В целом задача определения степени достижения ЭМС в конкретной ситуации сводится к решению двух частных задач: внешней и внутренней (по отношению к данному РЭС ) .
Внешняя задача заключается в оценке электромагнитной обстановки (ЭМО) в точке расположения приемника-рецептора , определяемой как совокупность параметров полезного и мешающих сигналов на входе рецептора. При этом составляется статистическая модель ЭМО , которая наряду с постоянными параметрами (расстройки несущих частот ПС и МС, их средние значения мощностей и др.) включает в себя все вероятностные параметры полезного и мешающих радиосигналов с учетом статистической природы их формирования и распространения: случайности параметров модулирующих сигналов при данном виде модуляции, быстрых и медленных замираний полезного и мешающих радиосигналов, возможных нелинейных эффектов в приемнике при повышенных уровнях радиосигналов на входе приемника). Внутренняя задача заключается в количественном определении степени воздействия непреднамеренных помех на качество функционирования РЭС. Решение внутренней задачи обычно производится с использованием методов статистической радиотехники и статистической теории оптимального приема сигналов, развитых применительно к случаям воздействия непреднамеренных помех с учетом необходимости обеспечения ЭМС РЭС.
Решение о том, достигнута ли ЭМС рассматриваемой совокупности РЭС, должно приниматься, исходя из допустимости или недопустимости рассчитанных процентов временинедопустимого снижения качества функционирования радиоприемных устройств всех РЭС в данной ЭМО из-за воздействия мешающих сигналов. Отсюда вытекает трехэтапная схема решения задачи оценки ЭМС:
Этап 1 . Решается задача оценки ЭМО . Как отмечалось выше, ее исходными данными являются географические и энергетические характеристики и параметры источников полезных и мешающих сигналов. Результатом решения этой задачи являются количественные детерминированные и вероятностные характеристики полезных и мешающих сигналов, воздействующих на приемное устройство каждого из РЭС. При этом совокупность мешающих сигналов, потенциально опасных в отношении нарушения ЭМС и требующих проведения количественного анализа, называют помеховой обстановкой .
Этап 2 . Решается задача оценки ухудшения качества приема полезного сигнала из-за влияния непреднамеренных помех. Исходными данными для ее решения являются результаты решения задачи первого этапа. Результат решения задачи второго этапа характеризует степень.
Этап 3. По результатам решения задачи второго этапа производится оценка ЭМС РЭС , исходя из превышения или непревышения допустимых значений рассчитанными по выбранному критерию ЭМС процентами временинедопустимого снижения качества функционирования радиоприемных устройств всех РЭС в данной ЭМО из-за воздействия мешающих сигналов.
Оценка ЭМС РЭС может производиться различными методами:
1/ расчетным;
2/ экспериментальным – на основе измерений ряда параметров взаимодействующих РЭС;
3/ смешанным (сочетание расчетного и экспериментального методов).
Расчетные методы оценки ЭМС используются при решении следующих задач:
Прогнозирование электромагнитной обстановки;
Перспективное планирование и эффективное использование спектра радиочастот;
Подготовка материалов для заключений (решений) на право пользования определенными полосами частот;
Определение степени обеспечения ЭМС РЭС;
Оценка степени влияния непреднамеренных помех на качество функционирования РЭС;
Оценка эффективности мер по обеспечению ЭМС РЭС;
Разработка норм частотно-территориального разноса между РЭС.
Учитывая важность решения задач ЭМС, во многих странах, в том числе и в России, существует целая система нормативных документов (Государственных стандартов, Норм на параметры излучения передатчиков и т.д.), которые регламентируют основные характеристики и параметры РЭС, влияющие на их ЭМС. К числу наиболее важных нормативных документов такого рода относятся следующие:
ГОСТ 30372- 95. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения;
ГОСТ 23882-710. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Номенклатура параметров и классификация технических характеристик;
ГОСТ Р50842-95. Устройства радиопередающие народнохозяйственного применения. Требования к побочным радиоизлучениям. Методы измерения и контроля;
ГОСТ Р 51319-910. Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний.
ГОСТ Р 51320-910. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств – источников индустриальных помех;
Нормы 19-02. Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения.
1.5 Общие методы обеспечения ЭМС
Обеспечение ЭМС на практике достигается реализацией комплекса обязательных для пользователей радиоспектра организационно-технических мер, устанавливаемых и контролируемых соответствующими государственными органами:
а) централизованное распределение и выделение полос частот различным службам радиосвязи;
б) научно обоснованное управление использованием радиоспектра;
в) жесткий контроль выполнения нормативных показателей ЭМС (в частности, ограничение мощности радиоизлучений в определенных направлениях).
Одним из важнейших технических способов достижения ЭМС РЭС является обеспечение частотно-территориального разноса (ЧТР) этих РЭС. ЧТР представляет собой совокупность частотного разноса (ЧР – разности рабочих частот передатчиков ПС и МС) и минимально необходимого территориального разноса (ТР) каждого из передатчиков мешающих сигналов относительно рецептора. ТР для каждого мешающего передатчика зависит, в частности, и от совокупности параметров Rм, и так называемого “ситуационного плана” (рис. 1.8).
На рис.1.8 приняты следующие обозначения: ПРС – радиостанция основной (полезной) системы радиосвязи (СРС), подверженная воздействию МС от другого РЭС; МРС - радиостанция мешающей СРС, являющаяся источником МС для рассматриваемой ПРС; Rc – длина трассы распространения ПС; Rм – длина трассы распространения МС; f пд с –частота ПС; ДНА – диаграмма направленности антенны; МС - мещающий радиосигнал; j м – угол прихода МС; f пд м – частота МС;; a м – угол исхода МС.
