Анализ внутрисистемной и межсистемной ЭМС РЭС - раздел Электротехника, Анализ электромагнитной совместимости Проблема Эмс Во...
Проблема ЭМС возникает тогда и только тогда, когда есть источник помехи, есть рецептор помехи и есть путь, по которому помеха поступает от источника к рецептору. Эти три компонента лежат в основе анализа ЭМС РЭС. При анализе ЭМС совокупности РЭС источником помехи является радиопередатчик (РПД) с его антенной, рецептором – радиоприемное устройство (РПУ) со своей антенной, а путем распространения – пространство между передающей и приемной антеннами. Антенный тракт РПУ является наименее помехозащищенным трактом, в котором трудно или невозможно использовать традиционные методы подавления помех, которые широко применяются в электрических цепях, такие как фильтрация и экранирование. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать помехи, которые попадают на вход приемника через его антенну. Структурная схема, лежащая в основе исследования ЭМС совокупности РЭС, представлена на рис. 6.2.
Эта схема может быть использована для анализа как внутрисистемной ЭМС, если совокупность РЭС образует некоторую систему, так и межсистемной ЭМС, когда устройства, представленные на рис. 6.2, принадлежат разным системам.
Схема реализует модель, которую называют моделью дифференциального вклада [33]. Модель основана на анализе влияния излучений как каждого отдельного источника помех на качество работы приемника, так и совокупности источников помех. В последнем случае, полагая, что излучения источников независимы, оценивают суммарную мощность помех на входе приемника, приведенную к полосе пропускания приемника на частоте его настройки, и далее рассматривают влияние этой суммарной мощности на рабочие характеристики РПУ. Полная оценка ЭМС совокупности РЭС предполагает последовательный анализ рабочих характеристик каждого РПУ, входящего в состав совокупности.
Для реализации методики, основанной на представленной модели, необходимо располагать математическими моделями передатчиков, антенн, пространства распространения, приемников и критериями, по которым принимается решение о наличии или отсутствии совместимости РЭС.
Математические модели передатчиков описывают излучения передатчиков, а математические модели антенн и пространства распространения изменение параметров этих излучений при их прохождении от выхода РПД до входа РПУ. Математическая модель РПУ описывает восприимчивость приемника к помехам и нелинейные эффекты, которые могут возникать в приемнике при воздействии на него мощных внешних помех. Для принятия окончательного решения о совместимости РЭС, в состав которого входит рассматриваемое РПУ, с другими РЭС совокупности оценивается качество работы этого РЭС на основании критериев, определяющих степень влияния помех на качество приема полезного сигнала. Так как на качество работы влияют не только излучения окружающих РЭС, но и внешний электромагнитный фон, создаваемый естественными и индустриальными помехами, то в общем случае оценка ЭМС должна выполняться с учетом этого фона.
При анализе ЭМС совокупности РЭС анализируемая ситуация может быть фиксированной, т. е. заранее определено число РЭС, их взаимное положение, рабочие частоты и параметры сигналов. Оценивается ЭМС только этой совокупности. Ситуация, которая характерна, например, для оценки внутрисетевой ЭМС, когда анализируется некоторое множество РЭС, образующих сеть связи, и речь идет о разработке частотно-территориального плана сети. Сеть в этом случае рассматривается как единая система, и проводится оценка внутрисистемной ЭМС.
При анализе межсистемной ЭМС ситуация выглядит несколько по-другому. Имеется некоторая совокупность РЭС, которую рассматривают как систему (например, сеть радиосвязи) и которую планируют ввести в эксплуатацию. Предполагаемая расстановка РЭС, их рабочие частоты и параметры сигналов, которые используют РЭС, известны, т. е. имеется частотно-территориальный план размещения РЭС, который удовлетворяет условиям внутрисистемной ЭМС данной совокупности РЭС. Требуется установить, имеет ли место ЭМС этой совокупности с уже функционирующими РЭС, которые входят в другие системы. В этом случае для каждого анализируемого РПУ, как входящего в планируемую совокупность РЭС, так и уже функционирующего, формируют свое множество передатчиков, изучения которых рассматривают как потенциально опасные. Отбор передатчиков производят, используя некоторые территориальные и частотные критерии. При этом множество передатчиков, излучения которых рассматриваются как потенциально опасные, не должно состоять только из передатчиков функционирующих РЭС, если РПУ принадлежит функционирующему РЭС, или только из передатчиков системы, планируемой к вводу в эксплуатацию, если приемник входит в состав РЭС этой системы.
