Основы электромагнитной совместимости радиосредств
Основные понятия и классификация
Развитие радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения ведет к перегрузке радиоспектра. Поэтому рациональное использование радиоспектра с целью нормального функционирования всех радиоэлектронных средств является одной из важнейших задач. Оно должно вестись на научной основе, составной частью которой является обеспечение электромагнитной совместимости РЭС, т.е. любое радиоэлектронное средство:
1. Не должно создавать неумышленных помех нормальному функционированию других радиоэлектронных устройств.
2. Само должно нормально работать при включенных источниках радиосигналов.
В международном масштабе ЭМС в разрезе частотного и территориального разноса РЭС проводится Международным союзом по электросвязи (МСЭ). Разработанный регламент этим союзом охватывает диапазон от 10 кГц до 275 ГГц и предусматривает выделение полос частот 38 наземным и космическим радиослужбам, а также их территориальный разнос.
В каждом Государстве создается соответственно Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРУ), которая распределяет частоты РЭС. И решение этой комиссии обязательно, не выполнение карается законом.
Радиопомехи в зависимости от характера источника помех классифицируются на природные (естественные) и технические (индустриальные).
К первым относятся шумы вызванные атмосферным электричеством, космические шумы, радиоизлучения планет.
Вторые могут быть как широкополосными, так и узкополосными.
Широкополосными являются:
- искровой, дуговой и коронный разряд.
Узкополосным:
- излучения вызванные техническими средствами. К ним относятся внеполосное излучение, т.е. излучение которое находится вне полосы рабочих частот и побочное излучение, т.е. излучения которые соответствуют гармоникам основного излучения.
По характеру эти помехи могут быть импульсивными и непрерывными. Затем они делятся на внешние, воздействующие через антенну и фидерную линию от источников, расположенных в дальней зоне излучения и внутренние - от источников расположенных рядом, т.е. внутрисистемные .Н, в РРЛ влияние соседних стволов.
Взаимные помехи так же различают как создаваемые РЭС работающими в общей полосе частот и работающими в различных полосах частот. В последнем случае борьба должна вестись на месте возникновения помех, за счет совершенствования аппаратуры с целью ликвидации побочных излучений, а также путем фильтрации мешающих сигналов.
В первом же случае эти методы не приемлемы и бороться с ними можно, только уменьшая чувствительность приемника.
Критериями РЭС с точки зрения ЭМС являются:
1. стабильность частоты;
2. интенсивность внеполосных и побочных излучений;
3. степень подавления сигналов на приеме во всей полосе частот, кроме рабочей;
4. коэффициент ослабления мешающего сигнала (КОП), который характеризует ослабление этого сигнала от входа приемника до его выхода.
В теории ЭМС используются ряд специфических терминов, основные из них следующие:
1. Необходимая ширина полосы частот - минимальная полоса частот, которая достаточна для передачи информации с заданной скоростью и качеством.
2. Основное излучение - излучение в необходимой полосе частот.
3. Внеполосные спектры - часть спектральной плотности мощности излучения, которая находится за пределами необходимой полосы частот.
4. Внеполосное излучение - вся мощность, излучаемая на частотах внеполосного спектра.
5. Ширина занимаемой полосы частот - на границах которой средние излучаемые мощности равны каждая определенному проценту полной средней мощности излучения.
6. Ширина полосы частот спектра на уровне Х дБ - за пределами которой дискретная составляющая или спектральная плотность мощности имеет ослабление не менее чем на Х дБ относительно заданного исходного уровня.
Побочные и внеполосные излучения передатчика СВЧ
Источниками побочных и внеполосных излучений передатчика являются рис. 52.
Рис.52
Внеполосные излучения возникают:
1. В процессе модуляции несущего колебания по частоте формируется ЧМ сигнал. У этого сигнала, как известно, спектр бесконечен и те составляющие которые выходят за пределы рабочей полосы считаются внеполосными излучениями.
2. В случае перемодуляции, также возникают внеполосные излучения.
3. При преобразовании сигнала из-за несовершенства фильтрирующих устройств и наличия нелинейности в тракте возникают гармонические составляющие. Они также являются внеполосным излучением.
