Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.А.Н.ТУПОЛЕВА
Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Учебное пособие
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом по направлениям 551100, 654300 - Проектирование и технология электронных
средств и учебно-методических комиссий по специальностям 200800 (210201) - «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», 220500 (210202) — «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств»
Казань ЗАО «Новое знание»
2006
УДК 621.391.82(075) ББК 32.841
С28
Рецензенты:
Кафедра радиофизики (Казанский государственный университет) Доктор технических наук В.А.Белавин
(Казанский государственный энергетический университет)
Седельников Ю.Е.
С28 Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Учебное пособие. - Казань. ЗАО «Новое знание», 2006 - 304 с
ISBN 5-89347-387-6
Рассматривается проблема электромагнитной совместимости ра диоэлектронных средств Описаны причины возникновения непреднаме ренных помех, факторы, определяющие распространение НЭМП и под верженность радиоэлектронных средств их действию. Даны сведения о методах прогнозирования Изложены принципы и методы обеспечения.
Предназначено для студентов радиотехнических специальностей.
УДК 621.391.82(075) ББК 32.841
ISBN 5-89347-387-6 |
© Ю.Е. Седельников, 2006 |
|
© ЗАО «Новое знание», |
|
оформление, 2006 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Широкое использование различных электротехнических и РЭС приводит к возрастанию уровней электромагнитных полей, создава емых ими в окружающем пространстве. Эти поля являются помеха ми для других подобных устройств, ухудшая условия их функциони рования и снижая эффективность применения. В этом процессе нетрудно увидеть характерные черты диалектического развитияпро гресс в данной области техники сдерживается отрицательными явле ниями, порожденными ее развитием Дальнейший прогресс требует преодоления этой тенденции, т е. развития на новом качественном уровне, заключающемся в обеспечении совместного функциониро вания различных средств. Новое направление техники, призванное обеспечить одновременную и совместную работу различного радио технического, электронного и электротехнического оборудования, по лучило название электромагнитной совместимости технических средств. Обеспечение ЭМС ТС относится к одной из наиболее акту альных проблем современной техники, так как процесс развития элек тротехники, электроэнергетики, радиоэлектроники и средств телеком муникаций усиливает зависимость результатов применения новых средств от условий их совместного функционирования.
Проблема обеспечения ЭМС имеет выраженный системный характер. Учет требований ЭМС необходим на всех стадиях жиз ненного цикла ТС. Отделение во времени вопросов разработки, создания конкретного ТС и обеспечения его совместимости с дру гими РЭС в процессе эксплуатации неправомерно. Если аспекты ЭМС игнорируются до тех пор, пока не приведут к нарушению
совместимости аппаратуры, обеспечение ЭМС ТС будет дорого стоящим и неудовлетворительным.
3
Проблема электромагнитной совместимости радиоэлектрон ных средств возникла из насущных нужд техники и стала к насто ящему времени в ряд важнейших проблем современной техники. Заниматься проектированием, созданием и эксплуатацией элект ротехнических и радиоэлектронных средств различного назначе
ния без учета условий ЭМС невозможно. Специалист в указанных областях должен знать принципы обеспечения ЭМС ТС и исполь зовать эти знания в практической деятельности. Поэтому стало
необходимостью включение вопросов ЭМС в процесс профессио нальной подготовки инженеров..
Вконце 1980-х годов создание учебной литературы находи лось в центре внимания Научно-методической комиссии Минвуза
СССР по проблеме ЭМС, возглавлявшейся профессором В.И. Ви
нокуровым. Были изданы первые две книги (Петровский, Виноку
ров), допущенные Минвузом СССР в качестве учебных пособий для
радиотехнических специальностей, развернута работа по подготовке
иизданию учебной литературы для ряда вузовских специальностей. Распад СССР и последующие события прервали этот процесс.
Внастоящее время Государственным образовательным стан дартом (ГОС) Российской Федерации предусматривается изучение вопросов ЭМС в процессе подготовки специалистов для ряда на правлений: либо в виде изучения соответствующей учебной дис циплины, либо включением вопросов ЭМС в ряд профильных учеб ных дисциплин. Реализация требований ГОС сдерживается острым дефицитом учебной литературы по проблеме ЭМС ТС.
