства. Основные параметры, характеристики и методы их измерения. 130

9.4. Перенос шумов гетеродина. 135

9.4.1. Фазовый шум генератора. 135

9.4.2.Перенос шумов гетеродина. 138

9.5. Интермодуляция. 140

9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции. 140

9.5.2. Интермодуляция в радиоприемных устройствах. Параметры, связанные с эффектом интермодуляции. 143

9.5.3. Интермодуляция в радиопередатчиках. 146

9.5.4. Точка пересечения и расчет уровней интермодуляционных продуктов на нелинейном элементе 149

9.5.5. Измерение и расчет точек пересечения. 153

9.5.6. Динамический диапазон приемника по интермодуляции и связь параметров нелинейности 158

9.5.7. Оценка мощности интермодуляционных продуктов с использованием точки пересечения 161

9.6. Перекрестные искажения. 163

9.7. Оценка нелинейных явлений в задачах ЭМС РЭС.. 165

9.7.1. Оценка эффекта блокирования РПУ.. 165

9.7.2.Оценка уровней интермодуляционных продуктов в радиопередатчиках. 172

9.7.3. Оценка интермодуляции в радиоприемниках. 181

9.7.4. Оценка перекрестных искажений. 191

10. Описание антенных устройств в задачах ЭМС.. 192

10.1. Некоторые общие сведения о характеристиках антенн. 192

10.2. Особенности описания антенных устройств в задачах ЭМС.. 197

10.3. Детерминированное описание диаграмм направленности антенн. 199

10.3.1. ДНА в области рабочих частот. 200

10.3.2. ДНА на нерабочих частотах. 204

10.4. Статистическое описание диаграмм направленности антенн. 206

10.5. Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования. 208

10.6. Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов. 210

10.7. Ближняя зона. 215

11. Оценка потерь на трассах распространения.. 217

11.1. Общие положения. 217

11.2. Модели для оценки потерь на трассах распространения и цифровые карты местности 224

11.3. Графические модели. 227

11.4. Аналитические модели. 232

11.5. Оценка потерь на дифракцию.. 243

11.5.1. Зоны Френеля. 243

11.5.2. Дифракция на клине. 247

11.5.3. Дифракция на цилиндре. 250

12. Критерии оценки ЭМС.. 253

12.1. Рабочие характеристики и оценка качества работы РЭС.. 253

12.2. Виды рабочих характеристик РЭС различного назначения. 257

12.3. Критерии ЭМС.. 263

12.4. Моделирование процессов управления мощностью передатчиков в сетях сухопутной подвижной связи. 271

13. Организационные методы обеспечения ЭМС.. 281

13.1. Частотно-территориальное планирование. 281

13.2. Управление параметрами радиосигналов. 286

13.3. Радиоконтроль и его роль в управлении использованием радиочастотного спектра и обеспечения ЭМС.. 290

Заключение. 294

Список литературы.. 295

 

Список использованных сокращений

АРУ – автоматическая регулировка усиления; АС – абонентская станция; АФТ – антенно-фидерный тракт;

Введение

Развитие и широкое использование в народно-хозяйственной и оборонной деятельности страны радиотехнических систем различного назначения, как-то систем радиосвязи, радиолокации, радионавигации и др., приводит как к росту числа эксплуатируемых радиоэлектронных средств и систем (РЭС), так и к интенсивному использованию технически освоенной части радиочастотного спектра (РЧС). Результатом такой деятельности является рост непреднамеренных помех между функционирующими РЭС. Ввод в эксплуатацию новых радиоэлектронных средств и использование средств радиотелекоммуникации широкими слоями населения требуют повышения эффективности использования РЧС, т. е. обслуживания как можно большего числа пользователей в выделенном для работы участке спектра при требуемом качестве работы РЭС и предоставляемых услуг. Обеспечение требуемого качества работы РЭС при наличии между ними непреднамеренных помех составляет существо проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Улучшение технических характеристик радиопередающих и радиоприемных устройств, разработка новых радиотехнологий для систем радиовещания, телевидения, радиотелекоммуникаций позволяют повысить эффективность использования РЧС, но не снимают проблему обеспечения ЭМС РЭС.

Решение проблемы ЭМС начинается на стадии разработки изделий, которые могут создавать помеху или реагировать на нее. На этом этапе задача состоит в том, чтобы разработать изделие с возможно меньшим уровнем мешающих излучений и/или наименьшей восприимчивостью к помехам. На этапе ввода РЭС в эксплуатацию наиболее важной задачей является задача выбора местоположения РЭС и его рабочих параметров, в частности рабочей частоты, т. е. разработка частотно-территориального плана. Ни одно частотное присвоение и ни один частотно-территориальный план не могут быть реализованы без анализа и положительного решения проблемы ЭМС. На этапе эксплуатации поддержание ЭМС функционирующих РЭС производится организационно-техническими методами с использованием радиоконтроля.

Учитывая, что с проблемой ЭМС приходится иметь дело на всех этапах жизненного цикла РЭС, знакомство с ней, а также методами анализа и обеспечения ЭМС является необходимым условием для полноценной работы специалистов, занимающихся как разработкой, так и внедрением и эксплуатацией РЭС.

Целью данного пособия является рассмотрение проблемы ЭМС в первую очередь для систем радиосвязи и телекоммуникаций, хотя в нем затрагиваются и другие вопросы, связанные с указанной проблемой. Для удобства чтения в разделах, относящихся к математическим моделям основных элементов анализируемых совокупностей РЭС, как-то радиопередатчиков, радиоприемников, антенных систем, потерь в пространстве распространения, приводится краткая информация о параметрах и характеристиках этих элементов. В основе параметров и характеристик РЭС и математических моделей, используемых для анализа ЭМС, лежат нормативно-техническая документация, используемая в России, отчеты и рекомендации Международного союза электросвязи (МСЭ) и Европейской конференции администраций почт и электросвязи (CEPT) и методики, составляющие основу программных средств, применяемых в настоящее время для решения задач ЭМС.

Пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей, специализирующихся, в первую очередь, в области телекоммуникаций. Оно также может быть полезным для курсов повышения квалификации специалистов, занимающихся вопросами частотно-территориального планирования и радиоконтроля, а также разработчикам радиоэлектронной аппаратуры.

Проблема ЭМС и причины ее появления

Основные понятия и определения

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 также изделием промышленного, 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/м²]).

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… Если рассмотреть, например, диапазон высоких частот (3…30 МГц), то он занимает… Возможность многократного использования радиочастот зависит от условий распространения радиоволн в том или ином…

Источники и рецепторы электромагнитных помех (ЭМП)

Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств определяется качеством работы РЭС в электромагнитной обстановке, которая формируется как… Источником помехи считается любой источник искусственного или естественного…    

Естественные ЭМП.

Атмосферная помеха – естественная помеха, источником которой являются электрические разряды в атмосфере. Частоты, на которых атмосферная помеха… Электростатическая помеха – естественная помеха, обусловленная электризацией и… Накопление электрических зарядов в осадках и последующий их разряд вблизи или непосредственно на элементах антенны и…

Чувствительность некоторых полупроводниковых приборов

К электростатическому разряду

Искажения сигналов в среде распространения определяются передаточной характеристикой среды, в которой происходит распространение радиосигналов. В… · Внеземные ЭМП: Космическая помеха – естественная помеха, источником которой является излучение солнца, звезд и галактики. Космические…

Искусственные ЭМП

Индустриальная помеха – это электромагнитная помеха, создаваемая техническим средством. Но к индустриальным помехам не относятся помехи, создаваемые… Помеха, создаваемая системами зажигания автомобилей, имеет спектр от 10 кГц до… Помехи от линии электропередач (ЛЭП) обычно проявляются до частот порядка 100 МГц в виде мощного случайного шума.…

Рецепторы ЭМП. Внутрисистемная и межсистемная ЭМС

К естественным рецепторам относятся растения, животные и человек. Электромагнитные поля влияют на их рост и развитие. Однако исследование этого… Для проблемы ЭМС интерес представляют искусственные рецепторы, т. е.… Первая – это специальные сенсорные устройства, предназначенные для восприятия электромагнитных полей. При попадании в…

Измерение параметров ЭМС технических средств

Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним

Напряжение, возникающее на выходе вторичной обмотки, пропорционально магнитной проницаемости торроидального сердечника, площади его поперечного… Для измерения мощности токов электромагнитных помех в проводах используют… · петля коаксиального кабеля, намотанная на два или три ферритовых кольца, которая работает как трансформатор тока.…

Измерение помех излучения и восприимчивости к ним

Размеры открытой измерительной площадки зависят от расстояния D, на котором располагаются испытуемое изделие и мачта с измерительной антенной.… На площадке (рис. 3.7) размещаются диэлектрический поворотный столик высотой… Коммерческие стандарты предусматривают использование трех расстояний между испытуемым изделием и антенной, D = 3, 10…

Технические методы подавления и защиты от помех

Экранирование

Принцип действия экрана состоит в том, что он нарушает однородность пространства и создает скачок волнового сопротивления на пути распространения… Электромагнитная волна является композицией двух составляющих – электрического… Функциональные узлы и элементы радиоэлектронных средств, в которых имеются большие токи и малые напряжения, создают в…

Фильтрация

По аналогии с экраном, создающим для экранируемого поля скачок волнового сопротивления в пространстве распространения, фильтр работает, создавая… Фильтры применяют, как для локализации помех в местах их возникновения, так и… В цифровых устройствах, реализуемых на печатных платах, на образование электромагнитной помехи от токов переходных…

Заземление

Строго говоря, «заземление» означает электрическое соединение с массой Земли (планеты). В жилых домах, на промышленных предприятиях заземление… В радиотехнических и радиоэлектронных устройствах под системой заземления… Нерационально построенная система заземления в аппаратуре может явиться источником дополнительных помех и, наоборот,…

Радиочастотный спектр и его использование

Радиочастотный спектр и диапазоны частот

Электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве без искусственного волновода, частоты которых лежат ниже 3000 ГГц, относятся к… В Регламенте радиосвязи (РР) к радиочастотному спектру (РЧС) отнесены… Хотя радиочастотный спектр представлен очень широкой полосой частот, которая может быть использована радиоэлектронными…

Диапазоны частот электромагнитных колебаний

Возможность многократного использования радиочастот зависит от возможностей разнесения РЭС по расстоянию, условий распространения радиоволн,… Радиочастотный спектр, геометрическое пространство и время образуют… Объем радиочастотного пространства недоступен для радиоприемных устройств, если он заполнен излучением, не…

Основные понятия, связанные с использованием РЧС

Одним из основных понятий, связанных с использованием РЧС, является понятие службы радиосвязи. Как определено в Регламенте радиосвязи [59], служба радиосвязи – это «служба, включающая передачу, излучение и/или прием радиоволн для определенных целей электросвязи». При этом под электросвязью понимается «любая передача, излучение или прием знаков, сигналов, письменного текста, изображения и звуков или сообщений любого рода с помощью проводной, радио, оптической или других электромагнитных систем». Таким образом, радиосвязь является одним из видов электросвязи.