При практической реализации методики анализа ЭМС РЭС каждый блок рис. 6.2 представляют некоторым множеством математических моделей. Размер множества зависит от вида мешающих эффектов, которые учитывает методика, ограничений на область применимости используемых моделей и множества типов рассматриваемых РЭС.
В общем случае анализ включает следующие этапы вычислений:
1. Расчет уровней помех от отдельных передатчиков на входе выбранного РПУ:
I1(f) = PT(f) + GTR(f) + GRT(f) - L(f) + γ, (6.1)
где I1(f) – мощность помехи, которую создает передатчик на частоте f на входе приемника, дБм; PT(f) – мощность, передатчика на частоте f, дБм; GTR(f), GRT(f) – коэффициенты усиления на частоте f, соответственно, антенны передатчика в направлении на приемник и антенны приемника в направлении на передатчик, дБ; L(f) – потери в пространстве распространения, дБ; γ – потери из-за несовпадения поляризаций приходящей электромагнитной волны и приемной антенны, дБ.
В общем случае нужно учитывать потери в передатчике и в приемнике из-за рассогласования выходного сопротивления усилителя мощности передатчика и входного сопротивления приемника с сопротивлением антенны, а также потери в антенно-фидерном тракте. Эти потери можно включить в слагаемое γ, которое в этом случае может зависеть от частоты.
2. Отбор потенциально опасных помех, энергетический отбор (этап не обязательный, но желательный для очень больших совокупностей РЭС).
3. Выделение подмножества сигналов, потенциально опасных с точки зрения возможных нелинейных эффектов в приемной аппаратуре.
4. Для помех, которые не представляют опасности по нелинейным эффектам, определение канала приемника, по которому помеха может оказывать влияние на качество приема полезного сигнала (основной канал приема (ОКП) или побочные (ПКП) каналы приема).
5. Оценка коэффициента частотной коррекции для помех, поступающих по ОКП или ПКП.
6. Коррекция уровней помех по ОКП и ПКП. Расчет эквивалентных уровней помех, приведенных к входу РПУ на частоте его настройки в полосе пропускания приемника.
7. Оценка ЭМС по выбранному критерию для линейных каналов приема.
8. Оценка нелинейных эффектов в РПУ.
9. Оценка ЭМС по выбранным критериям для нелинейных эффектов.
10. Выдача информации об источниках помех и путях их воздействия на качество приема полезного сигнала.
Поскольку в методике последовательно рассматриваются все передатчики (или определенные комбинации передатчиков), которые могут создать помеху приему полезного сигнала, то методика позволяет не только выявить несовместимые РЭС, но и указать причины, по которым отсутствует ЭМС,
т. е. дает информацию, необходимую и достаточную для принятия решений о мерах по обеспечению ЭМС.
Методика оценки ЭМС может носить детерминированный характер или может быть реализована как статистическая имитационная модель. В последнем случае ряд параметров, характеризующих исследуемую ситуацию, считают случайными величинами, законы распределения которых известны. Для получения оценки ЭМС применяют многократный прогон модели. При каждом прогоне значения параметров исходной ситуации определяют датчики случайных величин. Окончательную оценку ЭМС получают, используя статистическую обработку результатов моделирования.
Все темы данного раздела:
Радиоэлектронных средств
Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизац
Список использованных сокращений
АМ – амплитудная модуляция;
АРУ – автоматическая регулировка усиления;
АС – абонентская станция;
АФТ – антенно-фидерный тракт;
БЛ – боковой лепесток (диаграммы н
Причины появления проблемы ЭМС
Можно указать несколько факторов, которые приводят к появлению проблемы ЭМС РЭС.
1. Основной причиной, порождающей проблему электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, являетс
Источники и рецепторы электромагнитных помех (ЭМП)
2.1 Классификация ЭМП по связям с источником помехи и некоторые их характеристики
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств определяется качеством работы
Естественные ЭМП.
· Земные ЭМП:
Атмосферная помеха – естественная помеха, источником которой являются электрические разряды в атмосфере. Частоты, на которых атмосферная помеха ока
К электростатическому разряду
№ п/п
Полупроводниковый прибор
Чувствительность к ЭСР, В
Полевые транзисторы (МОП-структуры)
1
Искусственные ЭМП
Станционная помеха – это непреднамеренная электромагнитная помеха, создаваемая излучениями выходных каскадов радиопередатчиков через антенну.