Помимо общих организационно-технических мер применяются различные
специальные технические средства, уменьшающие влияние МС на качество приема ПС посредством снижения уровня МС на входе рецептора или ослабления влияния МС на качество приема за счет использования компенсаторов помех. Рассмотрение таких средств проведено в главе 10.
Рис.1.8 Cитуационный план помеховой ситуации при воздействии одного мешающего сигнала
Общая методика анализа ЭМС РЭС, включающая в себя общий алгоритм анализа ЭМС, подготовку и первичный анализ исходных данных для произвольного сложного случая ЭМО, алгоритм проверки выполнения ЭМС для каждоговарианта взаимодействия в данной ЭМО, примеры расчетов ЭМСдля различных вариантов и список литературы, содержащий большое количество нужных для расчетов Рекомендаций МСЭ-Р, даны в .
ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 6/1990, стр. 16-20
Управление войсками
Капитан 1 ранга А. С. ТИТОВ
УСПЕШНОСТЬ ведения силами флота боевых действий по отражению агрессии противника и нанесению ему ответных ударов в значительной степени определяется эффективностью функционирования радиоэлектронных средств и систем (РЭС), без использования которых в современных условиях невозможно ни управлять силами, ни применять их оружие. Однако интенсивное оснащение кораблей и судов, самолетов и подводных лодок, систем управления и обеспечения РЭС различных типов и назначения резко усложнило проблему их радиоэлектронной защиты.
Оперативно-тактическая необходимость комплексного использования РЭС различных типов и назначения в одних и тех же районах в одно и то же время и на совпадающих или близких частотах приводит к возникновению непреднамеренных помех (НРП), когда электромагнитные излучения одних средств затрудняют или делают невозможным применение других средств (систем). Созданию НРП способствует и стремление повысить излучаемую мощность передающих и чувствительность приемных устройств РЭС в целях повышения устойчивости от воздействия средств РЭБ противника.
Важность защиты РЭС от непреднамеренных помех, масштабность этой проблемы обусловили объективную необходимость выделения ее в самостоятельную задачу - обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств. Практика применения РЭС кораблей, соединений и объединений на учениях, а также опыт локальных войн подтвердили актуальность и трудность решения данной задачи.
Пример сложности вопросов электромагнитной совместимости РЭС - потопление английского эсминца «Шеффилд» в англо-аргентинском вооруженном конфликте. Корабль был атакован с дистанции около 30 км двумя самолетами «Супер этандер», которые выпустили две ракеты «Экзосет». Одна из них попала в его носовую часть. Ракета была обнаружена визуально за шесть секунд до попадания. Успеху удара способствовало то, что на эсминце в период атаки была выключена РЛС обнаружения воздушных целей метрового диапазона для исключения помех спутниковой системе связи «Флитсатком», через которую велись переговоры с Лондоном.
Важность вопросов обеспечения электромагнитной совместимости РЭС показывает и опыт боевой подготовки, когда непреднамеренные помехи являются одной из причин, влияющих на эффективность комплексного применения радиоэлектронных средств. Поэтому обеспечение условий эффективного функционирования РЭС кораблей и соединений в настоящее время стало неотъемлемой частью мероприятий по организации их боевого применения. Электромагнитная совместимость определяется как характеристиками самих РЭС, так и созданием соответствующих режимов их работы. Вопросы ее обеспечения должны решаться на протяжении всего жизненного цикла РЭС - на этапах проектирования, подготовки и боевого применения.
В ВМС капиталистических государств данной проблеме уделяется большое внимание. Работы по обеспечению ЭМС РЭС проводятся в рамках специальных программ (например, в США - «ТЕСЕР-80»). Они предусматривают проведение исследований, опытно-конструкторских разработок и испытаний существующих и разрабатываемых образцов радиоэлектронного вооружения и направлены на введение системного подхода к проектированию и оснащению кораблей радиоэлектронными средствами с учетом их электромагнитной совместимости; разработку системы стандартов в области ЭМС; совершенствование технических характеристик РЭС, влияющих на ЭМС (уменьшение боковых лепестков диаграмм направленности антенных устройств, уменьшение числа каналов воздействия непреднамеренных помех и т. д.); внедрение эффективных устройств защиты от НРП, принцип работы которых учитывал бы как особенности боевого применения, так и конструкцию РЭС. К числу мер, направленных на обеспечение ЭМС РЭС, относятся правильный выбор диапазонов рабочих частот, улучшение характеристик излучения, приема и повышение помехозащиты от непреднамеренных помех, а также ограничение параметров, влияющих на электромагнитную совместимость.
Значительная часть мероприятий по обеспечению ЭМС проводится на этапах подготовки и ведения боевых действий. На этапе подготовки прогнозируется ожидаемая радиоэлектронная и электромагнитная обстановка в районе боевых действий (по формулярам РЭС, опыту эксплуатации и боевой подготовки выявляются потенциально несовместимые РЭС и делается расчет уровней НРП, определяются опасные помеховые ситуации); производятся частотные назначения группам или отдельным РЭС, уточняются запрещенные частоты для работы (в основном для средств РЭП); устанавливается приоритет в использовании РЭС; назначаются сектора пространства, в которых они должны работать; вводятся временные и пространственные ограничения на работу РЭС; разрабатываются требования по обеспечению ЭМС при построении ордеров кораблей; определяются меры контроля, их периодичность и т. п.
При ведении боевых действий РЭС целесообразно применять в соответствии с заранее разработанными вариантами. В этот период может осуществляться только их корректировка из-за изменений тактической и радиоэлектронной обстановки. При действиях кораблей в составе соединения особо сложную задачу представляет обеспечение электромагнитной совместимости РЭС. Если на одном корабле виды и параметры непреднамеренных помех известны и могут учитываться во всех вариантах применения, то для соединения кораблей их определение может быть недостаточно точным из-за изменения состава и местоположения РЭС в ходе боевых действий.