Диапазоны частот, на которые разбит РЧС, дополнительно делят на полосы частот, которые отводятся для использования определенной службой радиосвязи. Этот процесс называют распределением полосы частот. С этой целью составляют таблицы распределения полос частот (ТРЧ), в которых определены граничные значения полос частот и указаны службы радиосвязи, которые могут использовать эти полосы частот. Для целей распределения полос частот земной шар разделен на три Района, границы которых в первом приближении можно оценить следующим образом:

· Район 1 включает Европу, Африку, государства, входившие в бывший СССР, и Монголию;

· Район 2 – это Южная и Северная Америка и Гренландия;

· Район 3 – Азия, Австралия и Индия.

Более точно границы Районов представлены в Регламенте радиосвязи. В каждом из этих Районов, которые в совокупности охватывают все населенные территории, устанавливают свои распределения полос частот, и такие полосы частот называют распределенными на всемирной основе. Хотя по многим позициям распределения частот в разных Районах совпадают, однако имеются и отличия. Соответствующие полосы частот называются распределенными на Региональной основе. Особенности распределения частот в отдельных странах или группах стран даны в Примечаниях к международной ТРЧ. Эти примечания составляют неотъемлемую часть Таблицы распределения полос частот.

Международная ТРЧ, представленная в Регламенте радиосвязи, дает схему использования радиочастот только в части служб радиосвязи. В Регламенте радиосвязи перечислены более сорока таких служб. Детали схемы использования представленной ТРЧ применительно к своим радиослужбам и радиосистемам каждое государство уточняет самостоятельно и разрабатывает свою национальную ТРЧ, а также условия и процедуры присвоения частот конкретным РЭС. В настоящее время страны, входящие в Европейский союз, создают единую для этих стран ТРЧ.

Более точно понятие распределение дано в [59].

Распределение (полосы частот) – это запись в Таблице распределения частот некоторой заданной полосы частот с целью ее использования одной или несколькими наземными или космическими службами радиосвязи или радиоастрономической службой при определенных условиях.

Подчеркнем еще раз, что понятие распределение относится только к полосам частот и к службам радиосвязи. По отношению к радиочастотам и радиочастотным каналам употребляют термины выделение и присвоение (радиочастоты или радиочастотного канала):

· выделение (радиочастоты или радиочастотного канала) – это запись определенного частотного канала в согласованном плане, принятом компетентной конференцией, для использования его одной или несколькими администрациями для наземной или космической службы радиосвязи в одной или нескольких указанных странах или географических зонах при определенных условиях;

· присвоение (радиочастоты или радиочастотного канала) – это разрешение, выдаваемое администрацией какой-либо радиостанции на использование радиочастоты или радиочастотного канала при определенных условиях.

Таким образом, термин распределение используется, когда речь идет о службах радиосвязи, выделение – когда частота или частотный канал предоставляются зонам или странам, и присвоение – когда разрешение на использование частоты или радиочастотного канала получает радиостанция.

Регулирование использования РЧС в Российской Федерации

Оценка ЭМС РЭС при частотном планировании и вводе в эксплуатацию новых РЭС является составным элементом процесса регулирования использования радиочастотного спектра. В Российской Федерации (РФ) регулирование использования РЧС осуществляет Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) при Министерстве связи и массовых коммуникаций Российской Федерации (Минкомсвязи). ГКРЧ обладает всей полнотой полномочий в области регулирования РЧС. Основной задачей ГКРЧ является обеспечение эффективного и надлежащего использования радиочастотного ресурса, находящегося под юрисдикцией РФ, в интересах всех пользователей в соответствии с установленными приоритетами.

В отношении проблемы ЭМС в функции ГКРЧ входит определение и реализация технической политики в области обеспечения ЭМС РЭС. В связи с этим ГКРЧ наделено полномочиями:

- определять необходимость проведения научно-исследовательских работ в области использования РЧС и обеспечения ЭМС РЭС различных радиослужб;

- устанавливать критерии и методы оценки ЭМС РЭС в целях распределения и использования РЧС;

- утверждать нормы параметров радиоизлучений (приема) РЭС, влияющие на электромагнитную совместимость с другими РЭС, и нормы параметров защиты радиоприемных устройств РЭС от радиопомех.

ГКРЧ разрабатывает проекты национальной ТРЧ и плана перспективного использования РЧС радиоэлектронными средствами. Эти проекты после утверждения Правительством РФ становятся основой для распределения полос частот и присвоения рабочих частот радиоэлектронным средствам. Национальная Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации, принятая в 2006 г., охватывает частоты от 9 кГц до 1000 ГГц. Однако действительно распределенными между службами являются частоты от 9 кГц до 275 ГГц. Более высокие частоты принадлежат области экспериментальных исследований. В приложениях к национальной ТРЧ приведены перечни радиочастот, предназначенных для использования в промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных устройствах, а также полосы частот, предназначенные для использования устройствами малого радиуса действия.

В национальной Таблице распределения полос частот все полосы поделены на три категории, которые имеют следующие обозначения и несут следующий смысл:

· ГР – полоса радиочастот, предназначенная для преимущественного пользования РЭС гражданского назначения;

· ПР – полоса радиочастот, предназначенная для преимущественного пользования РЭС, работающих для нужд государственного управления, в том числе президентской связи, правительственной связи, нужд обороны страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка;

· СИ – полоса радиочастот совместного пользования РЭС любого назначения.

В полосах частот категории ПР присвоение (назначение) частот радиоэлектронным средствам Министерства обороны (Минобороны) или Федеральной службы охраны Российской Федерации (ФСО России) выполняют радиочастотные органы Минобороны или ФСО России. Заметим, что в российских документах, связанных с регулированием использования РЧС, термины «назначение» и «присвоение» частоты являются синонимами и используются на равноправной основе. Для РЭС гражданского назначения присвоение радиочастот и выдачу разрешений на использование радиочастот и радиочастотных каналов выполняет Федеральная служба по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), которая является составной частью системы регулирования использования РЧС. Присвоение частот Роскомнадзор проводит в пределах полос частот, выделенных ГКРЧ, которые, в общем случае, могут принадлежать любой категории. При этом вопрос о выделении гражданским средствам полосы частот, не относящейся к категории ГР, ГКРЧ решает совместно со всеми сторонами, заинтересованными в использовании этой полосы.

Присвоение частоты может выполняться на первичной или вторичной основе. Средства, получившие частоту на первичной основе, не должны испытывать недопустимых помех от других РЭС. Средства, получившие частоту на вторичной основе, не должны причинять помех радиоэлектронным средствам, которым радиочастоты присвоены на первичной основе, и не могут требовать защиты от радиопомех со стороны этих средств.

Еще одним важным звеном в системе регулирования использования РЧС в РФ является Радиочастотная служба, деятельность которой организует Роскомнадзор. Радиочастотная служба осуществляет организационные и технические меры по обеспечению надлежащего использования радиочастот или радиочастотных каналов и радиоэлектронных средств гражданского применения в соответствии с решениями ГКРЧ. Так, радиочастоты или радиочастотные каналы для РЭС гражданского назначения могут быть присвоены только при положительном экспертном заключении Радиочастотной службы. Радиочастотная служба определяет необходимость проведения расчетов и проводит расчеты ЭМС РЭС, а также определяет необходимость проведения международной координации относительно использования присвоений радиочастот или радиочастотных каналов. Методики расчета ЭМС, нормы частотно-территориального разноса утверждаются решениями ГКРЧ.

Важным элементом Радиочастотной службы является служба Радиоконтроля, которая обеспечивает Радиочастотную службу информацией, необходимой для присвоения частот радиоэлектронным средствам, и предоставляет через Радиочастотную службу информацию для Роскомнадзора о том, насколько реальное использование РЧС соответствует запланированному. При этом по отношению к владельцам РЭС, как юридическим лицам, так и гражданам, не выполняющим условия эксплуатации РЭС, записанные в разрешении на работу РЭС, или незаконно использующим радиочастотный спектр, Россвязьнадзор имеет право применять меры, как профилактического характера, так и меры, направленные на пресечение нарушений, в порядке и случаях, которые установлены законодательством РФ.

Стандартизация и международная кооперация в области ЭМС

Свой вклад в рассматриваемые вопросы вносят много международных организаций, среди которых можно выделить такие всемирные организации, как: МЭК – Международная электротехническая комиссия (IEC); СИСПР (МСКРП) – Международный специальный комитет по радиопомехам (CISPR);

Общий подход к анализу и обеспечению ЭМС

Требования к методам анализа ЭМС

Анализ параметров ЭМС на этапе разработки изделия и анализ ЭМС совокупности РЭС при вводе РЭС в эксплуатацию проводят с использованием, как… Основными целями анализа являются: - оценка того, что анализируемое устройство или совокупность РЭС соответствуют требованиям ЭМС;

Анализ параметров ЭМС систем на стадии разработки

1. Максимальные значения излучений, которые допустимы для модуля данного уровня. Определяются значениями напряженности поля как функции частоты. 2. Восприимчивость к излучениям. Определяется значением максимальной… 3. Уровень кондуктивных помех, создаваемых модулем. Определяется значением максимальной амплитуды тока в зависимости…

Анализ внутрисистемной и межсистемной ЭМС РЭС

Эта схема может быть использована для анализа как внутрисистемной ЭМС, если совокупность РЭС образует некоторую систему, так и межсистемной ЭМС,… Схема реализует модель, которую называют моделью дифференциального вклада… Для реализации методики, основанной на представленной модели, необходимо располагать математическими моделями…

Основные направления по решению проблемы ЭМС

1. Улучшение параметров ЭМС радиоаппаратуры. Улучшение параметров ЭМС радиоаппаратуры может быть достигнуто: - использованием новых схемотехнических решений и новых электронных компонентов с улучшенными электрическими…

Описание излучений радиопередатчиков в задачах ЭМС

Виды излучений радиопередатчиков

    Описать с помощью одной функции такой спектр невозможно. Основываясь на процессах, формирующих спектр излучений… Прежде всего, излучения передатчика делят на желательное и нежелательные. К желательному излучению относят основное излучение, которое предназначено для передачи полезной информации или…

Основное и внеполосное сигнальное излучения

Класс излучения

Описание основного излучения передатчика на качественном уровне дает класс излучения.

Класс излучения – это совокупность характеристик сигнала, которым присваиваются специальные буквенные или цифровые обозначения и которые указывают на вид модуляции, характер модулирующего сигнала, вид передаваемой информации, а при необходимости и на дополнительные характеристики сигнала.