Индустриальная помеха – это элек
Рецепторы ЭМП. Внутрисистемная и межсистемная ЭМС
Рецептором называют техническое средство, которое реагирует на электромагнитный сигнал или электромагнитную помеху. По аналогии с источниками помех рецепторы делят на естественные и искусств
Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним
Измерение помех, распространяющихся по проводам, должно происходить без разрыва цепей, в которых измеряют эти помехи. Основным прибором, который используется в качестве датчика при измерениях помех
Измерение помех излучения и восприимчивости к ним
Эталонная методика измерения напряженности электромагнитного поля в диапазоне частот 30….1000 МГц предписывает использование открытой измерительной площадки с идеальным проводящим покрытием,
Экранирование
Экранирование является средством защиты от помех излучения. Оно может быть использовано для снижения уровня помех, поступающих в окружающее пространство от источников помех, или для повышения помех
Фильтрация
Фильтры используют для борьбы с кондуктивными помехами. Фильтрация помех в каскадах радиоэлектронной аппаратуры препятствует передаче помех в другие узлы и устройства по проводам, соединяющим эти у
Заземление
Заземление выполняет важную функцию в электротехнических и радиоэлектронных устройствах, на промышленных предприятиях. Системы заземления несут обратные токи сигналов и питания, образуют опорные ур
Радиочастотный спектр и диапазоны частот
Рекомендация Международного союза электросвязи (МСЭ) V.431-7 [58] разбивает спектр электромагнитных колебаний, частоты которых лежат в пределах от 0,03 Гц до 3000 ТГц, на диапазоны частот. Каждый д
Диапазоны частот электромагнитных колебаний
Номер диапазона
Наименование диапазона
(частотное)
Условное
обозначение
(частотное)
Диапазон
частот
Наименовани
Стандартизация и международная кооперация в области ЭМС
Электромагнитные волны не признают административных границ и могут создавать помехи радиоэлектронным средствам другой страны. Одним из путей смягчения проблемы ЭМС является стандартизация параметро
Требования к методам анализа ЭМС
Анализ ЭМС должен проводиться на всех этапах жизненного цикла РЭС, начиная с этапа разработки РЭС, ввода РЭС в эксплуатацию и в процессе функционирования РЭС. На этапе разработки изделие должно быт
Анализ параметров ЭМС систем на стадии разработки
Для анализа параметров ЭМС системы на стадии разработки может быть использован модульный подход, который дополняет существующие методологии конструирования электронных систем. Для этого разрабатыва
Основные направления по решению проблемы ЭМС
К основным направлениям, по которым идет решение проблемы ЭМС, можно отнести:
1. Улучшение параметров ЭМС радиоаппаратуры.
Улучшение параметров ЭМС радиоаппаратуры может быть дост
Виды излучений радиопередатчиков
Если изобразить спектр излучений передатчика, то в общем случае он будет иметь вид похожий на вид, представленный на рис. 7.1.