Комплексный характер боевого применения РЭС соединения (объединения) обусловливает необходимость рассмотрения их как единой системы, отличающейся: иерархической структурой построения; наличием большого количества взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов; разнородностью интенсивных потоков информации; многокритериальностью; взаимодействием с внешней средой.
Иерархичность структуры этой системы (рис. 1) предопределяет наличие между ее управляющими и исполнительными элементами двух типов отношений - подчинения и взаимодействия. Первые характеризуются, как правило, только информационными связями, обеспечивающими обмен командной информацией и информацией состояния. Вторые - тем, что между подсистемами (элементами) наряду с обменно-информационными устанавливаются и нежелательные связи, одним из видов которых является связь через электромагнитное поле. Она-то и предопределяет возможность возникновения электромагнитной несовместимости РЭС. Поэтому при решении конкретных задач подсистемами РЭС могут возникать конфликтные ситуации (работа в общей полосе частот, одновременная работа нескольких подсистем РЭС и т. д.).
Рис. 1. Структура системы РЭС
Так как подсистемы решают свои задачи автономно, то общая задача обеспечения ЭМС требует их согласования, т. е. координации в целях повышения общего суммарного эффекта функционирования системы. При этом информация о состоянии и параметрах отдельных РЭС, условиях их работы в системе может быть недостаточно полной или изменяться. В результате координатор сталкивается с проблемой принятия решения в условиях неопределенности. Задача каждого локального решающего элемента также рассматривается как задача принятия решений в условиях неопределенности, поскольку она имеет место в отношении действий локальных решающих элементов других подсистем. И успех координирования системы зависит от выбора оценочных диапазонов параметров.
Взаимодействие между координатором и решающими элементами нижнего уровня в теории координации строится на двух принципах.
Первый. Прогнозирование взаимодействия. Координатор прогнозирует необходимые частотные расстройки, расстояния между несовместимыми РЭС, при которых обеспечивается заданный уровень непреднамеренных помех. Если при этом оказывается, что принятый локальными решающими элементами порядок применения РЭС в подсистеме обеспечивает заданное качество работы РЭС, то задача координации выполнена.
Второй. Согласование взаимодействия. Каждый локальный решающий элемент имеет право принимать решения самостоятельно. Принцип предполагает координацию локальных функций качества, чтобы находилось решение при независимой работе подсистем. Роль координатора сводится к согласованию функции качества системы и локальных функций качества подсистемы. При координации прогнозируются условия ЭМС в системе по всем вариантам тактической обстановки и на каждом этапе решения боевой задачи. Если координацией пространственно-временных и частотных режимов работы всех этих электронных средств не удается обеспечить условия их электромагнитной совместимости, то изменяются тактическое построение кораблей и организация боевого применения их подсистем. Показателем качества координации является эффективность работы этих систем при решении боевой задачи.
Координация вопросов ЭМС РЭС соединения кораблей имеет свои особенности. Одна из них заключается в том, что они входят в качестве подсистемы в систему более высшего порядка, например объединения. Поэтому их задачи полностью определяются целями системы высшего порядка, и обеспечение совместимости осуществляется не только в интересах эффективного функционирования средств соединения, но и всей системы в целом.
Другой особенностью является то, что координация не стремится достичь оптимума, а направлена только на улучшение характеристик используемой системы. Задачи подсистем также формируются в целях получения удовлетворительного, но не обязательно оптимального решения. Практически строгий оптимум по многим причинам оказывается нереализуемым (идеальная система), так как часто отсутствует достаточная информация о факторах, влияющих на результат выбранных решений, имеются ограничения во времени да и возможности подсистем РЭС небеспредельны.
Обеспечение электромагнитной совместимости предполагает наличие априорных сведений о параметрах излучений РЭС, тактическом построении соединения, организации их применения и др. На основе этой информации с использованием моделей взаимодействия производится анализ помеховой электромагнитной обстановки, определяются наиболее опасные источники непреднамеренных помех, дается оценка их мешающего воздействия, прогнозируются количество и типы РЭС, работа которых может быть подавлена частично или полностью.
Анализ и оценку помеховой (электромагнитной) обстановки принято проводить на нескольких уровнях: парном, когда учитываются воздействия помех, создаваемых каждым из двух радиоэлектронных средств; групповом, когда в расчет берутся действия всей группы РЭС на каждый приемник; системном, когда рассматривается влияние всех РЭС, входящих в данную систему, на каждую группу.
Наиболее разработаны вопросы оценки электромагнитной обстановки в дуэльной ситуации (парная оценка). Однако решение задач обеспечения ЭМС РЭС путем ее анализа в дуэльных ситуациях не всегда оправдано и не отражает полной картины мешающих воздействий, так как в большинстве случаев между РЭС возникают более сложные связи. То же самое можно сказать и относительно групповой оценки. Поэтому при оценке ЭМС вся группа несовместимых электронных средств должна рассматриваться как единая система.
Технические и организационные меры обеспечения ЭМС РЭС достаточно полно описаны в специальной литературе. Отметим только, что нормирование их частотно-территориального разноса является необходимой, но недостаточной мерой обеспечения ЭМС, так как не исключает непреднамеренных помех, обусловленных: непрерывной сменой режимов работы и рабочих частот из-за помех противника; изменением взаимного расположения несовместимых средств вследствие изменения обстановки; случайным характером и неполнотой сведений об излучениях в широкой полосе частот.
Процесс координации содержит два важных момента - установление приоритета работы РЭС и оценку эффективности мер обеспечения их электромагнитной совместимости. Радиоэлектронные средства одной или нескольких подсистем могут работать в последовательном, параллельном и последовательно-параллельном временных режимах. В том случае, если не удается обеспечить ЭМС путем использования технических мер защиты и частотно-территориального разнесения РЭС, осуществляется временная регламентация (ранжировка их работы). Она проводится на основе оценок эффективности вклада конкретного средства в решение каждой задачи. Рассчитанная таким образом матрица приоритетов позволяет на каждом этапе функционирования системы давать временную регламентацию работы входящих в нее средств.