Имеющаяся информация по проблеме ЭМС - монографии, нормативные документы, а также публикации в периодических из даниях и трудах научно-технических конференций не позволяют неподготовленному читателю самостоятельно разобраться в во просах ЭМС. Существующая учебная литература представлена,
восновном, малотиражными внутривузовскими изданиями и по этому также недоступна широкому кругу читателей. Существует настоятельная потребность в специальной учебной литературе по вопросам ЭМС. Ввиду того, что проблема ЭМС ТС касается ши рокого круга областей техники, каждая из которых имеет свою вы раженную специфику, указанная литература должна быть дифференцированна соответственно направлению подготовки.
4
Данная книга представляет собой учебное пособие, предназ наченное для студентов вузов радиотехнического профиля. При
этом базовыми, общими для различных специальностей, являют
ся разд. 1 - 2, З.1., 3.7., 4.1 - 4.3. Разд. 3.6, 4.6 в наибольшей мере
адресованы студентам специальностей 200800 (210201) и 220500 (210202); разд. 3.3, 3.6, 4.5, 4.6 - специальности 200700 (210302), разд. 3.5, 3.6, 4.5, 4.6 - специальности 201500 (210303), разд. 3.3, 3.4, 3 6, 4.5 - специальности 2012 (210402), разд. 3.3, 3.4, 4.4 - спе циальности 2016 (210304 ). Она задумана для первоначального изу чения предмета ЭМС. Ее целью является изложение необходимо го минимума знаний в области ЭМС радиоэлектронных средств. В результате изучения данной дисциплины студент должен знать
причины возникновения помех, свойства и характеристики различ ных элементов РЭС, влияющие на процессы создания помех и под верженности им, иметь представление о методах и средствах ана лиза показателей ЭМС, принципах и основных мерах обеспечения ЭМС, а также об организационных аспектах, стандартах и норма тивных документах в области ЭМС РЭС.
Данный труд основывается на многолетнем опыте препода вания дисциплины «ЭМС РЭС» в КГТУ им. А.Н. Туполева (КАИ). При ее подготовке автором использованы материалы ранее издан ного пособия «Электромагнитная совместимость радиоэлектрон ных средств», (Петровский В.И., Седельников Ю.Е. М.: Радио и связь, 1986), давно ставшего библиографической редкостью. Ма териал расположен в ней в такой последовательности, в которой,
по мнению автора, его целесообразно излагать при чтении курса. Автор сознает, что книга не свободна от недостатков и с бла годарностью примет критические замечания и пожелания, кото
рые следует направлять по адресу: 420111, Казань, а/я 381.
5
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АОП - амплитудная оценка помех, БО - биологические объекты, ИП - источник помех,
ИРП - индустриальная радиопомеха, ЛЭП - линия электропередачи,
МСЭ - Международный союз электросвязи, МККР - Международный консультативный комитет по радио, НТД - нормативно-техническая документация,
НЭМП - непреднамеренная электромагнитная помеха, РП - рецептор помех, РЛС - радиолокационная станция,
РРЛ - радиорелейная линия связи, РЧР - радиочастотный ресурс, РЭА - радиоэлектронная аппаратура, РЭС - радиоэлектронное средство, ТС - техническое средство,
УПЧ - усилитель промежуточной частоты, УРЧ - усилитель радиочастоты, ЧОП - частотная оценка помех,
ЧТР - частотно-территориальный разнос РЭС, ЭМП - электромагнитная помеха, ЭМС - электромагнитная совместимость.
6
Кто приходит к Вам в дом и не приносит Сего учения, того не принимайте в дом
и не приветствуйте его
Второе соборное послание святого Иоанна Богослова. Ст. 4
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной цивилизации неразрывно связано с использованием различных видов энергии. Важнейшую роль в
научно-техническом прогрессе играет использование электромаг нитных процессов различных частотных диапазонов - от посто янного тока постоянного магнитного поля до рентгеновского из лучения и у-лучей. Условное разделение электромагнитных коле баний по частотным диапазонам показано на рис. В1.
Электромагнитные процессы в области от постоянного тока
до частот порядка нескольких сотен герц используются, главным образом, в электротехнике и электроэнергетике. Диапазон радио
частот - от 9кГц до ЗОООГГц - различными радиоэлектронными
устройствами. Принципы и методы его использования соответству ют области техники, называемой радиоэлектроникой, а соответ
ствующие устройства и системы - радиоэлектронными средства ми. Более высокочастотные процессы, соответствующие ИК-диа- пазону, диапазону видимого и ультрафиолетового излучения, от носятся к оптике как направлению техники.
В основу использования электромагнитных процессов диа
пазона радиочастот (и более низкочастотных) положено воздей ствие электромагнитной энергии, создаваемое одними объектами на другие.
