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 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 (C_св), 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 (L_св), 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 (I_сим), который на входном сопротивлении оборудования 2 создает напряжение симметричной помехи U_сим.

Рамка ABEF образована прямым сигнальным проводом, соединяющим оборудование 1 и 2, и заземлением, играющим роль обратного провода. Возникающий в рамке несимметричный ток I_нсм1 течет на вход оборудования 2, где создает напряжение несимметричной помехи U_нсм1, и вытекает по тракту заземления. Аналогичная ситуация имеет место для рамки DCEF, образованной обратным сигнальным проводом и трассой заземления. Здесь ток несимметричной помехи I_нсм2 создает на сопротивлении между входным зажимом оборудования 2 и трассой заземления напряжение несимметричной помехи U_нсм2.

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.