Оценка эффективности мер обеспечения ЭМС РЭС может производиться по показателям их успешности и полезности. В качестве п о-казателей успешности могут выступать как вероятностные показатели (вероятность обнаружения, вероятность сопровождения и т. д.), так и показатели изменения тактических параметров отдельных средств и всей системы (сокращение дальности обнаружения, снижение пропускной способности и т. д.). Показатели полезности характеризуют вклад РЭС корабля (соединения) в эффективность функционирования системы более высокого уровня (соединения, объединения) при решении боевых задач. В конечном итоге координация вопросов обеспечения ЭМС сводится к распределению частотного и пространственно-временного ресурса системы РЭС таким образом, чтобы обеспечивалось решение боевых задач с заданной эффективностью.
Наиболее сложной проблемой является организация взаимодействия сил флота с родами войск других видов Вооруженных Сил по вопросам ведения радиоэлектронной борьбы. Особую значимость приобретает решение этой проблемы в целях предотвращения (срыва) возможной агрессии или отражения внезапного нападения противника. Внезапность боевых действий не оставляет времени на подготовку и отработку всех вопросов взаимодействия, в том числе и по боевому применению радиоэлектронных средств и систем. Отсюда - требования к уровню боевой готовности дежурных сил и средств, необходимости заблаговременного, четкого согласования их работы по месту, времени, диапазонам частот, секторам ответственности, количеству выделенных сил и средств.
Принципиально вопросы обеспечения ЭМС РЭС, подлежащие согласованию, не меняются: распределение частотно-временного и пространственного ресурсов работы РЭС и осуществление соответствующего контроля. Видимо, их целесообразно включать в раздел радиоэлектронной защиты в приложении к планам по боевому взаимодействию. В разрабатываемом документе должны быть отражены в виде таблиц и графиков: распределение частот (основные, запасные, запрещенные); временной график работы РЭС; сектора работы РЭС; зависимости уровня непреднамеренных помех от расстояния отдельно для береговых и корабельных РЭС. Все эти вопросы нужно разработать заранее и дать оценку их эффективности. При изменении состава сил должна немедленно производиться соответствующая корректировка.
Важно отметить, что ЭМС не является единственным фактором, влияющим на эффективность РЭС. Поэтому при организации их применения необходимо учитывать влияние мер обеспечения ЭМС на другие составляющие радиоэлектронной защиты (защиту РЭС от помех, создаваемых противником и т. п.).
Проблемы обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств при их комплексном использовании нельзя решить, задав жесткий алгоритм действий на все случаи. Каждый раз следует учитывать множество различных факторов, оперативно реагировать на все изменения обстановки (оперативно-тактической, радиоэлектронной, электромагнитной), характера использования сил и радиоэлектронных средств, производить оценку эффективности решения поставленной задачи при выбранных вариантах их работы.
Представляется целесообразным в ходе планирования боевого применения объединений решение задачи обеспечения ЭМС РЭС предусматривать в рамках специальной операции по срыву функционирования системы управления противника и обеспечению надежного управления своими силами.
Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте
Министерство транспорта Российской федерации (Минтранс России)
Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация)
Федеральное Государственное бюджетное образовательное
учреждение профессионального высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДНСКОЙ АВИАЦИИ
Кафедра №12
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ»
Выполнил студент группы 803
Казаков Д.С.
Номер зачетной книжки 80042
Санкт-Петербург
Исходные данные для расчета
Исходные данные для расчета выбираются согласно трем последним цифрам номера зачетной книжки:
Частота основного излучения: f0Т = 220 [МГц];
Частота основного канала приема: f0R =126 [МГц];
Мощность излучения на частоте: PT(f0Т) = 10 [Вт];
Коэффициент усиления передающей антенны в направлении к приемной: GTR = 10 [дБ];
Коэффициент усиления приемной антенны в направлении к передающей: GRT =7 [дБ];
Расстояние между антеннами: d = 1,2 [км];
Восприимчивость приемника по частоте: PR(f0R) = -113 [дБм];
Скорость передачи данных: ns = 2,4 [кБит/с];
Индекс частотной модуляции: mf = 1,5.
В данной работе используются эксплуатационно-технические характеристики приемного тракта радиостанции авиационной воздушной связи Баклан-20:
Промежуточная частота РП: fIF = 20 [МГц];
Полоса пропускания по ПЧ: ВR = 16 [кГц];
Частота гетеродина РП: fL0 = 106 [МГц].
Порядок анализа ЭМС пары ИП-РП
Частота основного излучения ИП: f0Т = 220 [МГц].
Минимальная частота побочного излучения ИП: fSTmin = 22 [МГц].
Максимальная частота побочного излучения ИП: fSTmax = 2200 [МГц].
Частота основного канала приема РП: f0R =126 [МГц].
Минимальная частота побочного канала приема РП: fSRmin =12,6 [МГц].
Максимальная частота побочного канала приема РП: fSRmax=1260 [МГц].
Необходимый разнос между рабочими частотами ИП и РП:
2 f0R =25,2 [МГц].
ОО |220-126|<25,2 - не выполняется;
ОП 220 < 1260 - выполняется, 220> 12,6 - выполняется;
ПО 22 < 126 - выполняется, 2200 > 126 - выполняется;
ПП 22 < 1260 - выполняется, 2200 > 12,6 - выполняется.
По результатам сравнения частот излучения ИП и отклика РП делаем заключение: так как неравенство ОО не выполняется, то из данных комбинаций необходимо рассматривать ОП, ПО, ПП. Комбинация ОО исключается из анализа.