Побочные излучения возникают:
1. Для получения максимальной мощности выходной усилитель работает в нелинейном режиме. В результате возникают гармоники основной частоты. Они ослабляются фильтрами, однако из-за несовершенства часть проходит на выход и излучается.
2. В передатчике может случайно возникнуть условия самовозбуждения на побочных частотах.
3. При работе нескольких передатчиков на одну антенну, из-за изменения параметров мощного каскада одного передатчика под воздействием колебаний другого передатчика возникает интермодуляция.
4. Шумовые излучения передатчика являются причиной внеполосного и побочного излучения. Источником шумового излучения являются задающие автогенераторы и умножители. Спектр их широкополосный.
В результате внеполосного и побочного излучения общая панорама частот сигнала на выходе передатчика имеет вид рис. 53.
Рис.53
Здесь Δf - необходимая ширина полосы частот, где сосредотачивается основное излучение.
В остальной полосе излучаются внеполосные и побочные составляющие. В соответствии с рекомендациями МКЭ величина внеполосных и побочных излучений регламентируется. За уровнем этих излучений контроль ведет специальная служба.
Обеспечение электромагнитной совместимости РЭС
В том случае, если одна и та же полоса частот используется для работы различных РЭС, то для их нормальной работы они должны быть разнесены по пространству. В этом пространстве каждая система занимает соответствующий объем. Который определяется мощностью передатчика, полосой частот, характеристикой антенны, условиями распространения радиоволн, рельефом местности и т.д. рис. 54.
Рис.54
Данная система связи находится в пространстве излучения и характеризуется мощностью Рпд, полосой Δf, несущей частотой f, а также ряд источников помех с несущими fi полосой Δfi и мощностью Pi.
Приемное устройство характеризуется пространством приема излучения, которое определяется свойствами антенны и чувствительностью приема как по основному, так и по не основным каналам, а также способностью приемника подавлять нежелательные сигналы.
Если считать, что Земля представляет собой гладкую сферическую поверхность, то при ненаправленной антенне линия равной мощности Рдоп представляет собой окружность, радиус которой определяется как:
Используя данную формулу и задаваясь Рдоп, можно рассчитать на каком расстоянии должна находиться РЭС работающие в общей полосе частот.
Для реальных условий (земля не гладкая, антенны направленные и т.д.) расчет усложняется, однако он не представляет большой сложности и достаточно хорошо разработан.
ЭМС РРЛ и ССС
В соответствии с решением ВАКР в диапазоне 1 - 10 ГГц наиболее легко совместить работу ССС с РРЛ. Поэтому было принято также решение в 1963 г. В этом случае возможно четыре пути создания взаимных помех (рис. 55).
Рис.55
В связи с тем, что земные станции СС имеют значительно большие электрические показатели, чем РРС, а также то, что СС охватывают излучением огромные территории, приняты следующие ограничения на технические параметры и расположения станций при совместном использовании полос частот:
1. Ограничение мощности и направления земных станций ССС. Эквивалентная изотропно излучаемая мощность земных станций в диапазоне 1 - 15 ГГц в любой полосе частот шириной 4 кГц не должна превышать +40 дБ Вт при угле места излучения антенны δ≤0 и (40+3δ) дБ Вт при 0≤δ≤5° и без ограничения при δ>5°.
2. Ограничение мощности и направления станций РРС: эквивалентная изотропно излучаемая мощность станции РРС в диапазоне 1 - 30 ГГц не должна превышать +55 дБВт и др. параметры регламентируются.
3. Ограничение плотности потока мощности Ф создаваемой у поверхности Земли излучением спутника связи. В зависимости от диапазона частот, величина Ф регламентируется для полосы частот шириной 4 кГц.
Если выполняются все условия рекомендованные МКЭ по ЭМС, то обеспечиваются взаимно приемлемые условия работы ССС и РРЛ.
К настоящему времени решены еще не все вопросы связанные с ЭМС и дальнейшим развитием теории ЭМС является:
1. Разработка методов расчета, которые позволяли бы рационально размещать радиосредства как в пространстве так и по частоте.
2. Разработка устройств и методов, направленных на снижение взаимных помех.
3. Разработка аппаратуры для быстрых и точных измерений параметров, влияющих на ЭМС.
4. Моделирование на ЭВМ и физическое моделирование электромагнитной обстановки.
|