Параметры и модели основного и внеполосных излучений
Основное излучение решает задачи функционального назначения РЭС. Однако при этом оно может создавать непреднамеренные помехи другим РЭС. Учитывая, что основное излучение является наиболее мощным из
И необходимой ширины полосы частот
Диапазон рабочих частот
Узкополосный случай
Bн < BL
BL ≤ Bн &#
Параметры модели (7.1)
Вид модуляции
Номер участка маски спектра, i
Граница участка, Dfi
M(Dfi),
дБ
Побочные излучения радиопередатчиков
В этом разделе рассмотрим способы описания побочных излучений радиопередатчиков на гармониках, субгармониках и комбинационные излучения. Интермодуляционные излучения рассматриваются при изучении не
Параметры модели (7.9)
Рабочая частота передатчика, f0T
Коэффициенты и СКО модели (7.9)
f < f0
Предельные значения мощности побочных излучений в контрольной полосе
Радиослужба или тип оборудования
Максимально допустимая мощность побочных излучений, дБм, в контрольной полосе
Все службы, за исключен
Шумовые излучения передатчика
Шумовые излучения передатчиков находятся за пределами необходимой полосы частот передатчика и непосредственно примыкают к ней. Уровень мощности шумовых излучений значительно меньше уровня мощности
Параметры эмпирической модели, представленной выражением (7.10)
Отстройка Δf
от центральной частоты, МГц
Диапазон рабочих частот передатчика, МГц
25…76
150…174
Основной канал приема радиоприемника и его описание
К параметрам ОКП, которые используются при анализе ЭМС, относятся частота основного канала приема и чувствительность РПУ. Кроме того, для оценки степени подавления помехи в радиоприемном устройстве
Побочные каналы приема и их описание
Побочные каналы приема (ПКП) образуются в смесителях приемника. ПКП можно разделить на:
- комбинационные побочные каналы приема;
- субгармонические побочные каналы приема;
Параметры модели (8.9)
Рабочая частота приемника, f0R
Коэффициенты и СКО модели (8.9)
f < f0
Оценка коэффициента частотной коррекции
При анализе ЭМС РЭС помеху, поступающую в приемник по основному или побочному каналам приема, обычно заменяют эквивалентной помехой, лежащей в полосе пропускания ОКП приемника на частоте его настро
Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры
Нелинейные явления, которые влияют на качество работы РЭС и их электромагнитную совместимость (ЭМС), могут иметь место как в радиоприемных устройствах (РПУ), так и в радиопередатчиках (РПД).
Фазовый шум генератора
Фазовый шум является мерой кратковременной стабильности генератора в частотной области. На сигнал генератора гармонических колебаний влияют шумы различного происхождения. Сюда входят, прежде всего,
Перенос шумов гетеродина
В идеальном случае в смесителе приемника пр
Интермодуляция
9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции
Интермодуляция – самый общий случай нелинейного преобразования электромагнитных колебаний. Инте
Интермодуляция в радиопередатчиках
Рекомендация МСЭ-Р SM.1146 [22] выделяет пять типов интермодуляции, которые могут возникать в радиопередатчиках.
Тип 1. Интермодуляция в одиночном передатчике. Интермодуляцио
Измерение и расчет точек пересечения
Точка пересечения является удобным параметром для оценки уровней интермодуляционных продуктов, возникающих в радиотехнических устройствах. Недостаток точки пересечения состоит в невозможности ее пр
Перекрестные искажения
Перекрестные искажения в РПУ – это изменение спектрального состава полезного сигнала на выходе радиоприемного устройства при наличии на его входе модулированной радиопомехи, частота которой не лежи
Оценка эффекта блокирования РПУ
Один из подходов к оценке эффекта блокирования радиоприемного устройства состоит в количественной оценке снижения отношения сигнал/шум на выходе приемника. Предполагается, что отношение сигнал/шум,
Характеристики блокирования приемников некоторых цифровых систем связи
Отстройка по частоте
GSM 400, GSM 900
DCS 1800 & PCS 1900
MC, дБм
БC, дБм
MC, дБм
Оценка интермодуляции в радиоприемниках
Интермодуляционные продукты в РПУ могут быть образованы очень большим числом частот, которые присутствуют в эфире. В связи с этим возникает вопрос, в какой полосе частот относительно частоты настро
Границы частотных интервалов для анализа нелинейных эффектов в приемнике
Частота настройки приемника f0R
f0R < 30 МГц
30 £ f0R
Эмпирические модели для оценки эффекта интермодуляции в радиоприемниках
№ п/п
Вид интермодуляции
Мощность продукта интермодуляции, дБм
1.
2f1 – f2
Оценка перекрестных искажений
Перекрестные искажения от модулированных мешающих сигналов проявляются в форме перекрестной амплитудной модуляции, амплитудно-фазовой конверсии или комбинации указанных видов искажений.
Ам
ДНА в области рабочих частот.
В этой области форма ДНА изменяется в допустимых пределах, и при расчетах эти изменения не учитывают, считая, что форма ДНА в рабочей полосе частот антенны не изменяется.