Последующий анализ ЭМС основывается на суммировании данных (в децибелах) согласно выражению:
(f,t,d,p) = PT (fT)+GT (fT,t,p)-L(fT,t,d,p)+GR(fR)-PR (fR)+CF(BT,BR,?f).
Амплитудная оценка помех
Выходная мощность ИП на частоте основного излучения:(fOT) = 101g(PT (fОТ)/ PO) = 101g(10/10-3)=40 [дБм].
Выходная мощность ИП на частоте побочного излучения:
(fST) = PT(fОТ) - 60 = 37 - 60 = - 20 [дБм].
Усиление антенны ИП в направлении РП: GTR (f) =10 [дБ] .
Усиление антенны ИП в направлении ИП: GRT (f) =7 [дБ].
Потери при распространении радиоволн длиной ? в свободном пространстве на расстоянии d согласно выражению:[дБ] = 201g(? / 4?d) = 20lg(c/4?fd).
·ОП: fSRmin=12,6 [МГц];
·ПО: fSTmin=22 [МГц];
·ПП: fSRmin=12,6 [МГц].
ОП[дБ] = 20lg(3*108 / 4*3,14*12,6*106*1200) = -56[дБ];ПО[дБ] = 20lg(3*108 / 4*3,14*22*106*1200) = -60,9 [дБ];ПП[дБ]= 20lg(3*108 / 4*3,14*12,6*106*1200) = -56 [дБ].
частота помеха усиление антенна
13. Мощность помехи на входе РП РA(f) дБм определяется по сумме данных в строках 8...12:
ОП: РA(f) = PT(fOT) + GTR (f) + GRT (f) + LОП = 1 [дБм];
ПО: РA(f) = PT(fST) + GTR (f) + GRT (f) + LПО = -63,9[дБм];
ПП: РA(f) = PT(fST) + GTR (f) + GRT (f) + LПП = -59[дБм].
Восприимчивость РП на частоте основного канала приема:
(f0R)= -113[дБм].
Восприимчивость РП на частоте побочного канала приема:
PR(fSR)= PR(f)+ 80 = -113+80=-33 [дБм].
Предварительная оценка уровня ЭМП в дБ, определяемая по разности данных в строках 13 и 14 или 13 и 15:
·ОП: 1+33=34[дБм];
·ПО: -63,9+113=49,1[дБм];
·ПП: -59+33=-26[дБм].
По результатам полученных данных в делаем заключение о необходимости перейти к ЧОП - частотной оценке помех, т.к. ОО, ОП и ПО > -10 дБ.
Частотная оценка помех
Коррекция результатов АОП, учитывающая различие полос частот ИП и РП
Частота следования импульсов на выходе ИП при импульсном излучении: fc=ns/2
2,4/2= 1,2 [кГц].
Ширина полосы частот ИП: ВT =2F(1+ mf), т.к. mf > 1
ВT =2*1,2(1+1,5)=6 [кГц].
Ширина полосы частот РП: ВR = 16 [кГц].
Поправочный коэффициент:
т.к. соотношение полос частот ИП и РП - ВR >ВT , следовательно, нет необходимости в коррекции.. Коррекция результатов АОП, учитывающая разнос частот ИП и РП
Частота гетеродина РП: fL0 = 106 [МГц].
Промежуточная частота РП: fIF = 20 [МГц].
Т.к. комбинация ОО отсутствует, то пункт 24 и 25 пропускаем.
Определяем величину отношения:
T /(fL0+ fIF) = 220/(106+20)=1,74 (ближайшее целое число 2).
Результат перемножения данных строк 22 и 26:
* 2 = 212 [МГц].
Определяем разнос частот в комбинации ОП по данным строк 1, 23, 27:
|(l)± (23) -(27)| = |220± 20-212| = 12 [МГц].
Поправку CF дБ в комбинации ОП, определяем согласно 28 строки и рис. 6.1 учебного пособия:
40lg((BT+BR)/2?f)= 40lg((6*103+16*103)/2*12*106)=-121,5[дБ].
Определяем величину отношения f0R/f0T:ОR/fOT =116/220 = 0,51; выбираем f0R/f0T =1 как ближайшее целое число.
Результат перемножения данных строк 1и 30: 220*1 = 220 [МГц].
Определяем разнос частот в комбинации ПО по данным строк 4 и 31: ?f=220-116=94 [МГц].
Определяем поправку CF дБ в комбинации ПО, согласно данным предыдущего пункта и рис 6.1:
40lg((BT+BR)/2?f) = 40lg((6*103+16*103)/2*94*106) = -157,3[дБ].
Т.к. комбинация ПП отсутствует, то пункт 34 и 35 пропускаем.
Итоговый результат IM дБ, получаемый суммированием данных в строках:
и 25 для ОО,
и 29 для ОП,
и 33 для ПО,
и 35 для ПП.
Если для какой-то комбинации IM ?-10 дБ, то можно считать, что она отсутствует.
·ОП: 34 -138,6 = -87,6[дБм];
·ПО: 49,1-157,3=-108,2[дБм];
Для комбинаций ОО, ОП, ПО IM ? -10дБ, т.е. помеха при данном разносе частот отсутствует, следовательно, ДОП не нужна.
Таблица 1
№ строкиКомбинацияОООППОППАОП840,09-20,0-20,01010,010,010,0117,07,07,012-56-60,9-56131-63,9-5914-113,015-33,0-33,0163449,1-26ЧОП 1 коррекция20213449,1ЧОП 2 коррекция2529-121,533-157,33536-87,5-108,2Используемая литература
1. Фролов В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронного оборудования: Учебное пособие/Академия ГА, Санкт-Петербург,2004.
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ (ЭМС РЭС)
Краткий исторический экскурс в ЭМС РЭС.
Начало активного использования электромагнитных процессов относится к середине 19 века:
· Появление телеграфа - 1843-1844 г.г.;
· Телефонная связь - 1878 г. (Нью-Хейви, США);
· Промышленная электростанция 1882 (Нью-Йорк);
· Электрификация в промышленности и сельском хозяйстве - конец 19 века.