Для обозначения класса излучения используется пять символов. Второй символ – цифра, остальные – буквы. При описании класса излучения обязательно приводятся первые три символа, которые обозначают основные характеристики сигнала. Два последних символа, описывающих дополнительные характеристики сигнала, являются необязательными и в зависимости от ситуации могут отсутствовать в описании класса сигнала.

Первый символ – буква указывает на тип модуляции основной несущей.

В качестве примера приведем некоторые символы, используемые для обозначения типа модуляции:

A – амплитудная модуляция с двумя боковыми полосами;

C – амплитудная модуляция с частично подавленной одной боковой полосой;

F – частотная модуляция;

G – фазовая модуляция;

D – основная несущая имеет амплитудную и угловую модуляцию либо одновременно, либо в заранее установленной последовательности;

P – импульсное излучение (последовательность импульсов) с немодулированной несущей.

Второй символ – цифра указывает на характер сигнала (сигналов), модулирующего основную несущую. В настоящее время для обозначения характера модулирующего сигнала используются следующие цифры:

0 – модулирующий сигнал отсутствует;

1 – один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию без использования модулирующей поднесущей;

2 – один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию при использовании модулирующей поднесущей;

3 – один канал с аналоговой информацией;

7 – два канала или более, содержащие квантованную или цифровую информацию;

8 – два канала или более с аналоговой информацией;

9 – система, содержащая каналы с квантованной или цифровой информацией и каналы с аналоговой информацией.

Третий символ – буква указывает на тип, передаваемой информации:

N – передаваемая информация отсутствует;

A – телеграфия для слухового приема;

B – телеграфия для автоматического приема;

C – факсимиле;

D – передача данных, телеметрия, телеуправление;

E – телефония (включая звуковое радиовещание);

F – телевидение (видео);

W – сочетание указанных выше типов.

Из приведенных характеристик основных символов, используемых для обозначения класса излучения, следует, что аналоговое радиовещание с амплитудной модуляцией и двумя боковыми полосами имеет класс излучения А3Е, F1B означает телеграфию с частотной манипуляцией и автоматическим приемом, а P0N – последовательность немодулированных радиоимпульсов (например, излучение импульсной радиолокационной станции)

Два последующих символа позволяют расширить информацию о передаваемом сигнале.

Четвертый символ – буква дает подробные данные о сигнале. Эти данные содержат сведения о характере кода, с помощью которого передается информация, если используется кодирование передаваемого сигнала, или о качестве передачи звука при передаче звуковых сообщений или о виде передаваемого изображения. Так буква А обозначает двухпозиционный код с разным количеством элементов и/или разной длительности, а буква G – звук радиовещательного качества при монофонической передаче. Аналогично, буква H означает звук радиовещательного качества при стереофонической или квадрофонической передаче, а буква J – звук с качеством, приемлемым для коммерческой связи. Буквы M и N используются, соответственно, для передачи монохромного или цветного сигналов изображения.

Пятый символ – буква указывает на характер уплотнения:

N – уплотнение отсутствует;

C – кодовое уплотнение;

F – частотное уплотнение;

T – временное уплотнение;

W – сочетание частотного и временного уплотнений.

Более подробную информацию о символике, используемой для обозначения класса излучения, можно получить в [59].

Для более полного описания излучения перед обозначением класса указывают необходимую ширину полосы частот. Необходимая ширина полосы выражается тремя цифрами и одной буквой. Буква играет роль десятичной запятой, отделяющей целую часть от дробной в десятичной дроби и указывает на единицу измерения ширины полосы частот: H – Гц, K – кГц, M – МГц, G – ГГц. Первый знак не может быть ни нулем, ни буквой К, М или G, но может быть буквой H.

Используя установленные правила представления необходимой ширины полосы, можно записать:

0.1 Гц = H100, 72.1 Гц =72H1, 2.4 кГц = 2К40, 2 МГц = 2М00, 3.12 ГГц = 3G12.

Если необходимая полоса определена более чем тремя цифрами, то при записи она округляется до трех цифр согласно следующему правилу:

150.4 кГц = 150К, 150.5 кГц = 151К, 150.6 кГц = 151К.

Необходимая ширина полосы является расчетной величиной. Значение необходимой полосы зависит от класса излучения и параметров модуляции сигнала. Формулы для вычисления необходимой полосы устанавливают национальные и международные документы [60].

Например, для радиовещания и телефонии, использующих амплитудную модуляцию с двумя боковыми полосами, необходимая полоса, B_н, определяется выражением B_н = 2F_в, где F_в – максимальная (верхняя) частота модуляции.

Тогда для телефонии коммерческого качества, использующей указанный вид модуляции, при F_в = 3 кГц необходимая ширина полосы составит B_н = 6 кГц, а полная запись класса излучения будет иметь вид 6K00A3EJN.

Аналогично, для радиовещания с амплитудной модуляцией при F_в = 5 кГц, B_н = 10 кГц, и полная запись класса излучения имеет вид 10K0A3EGN.

Для телефонии и радиовещания с частотной модуляцией необходимая ширина полосы определяется как B_н = 2F_в + 2D, где D = (f_max-f_min)/ 2 – пиковая девиация частоты. Здесь f_max и f_min – максимальное и минимальное значение мгновенной частоты, соответственно.

Для телефонии коммерческого качества с частотной модуляцией при F_в = 3 кГц и D = 5 кГц имеем B_н = 16 кГц и класс излучения 16K0F3EJN. Для монофонического ЧМ вещания при F_в = 15 кГц и D = 75 кГц получим B_н = 180 кГц, а класс излучения 180KF3EGN.

Для других классов излучения существуют свои формулы, определяющие связь необходимой ширины полосы с параметрами модуляции несущей частоты.

Приведем еще несколько примеров записи класса излучения с указанием необходимой ширины полосы.

Полная ширина полосы, необходимая для передачи телевизионного изображения при числе строк равном 625, составляет 6.25 МГц, а класс излучения 6M25C3F- -. Последние два символа могут быть MN (черно-белое изображение без уплотнения) или NN (цветное изображение без уплотнения). Ширина полосы звука, включая защитные полосы, составляет 750 кГц. Класс излучения 750KF3EGN. При этом общая полоса радиочастотного канала составляет 7 МГц.

Для телеграфа с амплитудной манипуляцией для слухового приема с необходимой полосой 100 Гц (азбука Морзе) класс излучения будет записан как 100HA1AAN. Стандарты GSM 900/DCS 1800/PCS 1900 имеют класс излучения 271KF7W; стандарт TETRA – класс излучения 25K0D7W, стандарт CDMA – 1M25G7W.

Параметры и модели основного и внеполосных излучений

Параметрами основного излучения, которые необходимо учитывать при анализе ЭМС, являются центральная частота излучения (рабочая частота передатчика),… Маска спектральной плотности мощности, или просто маска спектра, представляет… За границами необходимой полосы располагается также область побочных излучений. Определения внеполосных и побочных…

Границы областей внеполосных излучений относительно центральной частоты

Основного излучения в зависимости от диапазона рабочих частот передатчика

И необходимой ширины полосы частот

Эта таблица почти полностью совпадает с нижней границей измерений побочных излучений, представленной в Нормах 18-07 [77]. Исключение составляет… Информацию о маске спектра можно получать разными способами. Наилучшим… Маска спектра связывает значения спектральной плотности мощности излучаемого сигнала с расстройкой относительно…

Точки излома спектральной маски для рис. 7.2

Частота относительно центральной частоты канала шириной 200 кГц, МГц	Относительный уровень в полосе 1 кГц, dBc
– 0.5	– 105
– 0.3	– 94
– 0.2	– 80
– 0.1	– 23
0.1	– 23
0.2	– 80
0.3	– 94
0.5	– 105

В данном случае область внеполосных излучений простирается от расстроек ±100 кГц (±0.5×200 кГц) до ±500 кГц (2.5×200 кГц). Относительный уровень спектральной плотности мощности, отображаемый маской, соответствует полосе частот 1 кГц. В качестве опорного уровня принят уровень средней мощности в полосе канала 200 кГц, что означает, что мощность в полосе канала, приходящаяся на полосу 1 кГц, составляет 10 lg (1 кГц/200 кГц) =
–23 дБ относительно средней мощности, излучаемой передатчиком в этом канале.

На рис.7.3 изображены обобщенные спектральные маски излучений для цифровых фиксированных служб, работающих на частотах выше 30 МГц.

В табл. 7.3 представлены точки излома рассматриваемых масок.

Таблица 7.3

Точки излома масок спектров, представленных на рис. 7.3

Все системы (за исключением систем FDMA)	Только системы FDMA
Расстройка от частотного разделения каналов, %	Ослабление, dBsd	Расстройка от частотного разделения каналов, %	Ослабление, dBsd
-	-

Маски спектра описывают значения ослабления спектральной плотности мощности внеполосных излучений относительно максимального значения спектральной плотности мощности в занимаемой полосе частот, принятого в качестве опорного.

Хотя спектральная маска не рассматривает дискретных спектральных линий в области внеполосных излучений, на средний уровень мощности этих линий в Рекомендациях МСЭ [61], [62] установлены ограничения, снижающие общий уровень помех в полосах соседних каналов.

 

Маски спектров, рассмотренные выше, используют кусочно-линейное представление ограничительной линии спектра. Наряду с ним существуют математические модели, использующие кусочно-логарифмический вид представления маски в форме [16]

M(Df) = M(Df_i) + M_i lg (Df / Df_i), (7.1)

где M(Df) – значение спектральной плотности мощности относительно максимума при расстройке Df относительно центральной частоты спектра, дБ, а Df_i £ Df £ Df_i+1, и i – номер участка, на котором описывается маска спектра;
Df_i – расстройка, соответствующая границе i-го участка маски; M_i – скорость изменения спектральной маски на i-ом участке, дБ/дек.

При логарифмическом масштабе по оси абсцисс (ось Df), маска, описываемая выражением (7.1), будет иметь вид, представленный на рис. 7.4. Внешне она похожа на маски, представленные на рис. 7.2 и 7.3. Однако при построении последних по оси частот использовалась линейная шкала, в то время как на рис. 7.4 шкала логарифмическая.

При построении маски согласно выражению (7.1) достаточно построить ее для значений Df > 0. Для отрицательных расстроек (Df < 0) маска спектра может быть получена зеркальным отображением маски при положительных расстройках (на рис. 7.4 обозначена пунктиром). Параметры математической модели вида (7.1) для некоторых видов сигналов приведены в табл. 7.4 [16].

Значения параметров модели, представляемой выражением (7.1), получают, либо на основании экспериментальных исследований спектров радиосигналов, либо посредством теоретического анализа спектров функций, которые описывают сигналы во временной области. При теоретических разработках спектральных масок могут использоваться некоторые свойства преобразования Фурье. В частности, так получены параметры маски спектра симметричного трапецеидального импульса, представленные в табл. 7.4.