ДНА на нерабочих частотах
В диапазоне частот, который для антенны рассматривается как диапазон ее рабочих частот, максимальное значение коэффициента усиления антенны считают постоянным. Его значение всегда указывают в специ
Статистическое описание диаграмм направленности антенн
Детерминированное описание ДНА не может учесть влияния всех факторов на параметры и форму диаграммы направленности, особенно в области боковых и задних лепестков. Изменчивость характеристик антенны
Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования
Потери при передаче сигнала от передатчика к антенне или от антенны к входу радиоприемного устройства (РПУ) складываются из потерь непосредственно в антенно-фидерном тракте (АФТ) и потерь рассоглас
Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов
В дальней зоне излучения фронт электромагнитной волны становится плоским, а плоская волна является поляризованной. Поляризация электромагнитной волны определяется траекторией и направлением движени
Ближняя зона
Оценка взаимодействия антенн, размещаемых на одном объекте, носит специфический характер, поскольку ситуация требует расчета взаимодействия между близко расположенными антеннами, в том числе между
Общие положения
Модели, описывающие ослабление радиоволн на трассах распространения, находят применение при решении широкого круга задач: расчетах радиолиний, частотно- территориальном планировании РЭС, оценке ЭМС
Графические модели
Как отмечено выше, графические модели могут иметь разный вид. Рассмотрим в общих чертах две графические модели, которые рекомендованы Международным союзом электросвязи (МСЭ) для оценки напряженност
Аналитические модели
Как уже отмечалось, уровень сигнала в точке приема является случайной величиной, испытывающей медленные и быстрые флюктуации, величина которых зависит от ситуации. Аналитические модели, оценивают м
Расчетные соотношения, используемые в модели COST 231 Хата
Условия распространения
Формулы для расчета потерь, дБ
Город
L = 46.3 + 33.9 lg f – 13.82 lg hb
Расчетные соотношения, используемые в модифицированной модели Хата
Условия распространения
Формулы для расчета потерь, дБ
Диапазон частот, МГц
Расстояние, км
Близкая зона
Среднеквадратическое отклонение (СКО) потерь на трассах распространения
Значения СКО
Диапазон частот, МГц
Расстояния,
м
s = 3.5 дБ
30…3000
d £ 40
Оценка потерь на дифракцию
Как отмечалось раннее, явление дифракции состоит в огибании радиоволнами препятствий, встречающихся на пути их распространения. При этом потери сигнала на трассе распространения возрастают. Обычно
Зоны Френеля.
При распространении радиоволн над неровной поверхностью на величину потерь на трассе распространения влияют:
1) величина просвета между прямым лучом и неровностями поверхности или величина
Дифракция на клине
Первоначально в прямоугольной системе координат с помощью картографической базы данных строят топографический профиль трассы, используя инфо
Дифракция на цилиндре
В большинстве ситуаций препятствия, встречающиеся на местности, не похожи на простой клин и аппроксимация их клином недооценивает потери на дифракцию. Существуют различные способы решения этой зада
Рабочие характеристики и оценка качества работы РЭС
Решение о совместимости радиоэлектронных средств, входящих в некоторую совокупность РЭС, принимают на основе анализа качества работы каждого РЭС совокупности в электромагнитной обстановке, формируе
Системы радиосвязи.
Радиовещание и телефония. Качество работы аналоговой системы, используемой для приема речевой информации, оценивают показателем разборчивости (AS) и/или индексом артикуляции (AI
Цифровые системы.
В современных цифровых системах связи передача информации производится с помощью символов, каждый из которых может передавать несколько бит информации. Число символов М, используемых для пер
Критерии ЭМС
Критерий ЭМС определяет правило, согласно которому выносят решение о наличии или отсутствии электромагнитной совместимости в анализируемой совокупности РЭС. Критерии ЭМС обычно носят пороговый хара
Защитные отношения для систем ТВ (625 строк), работающих в соседнем канале
Разность частот,
МГц
Защитное отношение, дБ
Постоянная помеха
Тропосферная помеха
ТВ системы
Защитные отношения для аналоговых каналов звукового сопровождения ТВ
Разность несущих частот полезного и мешающего сигналов, кГц
Полезный звуковой сигнал
Тропосферная помеха
Непрерывная поме
В зависимости от расстройки помехи, дБ
Полезный
сигнал
Помеха
Разность между несущими частотами сигнала и помехи (кГц)
Частотно-территориальное планирование
Электромагнитную совместимость РЭС обеспечивают, используя территориальный разнос их антенных систем и/или разнос их рабочих частот. Выбор необходимых частотно-территориальных разносов осуществляют
Управление параметрами радиосигналов
С целью обеспечения возможно большего числа пользователей качественной радиосвязью в мобильных сетях связи используют управление параметрами радиосигналов. Управление на системном уровне позволяет
Новости и инфо для студентов