С изобретением радио (1895-1896 г.г. (А.С.Попов, Г.Маркони) начинается эпоха радиотехники:
· Оснащение судов ВМФ ряда стран средствами радиосвязи - 1900-1904 г.г.
· Организация радиовещания на с появлением радиоламп - 30-е годы 20 века;
· Радионавигация - 30-е годы 20 века;
· Телевидение - 40-е годы 20 века;
· Радиолокация (появление - 1939 г., бурное развитие в годы второй мировой войны и особенно в послевоенный период).
· Освоение диапазона частот до 40 ГГц на базе СВЧ-приборов (конец 40-х годов 20 века).
· Скачок в развитии радиоэлектронных средств (РЭС), обусловленный появлением полупроводниковых приборов (конец 40-х годов до 70-х годов 20 века).
· Огромный, скачкообразный прогресс в микроэлектронике (с начала 80-х годов по настоящее время) обусловил столь же быстрое развитие в области РЭС.
Роль ЭМС РЭС при этом быстро возрастает. Объективно такая ситуация заставила резко активизировать роль международных организаций в разработке нормативной базы по ЭМС и внедрению нормативов в практику (через сертификацию). Эти усилия дали положительные результаты: приборы, системы, устройства на базе микропроцессоров успешно работают в сложной электромагнитной обстановке (ЭМО).
Существо мер обеспечения ЭМС с позиций использования радиочастотного ресурса
В контексте дисциплины "ЭМС и СЗ" для трактовки ряда аспектов проблемы ЭМС полезно использовать понятие радиочастотного ресурса. Любое техническое средство, использующее электромагнитные процессы диапазонов радиочастотного и ниже, характеризуется областью локализации их в пространстве V-F-T с координатами «частота», «время» и «пространственные координаты» - Ω ИП i ,. Аналогично, любое техническое средство, потенциально подверженное действию внешних по отношению к нему электромагнитных процессов, рассматривается как своеобразный «-мерный фильтр с определенной избирательностью по указанным координатам. Такой «фильтр» характеризуется некоторой областью «прозрачности» - Ω РП j . Пересечение областей Ω ИП i и Ω РП j трактуется как наличие электромагнитного воздействия i -го средства-источника на j-e средство-рецептор. Если принять, что одноименным индексам соответствует намеренная передача энергии, а разноименным - непреднамеренная передача, нарушение ЭМС i -го источника и j -го рецептора трактуется как наличие нежелательных пересечений области создаваемых полей Ω ИП i и области прозрачности j-го рецептора Ω РП j : Ω ИП i ∩ Ω РП j ≠ Ø (рис. 2.2).
Уточним понятия областей, соответствующих источнику и рецептору. Будем различать реально занимаемые области Ω ИП i и Ω РП j , соответствующие существующим или создаваемым (т.е. технически реализуемым) образцам аппаратуры и необходимые области Ω ИПн i и Ω РПн j . Понятие необходимой области отвечает области минимальной протяженности, при которой обеспечивается функционирование технических средств с требуемым качеством. «Размеры» необходимых областей Ω ИПн i и Ω РПн j определяются:
В частотной области - шириной необходимой полосы частот радиопередатчика В н i необходимой шириной спектра частот сигналов, создаваемых в различных электронных устройствах и т.д. В отношении рецепторов - шириной полосы частот основного канала радиоприема, соответствующего величине В н j шириной полосы пропускания различных электронных устройств, соответственно используемым сигналам и т.д.;
По временной координате - минимальной продолжительностью сеанса (совокупности сеансов) радиосвязи, минимальным требуемым временем работы различных технических средств, не являющихся передатчиками и т.д.;
В пространственной области - минимальным объемом пространства, в пределах которого с определенной целью создаются электромагнитные поля с интенсивностью не ниже заданной. Примерами необходимого пространственного объема для излучений радиопередатчиков могут служить планируемые зоны уверенного приема телецентров, зоны, соответствующие конкретной соте в системах мобильной радиотелефонной связи и т.д. Примером необходимого пространственного объема для группы источников индустриальных помех может служить внутренний объем бытовой СВЧ-печи, в котором создается электромагнитное поле с целью приготовления пищи.
Для реальной аппаратуры всегда имеет место превышение занимаемыми областями Ω ИП i и Ω РП j ; соответствующих им необходимых значений:
Ω ИП i Ω ИПн i ; (1)
Ω РП j Ω РПн j , (2)
причины чего носят различный характер. Часть из них имеет принципиальный характер, например, превышение области создаваемых полей телевизионным передатчиком над плановым, соответствующим его зоне обслуживания, другие - связаны с техническим несовершенством конкретного устройства, приведшим к увеличению полосы занимаемых частот, наличию неосновных каналов приема, появлению нежелательных связей между элементами или устройствами и т.д.
В любом случае, при нарушении ЭМС, трактуемым как наличие нежелательных пересечений областей Ω ИП i и Ω РП j , возможны две принципиально различные ситуации, при которых имеет место:
Пересечение областей Ω ИП i и Ω РП j хотя пересечение соответствующих необходимых областей Ω ИПн i И Ω РПн j отсутствует (рис. 4.3):
Ω ИП i ∩ Ω РП j ≠ Ø (3)
Ω ИПн i ∩ Ω РПн j = Ø (4)
Пересечение и занимаемых, и соответствующих им необходимых областей (рис. 2):
Ω ИП i ∩ Ω РП j = Ø (5)
Ω ИПн i ∩ Ω РПн j = Ø (6)
Принципиальное отличие этих ситуаций заключается в следующем. Если пересечение необходимых областей отсутствует, а занимаемых - имеет место, это означает, что нарушение ЭМС возникло вследствие технического несовершенства либо устройства-источника, либо устройства-рецептора. С принципиальной точки зрения, совместная работа может быть обеспечена, причем только при улучшении технических параметров (параметров ЭМС) аппаратуры.