Таблица 7.4

Параметры модели (7.1)

Рассмотрим этот пример подробнее. Преобразование Фурье S(ω) сигнала s(t) можно записать в виде S(ω) = exp (–jωt)dt. Для построения маски спектра может быть использовано следующее свойство преобразования Фурье:

Побочные излучения радиопередатчиков

Так же как и для основного излучения, основными параметрами, характеризующими побочные излучения, являются частота, мощность, а также спектральные… Как уже отмечалось ранее, излучения на гармониках являются наиболее мощными… - измерений на реальных передатчиках;

Параметры модели (7.9)

В каждом из частотных диапазонов, представленных в табл. 7.5, при определении коэффициентов A и B учитывалась только принадлежность передатчика к… Уровень мощности комбинационных излучений зависит от ряда факторов, одним из… При отсутствии данных об уровнях побочных излучений передатчика могут быть использованы национальные нормы на…

Предельные значения мощности побочных излучений в контрольной полосе

  При оценке мощности побочных излучений следует, если это возможно, производить… Что касается маски спектра побочных излучений, то в задачах оценки ЭМС РЭС в деталях ее не рассматривают. Для…

Шумовые излучения передатчика

Шумовые излучения характеризуют либо ослаблением, либо значением спектральной плотности мощности шума относительно мощности несущей (при ее… Для описания шумовых излучений используют эмпирические математические модели… Для представления ослабления спектральной плотности мощности шума передатчика, работающего в диапазоне ВЧ, может быть…

Параметры эмпирической модели, представленной выражением (7.10)

2. Значения, помеченные **, справедливы, начиная с Δf > 0.5 МГц. Информация о шумовых излучениях в стандартах на современные средства связи… Рассмотренные способы описания шумовых излучений позволяют оценить мощность шума, которую передатчик излучает в…

Описание радиоприемных устройств в задачах ЭМС

8.1. Общие характеристики радиоприемных устройств,
определяющие их совместимость с окружением

ЭМС совокупности РЭС, содержащей радиопередатчики (РПД) и радиоприемные устройства определяется не только электромагнитной обстановкой (ЭМО) в точках размещения антенных устройств РПУ, но и восприимчивостью РПУ к помехам.

Восприимчивость РПУ – это свойство устройства реагировать на помехи, воздействующие через антенну и помимо нее (в том числе через экран) по цепям питания и коммутации. Кроме того, приемники сами могут создавать помехи по цепям питания, коммутации и заземления, а наиболее употребительный вид приемника – супергетеродинный приемник – может создавать помехи посредством излучения сигналов гетеродинов через антенну или по другим каналам.

Можно выделить четыре группы характеристик, определяющих ЭМС РПУ с его окружением. К ним относятся [69]:

1. Характеристики частотной избирательности, определяемые односигнальными методами:

- избирательность по основному каналу приема (ОКП);

- избирательность по побочным каналам приема (ПКП).

2. Характеристики частотной избирательности, определяемые многосигнальными методами:

- избирательность по блокированию, интермодуляции, перекрестным искажениям;

- избирательность по побочным каналам приема.

3. Характеристики восприимчивости к помехам:

- к излучаемым помехам;

- к помехам по цепям питания, управления, коммутации и заземления.

4. Характеристики создаваемых индустриальных помех:

- помех излучения;

- помех по цепям питания, управления, коммутации и заземления.

Математическое описание перечисленных характеристик РПУ образует математическую модель радиоприемника, которая может использоваться при решении разнообразных задач. В задачах ЭМС эти характеристики должны быть представлены в широкой полосе частот. Для анализа влияния помех, попадающих на вход РПУ через антенну, интерес представляют характеристики двух первых групп. Характеристики избирательности по блокированию, интермодуляции и перекрестным искажениям будут рассмотрены в разделе, связанном с анализом нелинейных эффектов в приемопередающей аппаратуре (гл. 9). Заметим, что хотя указанные группы характеристик во многом определяют совместимость РПУ с окружением, их недостаточно для оценки совместимости, поскольку нужна информация еще о ряде параметров приемника.

На рис. 8.1 представлена упрощенная структурная схема супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты, где обозначены: УВЧ – усилитель высокой частоты; Гет. – гетеродин; УПЧ – усилитель промежуточной частоты; Дет. – детектор; УНЧ – усилитель низкой частоты; ТПИУ – тракт предварительной избирательности и усиления; ТОИУ – тракт основной избирательности и усиления.

Преселектор или тракт предварительной избирательности и усиления (ТПИУ) предназначен для предварительного выделения полезного сигнала из множества сигналов, присутствующих на входе приемника, его усиления и переноса на промежуточную частоту f_пр. Преселектор обеспечивает необходимую чувствительность приемника и подавляет помехи, которые поступают по другим каналам приема, присущим супергетеродинным приемникам. Полоса пропускания тракта ТПИУ значительно шире полосы пропускания последующих трактов приемника. Поэтому мощные помехи могут вызывать в этом тракте нелинейные эффекты.

Тракт основной избирательности и усиления (ТОИУ или тракт промежуточной частоты (ПЧ)) выполняет функцию окончательного выделения полезного сигнала, подавляя помехи, находящиеся за пределами полосы пропускания тракта, и усиливает сигнал до уровня, необходимого для нормальной работы детектора приемника.

Детектор приемника выделяет информационный сигнал.

Усилитель низкой частоты или видеоусилитель усиливают информационный сигнал до уровня, необходимого для нормальной работы выходного устройства, на которое поступает сигнал и в качестве которого могут выступать динамик, телевизионная трубка, буквопечатающий аппарат или другие технические устройства.

В приемнике может использоваться многократное преобразование частоты.

Способность приемника выделять полезный сигнал из совокупности составляющих напряженности электромагнитного поля, в котором находится антенна, называется избирательностью. В общем случае приемник с антенной может обладать различными видами избирательности: пространственной (которую выполняет антенна), временной, амплитудной, фазовой, частотной (эти виды избирательности осуществляет сам приемник). Частотная избирательность, в отличие от других видов избирательности, которые относятся к специальным приемникам, характерна для любого приемника. Характеристику частотной избирательности измеряют, используя один сигнал на входе приемника с уровнем, не вызывающем нелинейных эффектов в тракте приема. Перестраивая частоту входного сигнала, на каждой частоте измерения фиксируют значение уровня сигнала на входе приемника при постоянном значении сигнала на выходе приемника.

Общий вид характеристики избирательности приемника, снятой односигнальным методом, представлен на рис.8.2, где обозначены: P_R – уровень сигнала на входе приемника; B_R – полоса пропускания по основному каналу приема; f_0R – частота настройки приемника; f_г – частота гетеродина; f_пч – промежуточная частота; f_зк – частота зеркального канала.

На характеристике можно выделить основной канал приема, центральная частота которого соответствует частоте настройки приемника, f_0R. Основным каналом приема (ОКП) называют полосу частот, находящуюся в полосе пропускания приемника, предназначенную для приема сигнала.

Кроме основного канала приема в приемнике имеются неосновные каналы приема, которые делят на соседние и побочные. Если для радиослужбы определена сетка частот и ширина канала в этой сетке, то соседними называют каналы, которые непосредственно примыкают к верхней и нижней границе канала, на частоту которого настроен приемник. При отсутствии сетки частот за ширину канала принимают ширину необходимой полосы частот полезного сигнала приемника. В зависимости от расстояния до основного канала приема различают первый, второй, третий и т. д. соседние каналы приема. Появление соседних каналов приема связано с отклонением амплитудно-частотной характеристики тракта основной избирательности и усиления (тракта ПЧ) от идеальной прямоугольной формы. Поскольку полоса пропускания преселектора значительно превышает полосу тракта ПЧ, то ослабление помех по соседним каналам приема во входной цепи РПУ относительно невелико, особенно, если каналы расположены недалеко от ОКП. Мощные помехи, поступающие по этим каналам, являются основной причиной нелинейных эффектов в РПУ, в связи с чем эти эффекты часто называют эффектами по соседнему каналу.

Характеристика частотной избирательности, приведенная на рис. 8.2, показывает, что в супергетеродинном приемнике присутствуют отклики на сигналы, частоты которых находятся далеко от ОКП и не попадают в соседние каналы приема.

Полосы частот, находящиеся за пределами основного канала приема, в которых сигнал проходит на выход приемника, называют побочными каналами приема (ПКП). Излучения радиопередатчиков, особенно основные излучения, обладающие наибольшей мощностью, могут по ПКП создавать помехи приему полезных сигналов. Для оценки влияния помех по основному и побочным каналам приема нужно знать параметры этих каналов и иметь информацию о характеристиках частотной избирательности каналов.

Основной канал приема радиоприемника и его описание

Центральной частотой основного канала приема является частота настройки РПУ. Способность приемника обеспечить качественный прием слабых сигналов в… Реальная чувствительность радиоприемника, ограниченная шумами, определяется минимальным уровнем радиосигнала на входе…

Побочные каналы приема и их описание

- комбинационные побочные каналы приема; - субгармонические побочные каналы приема; - ПКП на промежуточных частотах.

Параметры модели (8.9)

Lпк(f) = PR(f) – PR(f0R) = I lg (f/f0R) + J. (8.10) Что касается избирательности по побочным каналам приема, то для ее описания…

Оценка коэффициента частотной коррекции

Чтобы провести такую замену, нужно рассчитать коэффициент частотной коррекции помехи. Коэффициент частотной коррекции показывает, как ослабляется… Поскольку восприимчивость по ПКП существенно отличается от чувствительности… ОО – основное излучение передатчика действует по основному каналу приема РПУ;

Нелинейные эффекты в приемопередающей аппаратуре

И их оценка в задачах ЭМС

Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры

В РПУ нелинейные явления обычно имеют место в каскадах, предшествующих первому усилителю промежуточной частоты – в УВЧ и первом смесителе (в… Специфические нелинейные процессы, не связанные с процессом формирования… Радиоприемные и радиопередающие устройства составлены из каскадно-соединенных электронных приборов – усилителей и…

Перенос шумов гетеродина

Фазовый шум генератора

Тепловой шум имеет место в резисторах. Наблюдается также в транзисторах и зависит от напряжения смещения на электродах транзистора. Имеет постоянную… Дробовый шум связан с постоянным током, протекающим через p-n переходы… Тепловой и дробовый шум являются главными вкладчиками в шум генератора при больших отстройках по частоте.

Перенос шумов гетеродина

Этот эффект можно распространить на модулированный входной сигнал. Он проявляется в добавлении нежелательной фазовой модуляции к модуляции, которую… Теперь рассмотрим ситуацию, когда на смеситель, помимо полезного сигнала S на… Это эффект демонстрирует также рис. 9.12, б. Входные сигналы, полезный сигнал S и мешающий сигнал I, переносятся на…

Интермодуляция

Интермодуляция – самый общий случай нелинейного преобразования электромагнитных колебаний. Интермодуляция состоит в появлении новых частот на выходе… fим = | n1f1 + n2f2 +…+ nkfk |, где fим – частота интермодуляции; n1,…, nk – целые числа, положительные и отрицательные.