7
8
|
|
Радиоволны |
|
j |
Инфракрасные лучи |
ультрафио |
рентге |
|
|
|
|
|
|
|
|||
промыш |
длин |
сред |
корот 1 |
ультракороткие |
|
летовые |
новские |
|
| |
видимый свет |
|||||||
ленные |
ные |
ние |
кие |
|
|
I |
лучи |
лучи |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
; |
! |
|
|
;е -> |
S т |
>> |
Рис. Bl. Диапазоны частот электрома! низ пых излучений
Указанные воздействия могут быть как намеренными, осуще ствляемыми для достижения определенных целей, так и непредна меренными, имеющими характер побочных результатов осуществ ления намеренных воздействий. В процессе использования электро
магнитной энергии участвуют две группы объектов. Объекты, со здающие электромагнитные поля с определенными целями, назы
ваются источниками, а объекты, подвергающиеся воздействию, -
рецепторами.
Источниками электромагнитных воздействий могут быть как
технические средства, так и биологические объекты, рецепторами - технические средства и биологические объекты или материалы. В зависимости от вида источника электромагнитных воздействий, вида объекта влияния и характера воздействия (намеренное или не преднамеренное) определяются области знаний и техники, в основу которых положены указанные воздействия (табл. В1).
|
|
|
Таблииа Б1 |
|
Воздействующие |
Объекты, подвергающиеся воздействию |
|||
объекты и характер |
ТС |
БО |
Материалы |
|
воздействий |
||||
|
Электромагнит |
|
||
|
|
Электромаг |
||
|
Радиоэлектро |
ные методы |
||
ТС, намеренное |
нитные |
|||
ника |
в медицине |
|||
|
технологии |
|||
|
|
и биологии |
||
|
|
|
||
|
|
Электромагнит |
В рамках задач |
|
ТС. непреднаме |
|
ная экология. |
||
ЭМС |
конструирова |
|||
ренное |
ЭМ безопас |
|||
|
ния |
|||
|
|
ность |
||
|
|
|
||
БО, намеренное |
Экстрасенс |
Электрический |
Неизвестны |
|
скат |
||||
|
БиоЭМС, био |
|
||
БО. непреднаме |
Неизвестны |
Нет |
||
медицинская |
||||
ренное |
||||
электроника |
|
|
||
|
|
|
Остановимся кратко на особенностях электромагнитных воз
действий для различного класса объектов. Различные варианты
использования технических средств, намеренно воздействующих на другие технические средства, составляют существо современ
ной радиоэлектроники. Принципиальным является то, что воздей
ствия электромагнитных полей, создаваемых одними средствами на другие технические средства, осуществляются для передачи ин-
9
формации, обработки ее или, наоборот, нарушению передачи и обработки. Намеренные воздействия электромагнитных полей на биологические объекты и материалы с целью придания им неко торых новых свойств составляют основу нового научно-техничес кого направления электромагнитные технологии Электромагнит ные технологии как самостоятельное направление в технике в на
стоящее время интенсивно развиваются.
Изучение непреднамеренных воздействий электромагнитных полей на биосферу и человека, а также разработка методов защи ты от них представляют относительно новое направление науки и техники - электромагнитную экологию, которой в последние деся тилетия уделяется значительное внимание.
Наконец, непреднамеренные воздействия электромагнитных
полей на материалы представляют собой побочный результат ра боты технических средств и в ряде ситуаций не могут игнорироваться (эти вопросы рассматриваются в рамках задач конструирования)
Воздействия электромагнитных полей, создаваемых биоло
гическими объектами на другие объекты, хотя и не столь значи тельны количественно и качественно, но тем не менее существуют в природе. Намеренные воздействия практически отсутствуют,
например (электрический скат)’*. Однако как это не представится парадоксальным, факты свидетельствуют о возможности непред намеренных воздействий электромагнитных полей, создаваемых в процессе жизнедеятельности живых организмов на технические средства. В большинстве случаев речь идет о слабых электромаг нитных полях, используемых, например, в качестве информатив ных в медицинской диагностике, а также об индуцированных элек тростатических полях.
Непреднамеренные воздействия электромагнитных полей, создаваемых одними техническими средствами на другие, опре
деляются понятиями «помеха» и «воздействия помех». Согласно
принятой терминологии электромагнитной помехой называется нежелательное воздействие электромагнитной энергии, которая
* Общепринятая терминология не сформировалась используются также понятия микроволновые технологии. СВЧ-технологии, электротермия и др
Сообщения о проявлениях экстрасенсорных способностей такого рода у отдельных индивидуумов не вызывают доверия
10