Рис. 4. Разнос занимаемых областей
Таким образом, с точки зрения использования радиочастотного ресурса, существо различных мер обеспечения ЭМС состоит в следующем:
Организационно-технические меры - организация рационального использования радиочастотного ресурса в интересах всей совокупности используемых и вновь создаваемых технических средств: планирование его использования на уровне радиослужб, а также регламентация разумно допустимых превышений размеров занимаемых областей над необходимыми значениями в целом и для различных групп радиоэлектронных средств.
Системотехнические меры - выработка принципов работы технических средств, направленных на сокращение размеров необходимых областей Ω ИПн i и Ω РПн j а также рациональное перераспределение радиочастотного ресурса между элементами системы в пределах возможностей, определенных на основе организационно-технических мер.
Схемотехнические меры - обеспечение условий, при которых протяженность занимаемых областей сокращается в сторону приближения к соответствующим необходимым значениям: Ω ИП i → Ω ИПн i , Ω РП j → Ω РПн j Средствами достижения этого являются те или иные приемы, принимаемые на уровне схемных решений, не затрагивающих принцип действия аппаратуры.
Конструкторско-технологические меры - использование различных приемов на уровне конструктивных решений и технологических процессов производства.
Во многих случаях на практике целью схемотехнических и конструкторско-технологических мер обеспечения ЭМС является такое уменьшение размеров занимаемых областей, при которых их протяженность отвечает допустимым значениям, определенным организационно-техническими мерами, т.е. стандартам и нормам, регламентирующим параметры ЭМС различных технических средств.
Трактовка проблемы ЭМС как проблемы использования радиочастотного ресурса позволяет дать наглядное толкование следующему факту. Как известно, непреднамеренные помехи принято разделять на две категории - излучения радиопередатчиков и индустриальные помехи. С позиций использования радиочастотного ресурса такое деление имеет совершенно четкое объяснение. Любые электронные и электротехнические средства предназначены для использования электромагнитных процессов с определенными целями исключительно в пределах внутреннего объема указанных устройств.
Таким образом, необходимые области Ω ИПн i и Ω РПн j локализованы в пространстве соответственно пространственным координатам указанных устройств. Поэтому для источников и рецепторов этой категории устройств всегда выполняется условие отсутствия пересечения указанных областей: Ω ИПн i ∩ Ω РПн j =Ø
Это означает, что любые нарушения ЭМС в группе источников и рецепторов в категории «индустриальные помехи» являются только следствием технического несовершенства последних. Это также означает, что задачи обеспечения ЭМС для этой категории принципиально могут быть решены на основе принятия схемотехнических и конструкторско-технологических мер.
Для категории НЭМП-излучения радиопередатчиков дело обстоит принципиально иным образом. Любые радиопередающие устройства по своему назначению создают электромагнитные поля за пределами своих внутренних объемов. Это уже означает принципиальную возможность наличия пересечений необходимых областей Ω ИПн i и Ω РПн j . Кроме того, в силу фундаментальных законов электромагнетизма, электромагнитное поле в открытом пространстве не может быть локализовано в пределах только некоторой ограниченной его части. Также не может быть локализован любой сигнал конечной длительности в пределах финитной частотной области. Поэтому имеет место превышение занимаемых областей над необходимыми значениями. Существование нежелательных пересечений областей означает, что в общем случае принятие мер только схемотехнических и конструкторско-технологических может оказаться недостаточным при обеспечении ЭМС для категорий источников НЭМП-излучений радиопередатчиков.
Литература
1. Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: Учебное пособие. - Казань: ЗАО "Новое знание", 2006. - 304 с.
Постоянное увеличение плотности размещения радиоэлектронных средств при ограниченном частотном ресурсе приводят к увеличению уровня взаимных помех, нарушающих нормальную работу этих средств. Плотное размещение РЭС и их антенн приводит к тому, что электромагнитные поля, излучаемые антеннами радиопередатчиков могут создавать в антеннах радиоприемников высокочастотные ЭДС, что может создавать перегрузку входных каскадов и нарушение нормального функционирования радиоприёмников (РПМ) или даже выход их из строя.
При анализе внутриобъектовой электромагнитной совместимости используют следующие виды оценок:
1) Парная. При парной оценке ЭМС осуществляется учет воздействия помех радиопередатчика (РПД) одного РЭС на РПМ другого объекта.
2) Групповая. При групповой оценке – учет помехового воздействия всех РПД на один РПМ объекта
3) Комплексная. При комплексной оценке ЭМС анализируется совместимость каждого из РЭС объекта со всеми остальными РЭС этого объекта.
ЭМС РЭС объекта рассчитывают в следующем порядке:
1) Определение потенциально несовместимых пар РЭС,
2) Расчет энергетических характеристик непреднамеренных радиопомех,
3) Определение степени обеспечения ЭМС.
На основе частотного анализа определяются источники и рецепторы радиопомех. Расчет энергетических характеристик радиопомех предусматривает определение мощности совокупной радиопомехи, приведенной ко входу РПМ, с учетом проникновения радиопомех через антенно-фидерный тракт.
Определение степени обеспечения ЭМС РЭС объекта производят на основе парной или групповой оценки ЭМС.