Интермодуляция в радиопередатчиках

Тип 1. Интермодуляция в одиночном передатчике. Интермодуляционные продукты в одиночном передатчике могут возникать как в полосе передаваемого… Тип 2. Многоканальная интермодуляция. Этот тип интермодуляции возникает в… Тип 3. Интермодуляция между передатчиками. Этот тип интермодуляции может возникать между передатчиками, антенны…

Измерение и расчет точек пересечения

Измерения выполняют двухсигнальным методом. Обычно измеряют точку пересечения третьего порядка. Однако в спецификациях радиоприемных устройств можно… Рассмотрим ситуацию общего случая, когда измеряется точка пересечения… =. (9.27)

Перекрестные искажения

Параметрами перекрестных искажений являются коэффициент перекрестных искажений, уровень восприимчивости к перекрестным искажениям и динамический… Коэффициент перекрестных искажений – это отношение уровня спектральных… ,

Оценка нелинейных явлений в задачах ЭМС РЭС

Оценка эффекта блокирования РПУ

= (S/N) – D(S/N), (9.46) где D(S/N) – уменьшение отношения сигнал/шум под действием помехи. Задача состоит в оценке значения D(S/N). Значение D(S/N)¹0 только в том случае, если помеха, находящаяся в одном…

Характеристики блокирования приемников некоторых цифровых систем связи

Поскольку при таком подходе уровень полезного сигнала фиксирован и близок к чувствительности приемника, то ситуация, для которой производится оценка… Отметим также, что в системах сухопутной подвижной связи стандартов TDMA/FDMA,… 9.7.2.Оценка уровней интермодуляционных продуктов в радиопередатчиках

Параметры эмпирической модели (9.66)

Двухсигнальная интермодуляция 3-го порядка: fим = 2fv – fi
Df, МГц	a	b
0 < Df £ 0.8	10.8	2.1
0.8 < Df £ 5.5	9.3	4.0
Df > 5.5	13.4	3.2
Двухсигнальная интермодуляция 5-го порядка: fим = 3fv – 2fi
0 < Df £ 1.5		11.4
Df > 1.5		7.5

Оценка интермодуляции в радиоприемниках

Таблица 9.4

Границы частотных интервалов для анализа нелинейных эффектов в приемнике

Значения максимальных расстроек, приведенные в табл. 9.4, в определенной степени можно считать условными. Они дают некоторый ориентир на порядок… Интермодуляционная помеха, образующаяся в приемнике, является потенциально… | fим – f0R | £ Bпч/2 (9.67)

Эмпирические модели для оценки эффекта интермодуляции в радиоприемниках

; n – число сигналов, образующих ИМП (n = 2, 3); Dfi = | f0R – fi |, МГц .

Оценка перекрестных искажений

Амплитудно-фазовая конверсия имеет место, когда усилительные приборы, используемые в радиоприемных устройствах, обладают нелинейными… Перекрестная амплитудная модуляция характерна для области более низких частот,… ,

Описание антенных устройств в задачах ЭМС

Некоторые общие сведения о характеристиках антенн

Антенна является устройством преобразования пространственных электромагнитных волн и напряжений или токов в линиях передач. При излучении антенна преобразует электрические сигналы в радиоволны. При приеме происходит обратный процесс, и антенна преобразует электромагнитные волны в электрические сигналы. При анализе ЭМС радиоэлектронных средств различного назначения, в состав которых входят радиопередающие и радиоприемные устройства, антенны выполняют оба преобразования.

Большинство антенн являются пассивными структурами, для которых справедлив принцип взаимности. Согласно этому принципу все свойства антенн, которые определяются отношением полей, остаются одними и теми же вне зависимости от того, используется ли антенна для излучения или для приема радиоволн. Технически принцип взаимности для антенн характеризуется обратимостью их взаимодействия: при взаимной перемене передающей и приемной антенн результат взаимодействия антенн не изменяется. Принцип взаимности позволяет определять ряд характеристик антенн в режиме излучения, а использовать эти характеристики в режиме приема. Принцип взаимности позволяет также использовать в задачах оценки ЭМС одни и те же математические модели антенн для радиоприемных и радиопередающих устройств, поскольку эти модели используют свойства антенн, определяющиеся отношением полей.

В качестве основной математической модели антенны в задачах ЭМС используется математическое описание диаграммы направленности антенны. Все реальные антенны являются направленными, излучающими в некоторых направлениях больший уровень мощности, чем в остальных. Когда антенна используется в режиме приема, это означает, что электромагнитная волна, поступающая в антенну, с некоторых направлений создает на ее нагрузке сигнал более высокого уровня, чем с других направлений. Даже, если антенна является ненаправленной (говорят также «всенаправленной»), например, в горизонтальной плоскости, она обладает определенной направленностью в вертикальной плоскости. Исключение составляет гипотетическая изотропная антенна, которая без потерь излучает подведенную к ней мощность одинаково во всех направлениях и одинаково реагирует на одну и ту же напряженность поля, поступающего с любого направления.

Обычно, характеризуя направленные свойства антенны, говорят о ее коэффициенте усиления в определенном направлении. На самом деле антенна, состоящая из пассивных элементов, не усиливает подведенную к ней мощность, а только распределяет ее в пространстве, но так, чтобы использовать ее наилучшим образом для намеченной цели.

Кроме коэффициента усиления для описания направленных свойств антенны используются такие понятия, как коэффициент направленного действия (КНД) и диаграмма направленности антенны (ДНА). Все эти понятия: коэффициент усиления антенны, КНД и ДНА – связаны между собой, и рассматривать их лучше, начиная с КНД.

Понятие коэффициента направленного действия можно продемонстрировать на следующем визуальном примере. Рассмотрим эластичную сферу, заполненную несжимаемой жидкостью (рис. 10.1, а). Пусть точка в центре сферы изображает изотропный излучатель, который во всех направлениях имеет одинаковую интенсивность излучения, а радиус этой сферы r₀ пропорционален интенсивности излучения. Под интенсивностью излучения понимают мощность, излученную в единичном телесном угле. Деформируем сферу, сжав ее в некоторой области ее поверхности. Учитывая, что сфера заполнена несжимаемой жидкостью, и, следовательно, объем жидкости должен оставаться неизменным, сфера растянется в других направлениях, изменив свою форму, например, как это представлено на рис. 10.1, б. Расстояние от центральной точки сферы до точек новой поверхности будет теперь неодинаковым, хотя среднее расстояние останется равным исходному радиусу r₀. Расстояние r_d от центра до точки на деформированной поверхности теперь будет пропорционально интенсивности излучения в направлении, определяемом этой точкой. Гипотетическая антенна, размещенная в деформированной фигуре, не усиливает подведенную к ней мощность, но обладает способностью направлять излучаемую мощность в определенном направлении (или направлениях). Отношение расстояния r_d от этой антенны до любой конкретной точки на новой поверхности к среднему расстоянию (или радиусу исходной сферы) r₀ называется коэффициентом направленного действия антенны. Таким образом, КНД в определенном направлении представляет собой отношение интенсивности излучения в этом направлении идеальной антенны без потерь к интенсивности излучения изотропной антенны, когда к антеннам подведены одинаковые мощности. Обычно указывают максимальное значение КНД.

Реальная антенна отличается от идеальной тем, что в ней присутствуют потери, например, омические потери, приводящие к тому, что часть мощности, поступающей в антенну, не излучается в окружающее пространство, а превращается в тепло, т. е. реальная антенна имеет к.п.д. меньший единицы. Произведение КНД на к.п.д. антенны определяет коэффициент усиления антенны:

g = hD,

где g – коэффициент усиления антенны (в разах); h - к.п.д. антенны; D – КНД антенны.

,

где R_r – сопротивление излучения антенны. Сопротивление излучения антенны – это сопротивление, которое будучи поставленным вместо антенны, поглощает такую же мощность, какую излучает антенна; R₀ – сопротивление омических потерь антенны; R_i – полное сопротивление антенны.

Из определения коэффициента усиления антенны следует, что в отличие от КНД, где рассматривается идеальная антенна, коэффициент усиления показывает, как по отношению к изотропному излучателю перераспределяет мощность в пространстве реальная антенна. Если коэффициент усиления антенны в каком-то направлении больше единицы, то интенсивность излучения реальной антенны в этом направлении больше интенсивности излучения изотропной антенны (при одинаковых мощностях, подведенных к антеннам) в число раз равное коэффициенту усиления антенны. Если коэффициент усиления антенны в каком-то направлении меньше единицы, то интенсивность излучения реальной антенны будет меньше интенсивности излучения изотропной антенны в соответствующее число раз.

В качестве эталонной антенны, по отношению к которой определяется коэффициент усиления реальной антенны, иногда используется полуволновой диполь. Коэффициент усиления антенны в этом случае определяют относительно максимума излучения полуволнового диполя. Поскольку эталонные антенны могут различаться, одно из определений коэффициента усиления антенны формулируется следующим образом: «Коэффициент усиления антенны – это отношение мощности на входе эталонной антенны без потерь к мощности, подводимой к входу рассматриваемой реальной антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или плотности потока мощности».

Коэффициент усиления антенны обычно выражают в децибелах. В дальнейшем для коэффициента усиления антенны, выраженного в децибелах, будем использовать обозначение G, для обозначения коэффициента усиления антенны в разах – обозначение g. Если в качестве эталонной антенны используется изотропная антенна (наиболее частый случай), то усиление антенны, выраженное в децибелах, обозначают dBi. Если в качестве эталонной антенны используется полуволновой диполь, усиление в децибелах обозначают dBd. Между коэффициентами усиления, выраженными в dBi и dBd, существует связь, а именно:

G[dBi] = G[dBd] + 2.15 (10.1)

В спецификациях на антенны обычно указывают максимальный коэффициент усиления антенны, выраженный в dBi.

В общем случае при приеме электромагнитных волн для преобразования параметров электромагнитного поля в параметры электрических сигналов на выходе антенны могут быть использованы и другие параметры антенны, такие как действующая высота антенны h_д, или эффективная площадь апертуры антенны A_эф, которые, как и коэффициент усиления антенны, зависят от направления прихода электромагнитной волны.

Действующая высота антенны h_д, м, является коэффициентом пропорциональности, связывающим напряженность электромагнитного поля E, В/м, в месте установки антенны с эдс e, В, на зажимах антенны:

e = h_д E

Поскольку действующая высота антенны определяется как отношение напряжения на разомкнутом выходе антенны к напряженности падающего поля, то действующая высота антенны не зависит от сопротивления нагрузки.

