Рецепторы ЭМП. Внутрисистемная и межсистемная ЭМС - раздел Электротехника, Анализ электромагнитной совместимости Рецептором Называют Техническое Средство, Которое Реагирует На Электро...
Рецептором называют техническое средство, которое реагирует на электромагнитный сигнал или электромагнитную помеху. По аналогии с источниками помех рецепторы делят на естественные и искусственные.
К естественным рецепторам относятся растения, животные и человек. Электромагнитные поля влияют на их рост и развитие. Однако исследование этого влияния является задачей направления, именуемого электромагнитной экологией.
Для проблемы ЭМС интерес представляют искусственные рецепторы,
т. е. рецепторы, созданные руками человека. Среди них можно выделить две разновидности.
Первая – это специальные сенсорные устройства, предназначенные для восприятия электромагнитных полей. При попадании в электромагнитное поле эти устройства могут менять свои электрические или физические параметры или под действием поля на их выходных портах появляются электрические сигналы. К этому типу устройств можно отнести антенные системы, используемые совместно с радиоприемными устройствами.
Вторая разновидность – это устройства, которые по принципу работы не должны реагировать на электромагнитные поля, однако они реагируют на них. К ним относятся усилительные устройства различного типа: усилители высокой частоты (УВЧ), усилители промежуточной частоты (УПЧ), усилители низкой частоты (УНЧ), видеоусилители и т. п.,– которые предназначены для усиления сигналов, представленных в виде изменения тока, напряжения, мощности на входе усилителя. Однако внешнее электромагнитное поле может наводить токи и напряжения как во входных, так и в промежуточных цепях усилителей. Эти токи и напряжения поставляют в цепи с полезным сигналом нежелательную энергию, которая мешает правильному приему и воспроизведению полезных сигналов. Ко второму типу устройств можно также отнести электронную (не управляемую по радио) научную, промышленную, медицинскую аппаратуру, электронные вычислительные машины, электровоспламенительные устройства и т. п.
Устройства телекоммуникаций представляют собой сложные технические объекты, которые содержат как антенные системы, так и устройства преобразования и усиления сигналов.
В зависимости от положения источника и рецептора помехи различают межсистемные и внутрисистемные помехи.
Межсистемная помеха – это ЭМП, источник и рецептор которой находятся в разных системах.
Внутрисистемная помеха – это ЭМП, источник и рецептор которой находятся в одной системе.
Соответственно различают межсистемную и внутрисистемную ЭМС.
2.3. Пути проникновения помех. Виды помех
в электрических цепях
Взаимодействие между источником помехи и рецептором помехи может осуществляться разными путями, однако в общем случае можно выделить два способа проникновения помех в аппаратуру. Это происходит либо посредством электромагнитного поля, либо через проводящие элементы. В связи с этим помехи делят на две категории: помехи излучения и кондуктивные помехи.
Помехи излучения передаются через пространство. Основными элементами аппаратуры, создающими помехи излучения, являются провод, блок и антенна. Эти же элементы являются и рецепторами помех излучения. При этом наименее защищенным элементом от помех излучения является антенна, которая в соответствии с функциональным назначением должна реагировать на внешние электромагнитные поля.
Кондуктивные помехи – помехи, распространяющиеся по проводам. Кондуктивные помехи возникают при наличии у двух или большего числа цепей или устройств общего сопротивления, а также посредством емкостных и/или индуктивных связей между проводами или устройствами (рис. 2.2).
Помеха через общее сопротивление может возникать, например, когда разные устройства имеют общий источник питания. В этом случае токи одного из устройств, протекающие через сопротивление источника питания, вызывают на нем изменения напряжения, которые поступают в другое устройство, создавая помеху по цепи питания (рис. 2.2, а).
Изменение разности потенциалов ΔU между элементами устройств, между которыми имеет место емкостная связь (Cсв), также приводит к появлению помех между этими устройствами (рис. 2.2, б).
Наконец, если провода, принадлежащие цепям, соединяющим разные устройства, находятся близко друг к другу, то между ними может существовать значительная индуктивная связь (Lсв), которая создает наведенные токи помех от одного сигнала в цепи передачи другого сигнала (рис. 2.2, в). Такого вида помехи могут иметь значительный уровень, если провода разных устройств находятся в одном кабелепроводе, особенно, если передаваемые по
проводам сигналы имеют значительную мощность.
Помехи, создаваемые на входных зажимах цепей и устройств, делятся на симметричные и несимметричные.
Симметричная помеха – это помеха между входными зажимами цепи или устройства.
Несимметричная помеха – это помеха между входным зажимом цепи и общей точкой отсчета, обычно точкой заземления.
Несимметричная помеха обычно является более опасной, чем симметричная. На рис. 2.3 представлено некоторое оборудование, которое имеет внешние связи с другим оборудованием. Пусть на эти связи действует внешнее электромагнитное поле радиочастоты. Электромагнитное поле, пронизывающее некоторую рамку, создает на ее зажимах эдс, которая будет тем больше, чем больше площадь рамки, через которую проходит электромагнитное поле. При действии электромагнитного поля на рамку ABCD, образованную проводами, соединяющими оборудование, и элементами входа/выхода оборудования 2 и 1, в ней возникает ток, который течет на вход оборудования 2 и по обратному проводу возвращается в оборудование 1. Этот ток соответствует току симметричной помехи (
Iсим), который на входном сопротивлении оборудования 2 создает напряжение симметричной помехи
Uсим.
Рамка ABEF образована прямым сигнальным проводом, соединяющим оборудование 1 и 2, и заземлением, играющим роль обратного провода. Возникающий в рамке несимметричный ток Iнсм1 течет на вход оборудования 2, где создает напряжение несимметричной помехи Uнсм1, и вытекает по тракту заземления. Аналогичная ситуация имеет место для рамки DCEF, образованной обратным сигнальным проводом и трассой заземления. Здесь ток несимметричной помехи Iнсм2 создает на сопротивлении между входным зажимом оборудования 2 и трассой заземления напряжение несимметричной помехи Uнсм2.
Во многих практических системах внешнее соединение и его обратный провод находятся физически близко, обычно внутри одной и той же кабельной оболочки. Трасса заземления обычно находится на большем расстоянии от внешних кабельных соединений с оборудованием. Поскольку размер рамок, которые пронизывает радиочастотное поле и в которых возникает несимметричная помеха, больше, чем размер рамки, где возникает симметричная помеха, то, соответственно, уровень несимметричной помехи будет выше. Рис. 2.3 соответствует достаточно простой геометрии размещения внешних соединений. Реальные токи зависят от частотных характеристик схем на обоих концах внешних проводов, соединяющих оборудования, от значений распределенных емкостей и индуктивностей в этих соединениях, от природы цепи заземления внутри оборудования и внешней трассы заземления. Учитывая, что действие рассматриваемых видов помех может иметь негативные последствия для качества работы аппаратуры, а значительная несимметричная помеха может привести даже к выходу аппаратуры из строя, должны приниматься специальные меры по подавлению этих видов помех. Эффективным методом борьбы с ними является фильтрация.
Разнообразие путей, по которым помехи могут влиять на качество работы радиоаппаратуры, создает определенные трудности для анализа ЭМС. В дальнейшем основное внимание будет уделено помехам, которые излучаются антеннами радиопередатчиков, а воспринимаются антеннами радиоприемных устройств.
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
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
Анализ внутрисистемной и межсистемной ЭМС РЭС
Проблема ЭМС возникает тогда и только тогда, когда есть источник помехи, есть рецептор помехи и есть путь, по которому помеха поступает
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