Порядок проведения парной оценки ЭМС РЭС:
1) Определяют мощность P ij непреднамеренной радиопомехи, приведенную ко входу i-го РПМ, от j-го мешающего РПД;
2) Аналитически определяют допустимую мощность P i доп непреднамеренной радиопомехи на входе i-го РПМ от j-го РПД;
3) Сравнивают уровень мощности радиопомехи , в дБ, на входе РПМ с допустимым и определяют степень обеспечения ЭМС, которая определяется показателем
(1)
Групповая оценка ЭМС РЭС проводится по следующему алгоритму:
1) Определяется суммарная мощность P iΣ радиопомех, приведенных ко входу i-го РПМ, от РПД объекта;
2) Аналитически определяют допустимую мощность P i доп радиопомехи на входе i-го РПМ оцениваемого РЭС;
3) Сравнивают уровень суммарной мощности радиопомех с допустимым уровнем и определяют степень обеспечения ЭМС приемника оцениваемого РЭС с РПД остальных РЭС объекта.
Показатель обеспечения ЭМС РЭС объекта, в дБ, при групповой оценке определяется по формуле
(2)
Значения и в децибелах характеризуют степень запаса обеспечения ЭМС (если она положительна) или степень недостаточности обеспечения ЭМС (если она отрицательна).
Комплексная оценка ЭМС РЭС является наиболее сложной и на практике проводится редко.
Технические параметры РЭС, влияющие на их ЭМС
Основными нормируемыми техническими параметрами, определяющими ЭМС РЭС, являются:
1) Для радиопередающих устройств :
· Мощность несущей РПД;
· Ширина полосы частот основного излучения РПД;
· Отклонение несущей частоты РПД передатчика от номинального значения;
· Уровень внеполосных излучений (ВИ) РПД;
· Уровень побочных излучений (ПИ), в том числе интермодуляционных излучений (ИМИ) РПД;
2) Для радиоприемных устройств:
· Чувствительность РПМ, которая характеризует способность приемника принимать слабые сигналы, т.е. уровень принимаемого сигнала, при котором переданная информация может быть воспроизведена с удовлетворительным качеством;
· Избирательность РПМ по соседнему каналу (СК), по побочному каналу приема (ПКП), интермодуляционная;
· Уровень излучения гетеродинов РПМ, который характеризует возможность излучения помех приемником на частотах гетеродинов и их гармониках.
Помимо нормируемых параметров передатчиков и приемников, на ЭМС РЭС влияют:
· Диаграмма направленности (ДН) при излучении и приеме на рабочих частотах;
· ДН на частотах внеполосных и побочных излучений РПД;
· ДН на частотах соседних и побочных каналов приемника РПМ;
· Временной режим работы РЭС на излучение и прием.
Из-за технологического несовершенства РПД их спектр излучения, помимо основного излучения (ОИ), содержит нежелательные внеполосные и побочные излучения, за пределами необходимой полосы частот.
К побочным излучениям относятся:
· Радиоизлучение на гармонике;
· Радиоизлучение на субгармонике;
· Комбинационное радиоизлучение;
· Интермодуляционное радиоизлучение.
Из-за неидеальности параметров РПМ, помимо основного канала приема, имеют большое число неосновных каналов – соседних и побочных, которые не предназначены для приема полезного сигнала. К побочным каналам приема относятся каналы, включающие промежуточную, зеркальную, комбинационную частоты и гармоники частот настройки РПМ.
Из-за недостаточной избирательности РПМ возможны помеха по соседнему каналу приема, помехи обусловленные эффектом блокирования и эффектом переноса шумов гетеродина в тракт промежуточной частоты приемника. Эффект блокирования проявляется как изменение отношения с/ш на выходе РПМ при действии радиопомехи на его входе, частота которой находится в полосе частот, начиная от частоты соседнего канала до частоты, на которой уровень ослабления помехи соседними контурами РПМ составляет -80дБ. Эффект переноса шумов гетеродина заключается в преобразовании части энергетического спектра шума гетеродина РПМ с шириной, равной полосе пропускания тракта ПЧ РПМ, в промежуточную частоту и попадании шума в тракт ПЧ ПРМ в виде энергии шума.
При воздействии на нелинейные элементы РПМ двух или более радиопомех в нем может возникнуть интермодуляционная помеха, вызывающая возникновение отклика на выходе РПМ, а так же перекрестное искажения – изменение спектра полезного радиосигнала на выходе РПМ при наличии на его входе модулированной радиопомехи.
Признаками прохождения радиопомех через антенну по наблюдаемому эффекту на выходе РПМ являются:
· Полное пропадание помех на выходе при отсоединении антенны от РПМ и подключения вместо нее эквивалента антенны;
· Изменение уровня помех синхронно с изменением направления антенны приемника-рецептора помех при неподвижной антенне источника помех;
· Существенная зависимость уровня помех от типа используемой антенны или места ее расположения на объекте;
· Значительное уменьшение уровня помех при полном или частичном экранировании раскрыва антенны.
Признаками прохождения помех через экран РПМ являются существенное увеличение помех на выходе РПМ при искусственном ухудшении качества его экранировки и наоборот – уменьшение помех при улучшении качества экранировки. Указанные эффекты могут быть достигнуты следующими приемами:
· Частичным или полным извлечением шасси из кожуха при подключении РПМ через удлинительные ремонтные кабели;
· Помещением РПМ в дополнительный экран.
Для определения вида помехи по характеру их мешающего действия следует руководствоваться следующими положениями:
· помехи, вызванные внеполосными излучениями РПД, воспринимаются как возрастание уровня шумов на выходе РПМ;
· помехи, вызванные побочными излучениями РПД и обусловленные наличием побочных каналов приема РПМ, воспринимаются как невнятная (сложно-различимая) модуляция РПД – источника непреднамеренных радиопомех;
· эффект блокирования РПМ проявляется в одновременном уменьшении уровня полезного сигнала и шумов (индустриальных радиопомех) под воздействием помехи. Помеха как бы подавляет (блокирует) полезный сигнал, при этом модуляция радиопередатчика-источника помех на выходе РПМ не прослушивается;
· помехи интермодуляции прослушиваются обычно на выходе РПМ разборчиво как модуляция одного из работающих одновременно РПД-источника радиопомех.