Эффективная площадь апертуры антенны A_эф [м²] является коэффициентом пропорциональности, который связывает плотность потока мощности электромагнитного поля П [Вт/м²] в месте установки антенны с мощностью P_а [Вт], принимаемой антенной:

P_а = A_эф П

Коэффициент усиления антенны g, действующая высота h_д и эффективная площадь апертуры антенны A_эф связаны между собой соотношением:

,

где λ – длина волны электромагнитного поля; Z₀ = 120π ≈ 377 Ом – волновое сопротивление свободного пространства.

Связь между эффективной площадью апертуры антенны и коэффициентом усиления определяет соотношение:

Основной характеристикой антенн, математическое описание которой рассматривается как математическая модель антенны, является диаграмма направленности антенны. Диаграмма направленности антенны (ДНА) представляет собой зависимость коэффициента усиления антенны от направления G(φ, θ), где φ, θ – углы, определяющие направление (азимут и угол места, соответственно), в котором рассматривается коэффициент усиления. Выраженная в децибелах, ДНА характеризует также относительное распределение поля в пространстве.

Диаграмма направленности антенны имеет лепестковую структуру, в которой наибольший лепесток в трехмерном пространстве называется главным лепестком (ГЛ). Через главный лепесток антенна излучает и/или принимает наибольшую мощность. В некоторых случаях антенна может иметь несколько главных лепестков. В любом случае именно через главный лепесток осуществляется передача и/или прием полезной информации. Другие лепестки ДНА, не предназначенные для передачи или приема сигнала, называются боковыми лепестками (БЛ). Лепесток, имеющий направление противоположное ГЛ, называется задним лепестком. Чем выше уровень боковых лепестков, тем вероятнее, что антенна может создать или принять помеху по боковым лепесткам ДНА.

Диаграмма направленности антенны является характеристикой, которая измеряется для каждой антенны. Информация о ДНА представляется двумя ортогональными сечениями: сечением в горизонтальной и сечением в вертикальной плоскости. Эти сечения именуются соответственно диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и диаграммой направленности в вертикальной плоскости.

В спецификациях на антенну обычно приводят нормированные ДНА в горизонтальной и в вертикальной плоскости. Помимо диаграмм направленности указывают коэффициент усиления антенны по главному лепестку (максимальный коэффициент усиления), ширину ГЛ ДНА по уровню половинной мощности (–3 дБ) в горизонтальной и в вертикальной плоскости, диапазон рабочих частот антенны. Кроме того, могут быть указаны максимальный уровень боковых лепестков и отношение коэффициентов усиления по главному и заднему лепесткам.

Особенности описания антенных устройств в задачах ЭМС

Информации, которая приведена об антеннах в антенных спецификациях, обычно недостаточно для анализа ЭМС РЭС в широкой полосе частот. Основная характеристика антенны, ее диаграмма направленности, имеет сложную структуру и зависит от многих факторов:

1. ДНА по своей природе трехмерная. Обычно, если имеется информация о ДНА, то она представлена ее сечениями в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. В то же время мешающие сигналы антенна излучает и/или принимает, как правило, с направлений, не лежащих в этих плоскостях. Поэтому возникает необходимость в построении модели трехмерной ДНА по известным сечениям в горизонтальной и в вертикальной плоскости.

2. Форма ДНА зависит от частоты поступающих сигналов. Для каждой антенны указывают диапазон ее рабочих частот. В пределах этого диапазона характеристики антенны, включая ее ДНА изменяются в допустимых пределах и при расчетах их обычно считают постоянными и равными указанным в спецификациях на антенну. В тоже время процедура анализа ЭМС РЭС требует информации о характеристиках антенн в полосе более широкой, чем диапазон ее рабочих частот, поскольку побочные излучения передатчиков и побочные каналы приема радиоприемных устройств могут находиться за пределами диапазона рабочих частот антенны.

3. Относительное распределение напряженности поля, создаваемого излучениями антенны и, следовательно, и ее коэффициент усиления, являются функцией расстояния от антенны. Поскольку антенны источника и приемника помехи могут размещаться на разных расстояниях друг от друга, то при оценке ЭМС этот фактор должен приниматься во внимание.

Вокруг антенны можно выделить три зоны:

I. В непосредственной близости от антенны находится зона реактивного ближнего поля, в которой доминируют неизлучаемые, быстро убывающие с расстоянием от антенны компоненты квазистатического поля. Для электрически малых антенн (т. е. для антенн, размеры которых малы по сравнению с длиной волны) реактивное ближнее поле простирается примерно до расстояния

d ≈ λ/2π

от антенны.

Граница реактивного ближнего поля зависит от формы и конструкции антенны. Для антенн, имеющих значительный электрический размер, часто полагают, что граница реактивного поля простирается примерно до расстояния

,

где D – наибольший размер антенны.

За пределами области ближнего неизлучаемого реактивного поля выделяют две зоны излучаемого поля: ближнюю и дальнюю.

II. Ближняя зона находится между зоной реактивного поля и дальней зоной излучаемого поля. В ближней зоне преобладает излучаемое поле, однако относительное распределение поля по разным направлениям зависит от расстояния от антенны. В этой зоне ДНА еще не сформировалась и при оценке ЭМС она не учитывается.

III. Дальняя зона характеризуется тем, что здесь относительное распределение поля практически не зависит от расстояния до антенны и определяется только угловыми координатами точки, в которой рассматривается поле. В этой зоне считают, что ДНА сформировалась, и ее можно использовать для оценки уровней помех, возникающих между радиопередающими и радиоприемными устройствами в этой зоне.

Ближнюю зону излучаемого поля часто называют зоной Френеля, а дальнюю зону зоной Фраунгофера.

Для электрически больших антенн с широкой апертурой и высокой направленностью расстояние, с которого начинается дальняя зона, определяется как

,

где D – максимальный размер апертуры антенны; λ – длина волны электромагнитного поля.

Если в формировании ДНА принимают участие элементы окружения антенны, то D представляет максимальный размер излучающей структуры.

Для слабонаправленных антенн с низким коэффициентом усиления (G < 10 дБ) граница, с которой начинается дальняя зона, оценивается как

d > 3λ

4. Cледующим фактором, который нужно учитывать при математическом описании ДНА, является влияние подстилающей поверхности и конструктивных допусков, связанных с технологией изготовления антенны, на ее диаграмму направленности, особенно в области боковых лепестков. На величину и форму боковых лепестков влияют допуски и точность обработки поверхностей антенны, изменение окружающей температуры, местные предметы, перемещение в пространстве и другие факторы.

Из сказанного следует, что для оценки уровней помех, возникающих между радиопередающими и радиоприемными устройствами, диаграммы направленности антенн могут быть использованы только, когда антенны находятся в дальней зоне.

Большое число факторов, влияющих на форму ДНА, особенно в области боковых лепестков, не позволяют точно описать диаграмму направленности антенны, используя детерминированные функции. Поэтому в ряде случаев, особенно при статистическом анализе ЭМС, используют статистическое описание диаграмм направленности антенн. Тем не менее, несмотря на все недостатки детерминированного описания, детерминированные модели диаграмм направленности антенн сегодня используются наиболее часто.

Хотя усиление антенны это свойство, присущее самой антенне, и оно не включает потерь, связанных с рассогласованием антенно-фидерного тракта с антенной, и потерь, обусловленных несовпадением поляризаций антенны и внешнего электромагнитного поля, но при анализе ЭМС эти факторы не могут быть оставлены без внимания. От них зависит уровень непреднамеренных помех между радиоэлектронными средствами, использующими антенные устройства.

Детерминированное описание диаграмм направленности антенн

Математическое описание ДНА используется при оценке уровней сигналов и помех, поступающих на входы радиоприемных устройств в анализируемой совокупности РЭС. Диаграмма направленности формируется в дальней зоне излучения антенны. Поэтому она используется только при оценке ЭМС РЭС, расположенных в дальней зоне по отношению друг к другу. Поскольку форма ДНА зависит от частоты, при описании диаграммы направленности выделяют две области: область рабочих частот антенны и область нерабочих частот антенны. Рассмотрим описание ДНА в каждой из этих областей отдельно.

ДНА в области рабочих частот.

В сферической системе координат диаграмма направленности является функцией, описывающей значение коэффициента усиления антенны в зависимости от… Диаграмму направленности антенны можно записать в виде: g(j, q) = g0 gN(j, q), (10.2)

ДНА на нерабочих частотах

Математические модели, описывающие изменение коэффициента усиления антенны на нерабочих частотах, обычно получают на основе анализа и обработки… G(f) = G0 + Ci lg (f / fгрi) +Di, (10.6) где G(f) – коэффициент усиления по главному лепестку на частоте f за пределами рабочего диапазона частот антенны, дБ;…

Статистическое описание диаграмм направленности антенн

, где mG и sG – соответственно, математическое ожидание (среднее) и… Параметры распределения mG и sG получают посредством статистической обработки результатов измерений ДНА в области…

Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования

Для АФТ обычно известна марка кабеля или волновода, используемого для передачи поступающих в него сигналов, и, следовательно, известны погонные… LАФТ(f) = lАФТ d(f), где LАФТ(f) – потери в АФТ на частоте f, дБ; lАФТ – длина кабеля или волновода АФТ, м.

Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов

Форма эллипса описывается коэффициентом эллиптичности r, где , которому приписывают знак «плюс» при правосторонней поляризации и знак «минус» при левосторонней поляризации (–1…

Ближняя зона

В ближней зоне коэффициент усиления антенны в заданном направлении зависит от расстояния от антенны. Получить теоретические зависимости коэффициента… При оценке уровней мешающих сигналов в приемной антенне, которая близко… Для оценки коэффициента связи используют следующие подходы:

Оценка потерь на трассах распространения

Общие положения

Можно выделить следующие виды распространения радиоволн: распространение посредством земной волны, ионосферное распространение, тропосферное… Земная радиоволна – это радиоволна, распространяющаяся вблизи земной… Прямая волна – радиоволна, распространяющаяся непосредственно от источника к месту приема.

Графические модели

МСЭ-Р Рекомендация P.368-7 [45]. Рекомендация позволяет провести оценку напряженности поля и потерь при распространении электромагнитных колебаний… – распространение радиоволн происходит над гладкой, однородной сферической… – передающая и приемная антенны находятся на поверхности земли;

Аналитические модели

Аналитические модели для оценки потерь радиосигналов на трассах распространения могут иметь разный вид. В настоящее время существует достаточно… Модель потерь в свободном пространстве. Среди моделей, используемых для оценки… Модель для оценки потерь в свободном пространстве имеет и самостоятельное значение. Она используется в ситуациях,…

Расчетные соотношения, используемые в классической модели Хата

Условия распространения	Формулы для расчета потерь, дБ
Город	L = 69.55+26.16 lg f - 13.82 lg hb -a(hm)+(44.9-6.55 lg hb) lg d, где
Пригород	L = L(город) - 2( lg (f /28))2-5.4
Открытая (сельская местность)	L = L(город) - 4.78( lg f )2 + 18.33 lg f - 40.94

Модель COST 231 Хата.Область применения:

– диапазон частот f = 1500…2000 МГц;

– остальные параметры совпадают с классической моделью Хата.

Основные расчетные формулы представлены в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Расчетные соотношения, используемые в модели COST 231 Хата

– диапазон частот f = 30…3000 МГц; – высота подъема антенн базовой и мобильной станций hb, hm = 1…200м; – длина трассы d = 0.1…100 км.

Расчетные соотношения, используемые в модифицированной модели Хата

Как видно из табл. 11.3 модель дополнена оценкой потерь в зоне, близкой к радиопередатчику, граница которой определена расстоянием менее 40 м, и… Так как потери L на трассе распространения являются случайной величиной,… Таблица 11.4

Среднеквадратическое отклонение (СКО) потерь на трассах распространения

В модели Хата окружение абонентской станции оценивается на качественном уровне. Модель Уолфиша-Икегами, разработанная для использования в городских… Дифракционная модель Уолфиша – Икегами [51]. Модель предназначена для оценки… Область применимости модели:

Оценка потерь на дифракцию

Зоны Френеля.

1) величина просвета между прямым лучом и неровностями поверхности или величина блокирования прямого луча препятствием; 2) положение выступающих частей или препятствий на трассе распространения; 3) степень остроты выступающих частей или препятствий.

Дифракция на клине

h0(x) = x (d - x)/17, где x и d выражены в километрах, а h0 – в метрах Высота дуги, соответствующая x = d/2 (максимальная высота дуги)

Дифракция на цилиндре

, где a измеряется в радианах. Далее вычисляют потери на дифракцию на клине, образованном касательными к препятствию, и дополнительные потери

Критерии оценки ЭМС

Рабочие характеристики и оценка качества работы РЭС

Качество работы оценивают качеством выполнения РЭС своего функционального назначения. Поскольку качество приема полезного сигнала и выполнения… Обобщенную рабочую характеристику РЭС можно представить в виде, изображенном… Рабочая характеристика может быть использована для оценки влияния помех, поступающих по основному или побочным каналам…

Виды рабочих характеристик РЭС различного назначения

Как отмечалось ранее, рабочая характеристика конкретного РЭС представляет зависимость параметра, характеризующего качество работы РЭС в соответствии с функциональным назначением, от отношения сигнал/помеха. Рассмотрим некоторые характеристики, которые используются для оценки качества работы реальных систем и на основе которых определяют защитные отношения.

Аналоговые системы.

Системы радиосвязи.

Показатель разборчивости (AS) определяется процентом правильно принятых слов от общего числа слов в передаче. Измерение показателя разборчивости выполняют, привлекая группу экспертов. В… Процедура получения экспертной оценки является долговременной и экономически затратной. Надлежащее проведение…

Цифровые системы.

М = 2k . Если каждый символ передает один бит информации (k = 1), то число используемых… Качество приема цифровой информации оценивают вероятностью ошибочного приема, либо символа, либо бита информации в…

Критерии ЭМС

Используемые на практике критерии ЭМС можно разделить на две категории: 1. Критерии, непосредственно связанные с процессами, которые происходят в… 2. Критерии, которые характеризуют качество работы РЭС, содержащей РПУ, не акцентируя внимание на явлениях,…

Защитные отношения для систем ТВ (625 строк), работающих в соседнем канале

Таблица 12.2

Защитные отношения для аналоговых каналов звукового сопровождения ТВ

Таблица 12.3

Защитные отношения для цифровых каналов звукового сопровождения ТВ, дБ

Полезный сигнал	Вид помехи	Вид мешающего сигнала
FM/CW	AM	Цифровой (радиовещание)
Цифровой	Тропосферная
Постоянная

Примечание. FM – сигнал с частотной модуляцией; CW – узкополосный (гармонический) непрерывный сигнал; АМ – сигнал с амплитудной модуляцией.

Защитные отношения для некоторых современных систем связи для случая, когда помеха имеет структуру, аналогичную структуре полезного сигнала, и действует по совмещенному каналу, можно представить в виде табл. 12.4. Значение защитных отношений для систем стандартов GSM-900 и GSM-1800 одно и тоже.

Таблица 12.4

Защитные отношения по совмещенному каналу

Для некоторых современных систем связи, дБ

Система/стандарт связи	GSM	TETRA	TAPS	FM	FM	FM
Ширина канала (кГц)						12.5
Защитное отношение (дБ)

Зависимость защитных отношений от разности несущих частот полезного и мешающего сигналов для некоторых сочетаний сигнал/помеха приведена в табл. 12.5.

Таблица 12.5

Защитные отношения для некоторых современных систем связи

В зависимости от расстройки помехи, дБ

Для оценки эффекта блокирования приемника в качестве критериев могут быть использованы: – допустимый уровень блокирующей помехи на входе приемника; – необходимое отношение сигнал/шум на выходе приемника.

Организационные методы обеспечения ЭМС

Частотно-территориальное планирование

Обеспечение внутрисетевой и межсистемной ЭМС является необходимым, но не единственным требованием, которое предъявляют к частотно-территориальным… Поскольку ЧТП может быть принят к реализации только, если проведена экспертиза… При разработке частотно-территориальных планов применяют разные методы. В число наиболее часто используемых входит…

Управление параметрами радиосигналов

Наиболее широко в системах подвижной радиосвязи используется управление мощностью излучения передатчиков. В системах GSM, например, реализовано… Управление мощностью в системе связи подразумевает выбор такой мощности… Управление мощностью позволяет избежать значительных помех между разными сотами. В благоприятной для приема полезного…

Заключение

Появление новых радиотехнологий, позволяющих более эффективно использовать радиочастотный спектр, не снимает задачи обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, использующих эти технологии. Наоборот, специфика работы РЭС в новых условиях требует постоянного развития методологии и методов оценки ЭМС РЭС различного назначения.

Анализ ЭМС аналоговых систем испытывает значительные трудности, поскольку в спецификациях на аналоговые РЭС отсутствует ряд параметров РЭС, необходимых для оценки влияния помех на качество приема полезного сигнала, особенно при оценке нелинейных эффектов в приемной и передающей аппаратуре. Этот недостаток, как правило, компенсируется использованием эмпирических моделей и статистических данных, необходимых для работы с моделями, полученных на ограниченном множестве РЭС. Анализ основывается на допущении, что характеристики исследуемых РЭС укладываются в рамки используемой статистики.

Совершенствование стандартов на цифровые радиотехнологии позволяет проводить более полные исследования совместимости, так как в описаниях технологий появились характеристики и параметры РЭС, необходимые для анализа внеполосных сигнальных и шумовых излучений передатчиков и нелинейных эффектов в радиоприемной аппаратуре. Однако организация работы современных систем связи значительно усложнилась. А это влечет за собой разработку специфических алгоритмов анализа ЭМС РЭС, отображающих принципы функционирования этих средств и сетей связи.

В настоящее время наметилась тенденция к использованию статистического имитационного моделирования для анализа ЭМС РЭС, расположенных в дальней зоне на относительно больших расстояниях друг от друга, и детерминированных моделей для РЭС, размещаемых на одном объекте. Рассмотренные в данной работе подходы к исследованию электромагнитной совместимости РЭС используются как в статистических, так и в детерминированных методиках анализа ЭМС, развитие которых непрерывно продолжается.

Список литературы

1. McDowell R. K. High Dynamic Range Receiver Parameters. WJ Tech. Note. Watkins-Johnson Company, March/April 1980. Vol.7, № 2.

2. ГОСТ 23611–79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения. М.: Изд–во стандартов, 1979.

3. Бадалов А. Л., Михайлов А. С. Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС: Справ. – М.: Радио и связь, 1990.

4. Watson R. E. Guidelines for Receiver Analysis (Receiver Dynamic Range, Pt. 1).// Microwaves &RF., Dec. 1986. Vol. 25, № 13. P. 113-122.

5. Hausman H. Estimate Multiple Carrier Interference.// Microwaves &RF. May, 2004. Vol. 43, № 5 P. 88–98.

6. Goyal P. Theory and Practical Considerations for Measuring Phase Noise Better Than -165 dBc/Hz. Pt. 1.// Microwave Journal, Oct. 2004. Vol. 47 № 10
P. 62–78.

7. Goyal P. Theory and Practical Considerations for Measuring Phase Noise Better Than -165 dBc/Hz. Pt. 2.// Microwave Journal, Nov. 2004. Vol. 47 № 11
P. 70–90.

8. Grebenkemper C. J. Local Oscillator Phase Noise and its Effect on Receiver Performance. WJ Tech. Note, Watkins-Johnson Company, Nov./Dec. 1981. Vol. 8, № 6

9. Betts J. A., Ebenezer D. R. Intermodulation interference in mobile-transmission communication systems operating at high frequencies (3 – 30 MHz). // Proc. of the IEE. Nov. 1973. Vol. 120, № 11. P.1337–1343.

10. Михайлов А. С. Измерение параметров ЭМС РЭС. – М.: Связь, 1980.

11. Barkley K. Two Tone IMD Measurement Techniques.// RF Design. June, 2001. P. 36–52.

12. Duclercq J. GSM Base Station Power Amplifier Module Linearity.// Microwave Journal. April, 1999. Vol. 42, № 4. P. 116–127.

13. Sagers R. S. Intercept Point and Undesired Responses.// IEEE Trans. Veh. Tech. Feb. 1983. Vol. VT-32, № 1. P. 121–133.

14. Norton D. E. The Cascading of High Dynamic Range Amplifiers.// Microwave Journal. June, 1973. Vol. 16, №6. P. 57, 58, 70, 71.

15. Jacobi J. H. IMD: Still unclear after 20 years.// Microwaves &RF. Nov. 1986. Vol. 25, №12. P. 119–124, 126.

16. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Составитель Д. Р. Ж. Уайт, Джермантаун, Мериленд, 1971-1973. Вып. 1. Общие вопросы ЭМС. Межсистемные помехи. Сокращ. пер. с англ. / Под ред. А. И. Сапгира. Послесловие и комментарии А. Д. Князева.- М.: Сов. Радио, 1977.

17. Gavan J. J., Shulman M. B. Effects of Desensitization on Mobile Radio System Performance. Pt. I: Qualitative Analysis.// IEEE Trans. Veh. Tech. 1984. Vol. VT-33, № 4. P. 285–289.

18. Gavan J. J., Shulman M. B. Effects of Desensitization on Mobile Radio System Performance. Pt. II: Quantative Analysis.// IEEE Trans. Veh. Tech. 1984. Vol. VT-33, № 4. P. 291–300.

19. Gavan J. J. Cosited Radio System Main Interference Effects Analysis and Computation Methods.// Thirteenth Intern. Wrocław Symp. & Exhibition on EMC, 1996. P. 702–706.

20. Альтер Л. Ш. Аппроксимирующие функции характеристик восприимчивости приемников подвижной службы к помехам интермодуляции и блокирования. – Труды НИИР. 1980. №4. С. 106–109.

21. ETSI EN 300 910 V8.5.1 (2000-11) Digital Cellular Telecommunications System (Phase 2+). Radio Transmission and Reception (GSM 05.05 Version 8.5.1 Release 1999). ETSI, 2001.

22. Rec. ITU-R SM.1446. Definition and Measurement of Intermodulation Products in Transmitter Using Frequency, Phase, or Complex Modulation Techniques. ITU, 2000.

23. Smith J. L., Maia P. P. A Method for Predicting Intermodulation Product Levels.// International Symp. EMC. 1985. Wakefield, USA. P. 408–411.

24. Smith J. L., Mandeville L. A. A Method to Predict the Level of Intermodulation Products in Broadband Power Amplifiers.// Microwave Journal. Feb. 2003. Vol. 46, № 2. P. 62–78.

25. Lustgarten M. N. Cosam (Co-Site Analysis Model).// IEEE EMC Symp. Record. 1970. Anaheim, Calif., USA. P. 32–37.

26. Maiuzzo M., Mackouse E. Transmitter Intermodulation Product Amplitudes.// Proc. IEEE Intern. Symp. EMC. 1981. Boulder, CO, USA. P. 133–138.

27. МККР Отчет 839. Процедура расчета продуктов взаимной модуляции в передатчике (ВМП).// Отчеты МККР. Приложение к т.1: Использование спектра и контроль. МСЭ, 1990.

28. Gavan J. Analysis of Intermodulation between Broadband Frequency Transmitters on Mobile Networks.// IEEE Intern. Symp. EMC. 1982. Santa-Clara, Calif., USA. P. 23–29.

29. Gavan J. Main Effects of Mutual Interference in Radio Communication Systems Using Broadband Transmitters.// Electromagnetic Compatibility. Nov. 1986. Vol. EMC-28, №4. P. 211-219.

30. An Electromagnetic Compatibility Figure of Merit (EMC FOM) for Single-Channel, Voice Communication Equipment.// Electromagnetic Compatibility. 1976. Vol. EMC-17, № 1. P. 3-45.

31. McMahon J. H. Interference and Propagation Formulas and Tables Used in the Federal Communications Commission Spectrum Management Task Force Land Mobile Frequency Assignment Model.// IEEE Trans. Veh. Tech. 1974. Vol. VT-23, №4. P. 264-268.

32. Duff W. G., Capraro G.. Adjacent Signal Interference.// IEEE EMC Symp. Record. 1968. Seattle, Washington. P. 8–15.

33. Виноградов Е. М., Винокуров В. И., Харченко И. П. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. – Л.: Судостроение, 1986.

34. ETSI EN 300 113-1 V1.5.1 (2003-09) Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Land mobile service; Radio equipment intended for the transmission of data (and/or speech) using constant or non-constant envelope modulation and having an antenna connection; Part 1: Technical characteristics and methods of measurement. ETSI, 2003.

35. МККР Отчет 522-2. Процедура моделирования характеристик взаимной модуляции в приемнике.// Отчеты МККР. Приложение к т.1: Использование спектра и контроль. МСЭ, 1990. С. 74–85.

36. Rec. ITU-R SM.1134. Intermodulation Interference Calculations in the Land Mobile Service. ITU, 1995.

37. Agreement on the coordination of frequencies between 29.7MHz and 39.5GHz for the fixed service and the land mobile service.// HCM agreement. Annex 6. ERO, Vilnus, 2005.

38. Agreement on the coordination of frequencies between 29.7MHz and 39.5GHz for the fixed service and the land mobile service.// HCM agreement. Annex 8B. ERO, Vilnus, 2005.

39. Gavan J., Joffe E. B. RFI Effects Analysis of an Airport-Installed HF Transmitter on Aircraft COMM/NAV Receivers.// IEEE Intern. Symp. EMC. 1991. Cherry Hill, New Jersey. P. 212–213.

40. Hayes S. T., Carves R. V. Out-of-band Antenna Response.// IEEE Intern. EMC Symp. Record. 1987. Atalanta, USA. P. 428–434

41. Rec. ITU-R SM.851-1 Sharing between the Broadcasting Service and the Fixed and/or Mobile Service in the VHF and UHF Bands. ITU, 1993.

42. IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas. – New York: IEEE, 1993.

43. Kanda M., Orr R. D.. Near-Field Gain of A Horn and An Open-Ended Waveguide: Comparison between Theory and Experiment.// Fifth Intern. Conference on EMC. 1986. York, England. P. 137–145.

44. Timiri S. RF Interference Analysis for Collocated Systems.// Microwave Journal. Jan. 1997. Vol.40, №1, P. 80–98.

45. ITU-R Rec. P.368-7. Ground-wave propagation curves for frequencies between 10 kHz and 30 MHz. ITU, 1992.

46. ITU-R Rec. P.1546-1. Method for point-to-area predictions for terrestrial services in the frequency range 30 MHz to 3000 MHz. ITU, 2003.

47. Egli J. J. Radio Propagation Above 40MC Over Irregular Terrain.// Proc. of the IRE. October, 1957. P. 1383–1391.

48. Okumura Y., et al. Field Strength and Its Variability in VHF and UHF Land-Mobile Radio Service – Review of the Electrical Communication Laboratory. Sept.-Oct. 1968. Vol. 16, Numbers 9-10.

49. Hata M. Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services.// IEEE Trans. Veh. Technol., vol. VT-29, No 3, Aug. 1980.

50. ERC Report 68. Monte Carlo Simulation Methodology. – ERC Naples, February 2000 revised in Regensburg, May 2001 and Baden, June 2002.

51. Häggman Sven-Gustav. Review of mobile channel modeling. – Helsinki University of Technology, 2001.

52. Wong H. K. Field Strength in Irregulal Terrain – the PTP Model – http://www.fcc.gov/oet/fm/ptp/report.pdf

53. ITU-R Rec. P.526-7. Propagation by diffraction. ITU, 2003.

54. Power P. Don¢t let RFI disrupt your operations.// Instrumentation & Control Systems. August 1995. I&CS, Vol.68, № 8. P. 65–68

55. Grish R. J., Bruninga R. E. Electromagnetic environment engineering – a solution to the emi pandemic.// Naval engineer journal. 1987. USA, Vol.99, № 3. P. 202–209

56. Dash G., Straus I. Radiated EM Field Immunity Standards.// Compliance Engineering. Reference Guide, 1995. P. A-39–A-42.

57. Родионов Б., Новиков Н. Тактика действия авиации против кораблей. – Морской сборник. 1982. №12. С. 80–87.

58. Rec. ITU-R V.431-7 Nomenclature of the Frequency and Wavelength Bands Used in Telecommunications. ITU, 2000.

59. Регламент радиосвязи – МСЭ, 2004.

60. Rec. ITU-R SM.1138 Determination of necessary bandwidths including examples for their calculation and associated examples for designation of emissions. ITU, 1995.

61. Rec. ITU-R SM.329-10 Unwanted emissions in the spurious domain. ITU, 2003.

62. Rec. ITU-R SM.1541-1 Unwanted emissions in the out-of-band domain. ITU, 2002.

63. Rec. ITU-R SM.1539-1 Variations of the boundary between the out-of-band and spurious domains required for the application of Recommendations ITU-R SM.1541 and ITU-R SM.329. ITU, 2002.

64. ETSI TS 145 005 Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Radio transmission and reception (3GPP TS 45.005 version 6.14.0 Release 6). ETSI, 2006.

65. Прозван В. С., Рубинштейн Г. Р. Статистическая оценка уровней мощности побочных излучений передатчиков сухопутной подвижной службы.// Труды НИИР. 1983. №4. С. 33–35.

66. Князев А. Д., Пчелкин В. Ф. Проблемы обеспечения совместной работы радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Сов. Радио, 1971.

67. Бабанов Ю. Н., Силин А. В. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных систем. – Горький: ГГУ, 1976.

68. ETSI EN 300 392-2 Terrestrial Trunked Radio (TETRA); Voice plus Data (V+D); Part 2: Air Interface (AI). ETSI 2005.

69. Егоров Е.И., Калашников Н.И, Михайлов А.С. Использование радиочастотного спектра и радиопомехи. – М.: Радио и связь, 1986.

70. Отчет 526-1. Измерение характеристик передачи речевых сигналов, применяемые для анализа электромагнитной совместимости.// Отчеты МККР. Приложение к т.1: Использование спектра и контроль. МСЭ, 1990.
С. 16–23.

71. Rec. ITU-R BT.500-11 Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures. ITU, 2002.

72. Rec. ITU-R BT.654 Subjective quality of television pictures in relation to the main impairments of the analogue composite television signal. ITU, 1986.

73. CISPR 16-1: Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods. Pt 1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus. IEC, Geneva, 1993.

74. Nave M. Stopping radiated emission at the source.// Instrumentation & Control Systems. March 1995. I&CS, Vol. 68, № 3. P. 61– 66.

75. Armstrong E. I. K. Design Techniques for EMC. Pt 3: Filters and Surge Protection Devices.// UK EMC Journal. June, 1999. P. 9–16.

76. Князев А. Д., Кечиев Л. Н., Петров Б. В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. – М.: Радио и связь, 1989.

77. Нормы 18-07. Радиопередающие устройства гражданского назначения. Требования на допустимые уровни побочных излучений. Методы контроля (решение ГКРЧ №07-19-07-001). – М.: ГКРЧ, 2007.

78. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Учеб. пособие. /Под ред. д.т.н., проф. М. А. Быховского. М.: Эко-Трендз, 2006.

79. SEAMCAT. Software Version 2.1. User Manual. ERO, February 2004.

80. Методика расчета ЭМС основных типов (групп) систем СПС с другими типами (группами) РЭС гражданского назначения, работающими в общих полосах частот в диапазонах 160 МГц, 450 МГц, 900 МГц и 2 ГГц. – М.: ГКРЧ, 2005.

81. Методы расчета поля в системах связи дециметрового диапазона.
/ Е. Р.Милютин, Г. О.Василенко, М. А.Сиверс и др. СПб.: Триада, 2008.

82. Rec. ITU-R SM.1235 Performance functions for digital modulation systems in an interference environment. ITU, 1997.

 

Виноградов Евгений Михайлович

Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств

Учебное пособие

 

 

Редактор

Подписано в печать . Формат 60´84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. .

Гарнитура « ». Тираж экз. Заказ

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

197376, С.- Петербург, ул. Проф. Попова, 5

[1] Код Грея: 2ⁿ бинарных чисел, упорядоченных таким образом, что при переходе от одного числа к другому соседнему в представлении числа изменяется только один бит, т.е. два последовательных числа отличаются на одну бинарную единицу.