- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •Оглавление
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс 198
- •11. Оценка потерь на трассах распространения 223
- •12. Критерии оценки эмс 261
- •13. Организационные методы обеспечения эмс 289
- •Список использованных сокращений
- •Введение
- •1. Проблема эмс и причины ее появления
- •Основные понятия и определения
- •Причины появления проблемы эмс
- •Последствия отсутствия эмс и особенности изучения проблемы эмс рэс
- •2. Источники и рецепторы электромагнитных помех (эмп)
- •Классификация эмп по связям с источником помехи и некоторые их характеристики
- •2.1.1. Естественные эмп.
- •Чувствительность некоторых полупроводниковых приборов к электростатическому разряду
- •2.1.2. Искусственные эмп
- •Рецепторы эмп. Внутрисистемная и межсистемная эмс
- •Пути проникновения помех. Виды помех в электрических цепях
- •3. Измерение параметров эмс технических средств
- •Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним
- •Измерение помех излучения и восприимчивости к ним
- •4. Технические методы подавления и защиты от помех
- •Экранирование
- •Фильтрация
- •Заземление
- •5. Радиочастотный спектр и его использование
- •Радиочастотный спектр и диапазоны частот
- •Диапазоны частот электромагнитных колебаний
- •Основные понятия, связанные с использованием рчс
- •Регулирование использования рчс в Российской Федерации
- •Стандартизация и международная кооперация в области эмс
- •6. Общий подход к анализу и обеспечению эмс
- •Требования к методам анализа эмс
- •Анализ параметров эмс систем на стадии разработки
- •Анализ внутрисистемной и межсистемной эмс рэс
- •Основные направления по решению проблемы эмс
- •7. Описание излучений радиопередатчиков в задачах эмс
- •Виды излучений радиопередатчиков
- •Основное и внеполосное сигнальное излучения
- •7.2.1. Класс излучения
- •7.2.2. Параметры и модели основного и внеполосных излучений
- •Границы областей внеполосных излучений относительно центральной частоты основного излучения в зависимости от диапазона рабочих частот передатчика и необходимой ширины полосы частот
- •Точки излома спектральной маски для рис. 7.2
- •Точки излома масок спектров, представленных на рис. 7.3
- •Параметры модели (7.1)
- •Побочные излучения радиопередатчиков
- •Параметры модели (7.9)
- •Предельные значения мощности побочных излучений в контрольной полосе
- •Шумовые излучения передатчика
- •Параметры эмпирической модели, представленной выражением (7.10)
- •8. Описание радиоприемных устройств в задачах эмс
- •Общие характеристики радиоприемных устройств, определяющие их совместимость с окружением
- •Основной канал приема радиоприемника и его описание
- •Побочные каналы приема и их описание
- •Параметры модели (8.9)
- •Оценка коэффициента частотной коррекции
- •Результаты расчета относительной расстройки частоты Δp
- •9. Нелинейные эффекты в приемопередающей аппаратуре и их оценка в задачах эмс
- •Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры
- •Компрессия сигнала в радиоприемнике. Параметры, определяющие динамический диапазон приемника по основному каналу приема
- •Эффект блокирования радиоприемного устройства. Основные параметры, характеристики и методы их измерения
- •Перенос шумов гетеродина
- •9.4.1. Фазовый шум генератора
- •9.4.2.Перенос шумов гетеродина
- •Интермодуляция
- •9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции
- •9.5.2. Интермодуляция в радиоприемных устройствах. Параметры, связанные с эффектом интермодуляции
- •9.5.3. Интермодуляция в радиопередатчиках
- •9.5.4. Точка пересечения и расчет уровней интермодуляционных продуктов на нелинейном элементе
- •9.5.5. Измерение и расчет точек пересечения
- •9.5.6. Динамический диапазон приемника по интермодуляции и связь параметров нелинейности
- •9.5.7. Оценка мощности интермодуляционных продуктов с использованием точки пересечения
- •Перекрестные искажения
- •Оценка нелинейных явлений в задачах эмс рэс
- •9.7.1. Оценка эффекта блокирования рпу
- •Представление функции Pb(X) при оценке эффекта блокирования
- •Характеристики блокирования приемников некоторых цифровых систем связи
- •9.7.2.Оценка уровней интермодуляционных продуктов в радиопередатчиках
- •Параметры эмпирической модели (9.66)
- •9.7.3. Оценка интермодуляции в радиоприемниках
- •Границы частотных интервалов для анализа нелинейных эффектов в приемнике
- •Эмпирические модели для оценки эффекта интермодуляции в радиоприемниках
- •9.7.4. Оценка перекрестных искажений
- •10. Описание антенных устройств в задачах эмс
- •Некоторые общие сведения о характеристиках антенн
- •Особенности описания антенных устройств в задачах эмс
- •Детерминированное описание диаграмм направленности антенн
- •10.3.1. Дна в области рабочих частот.
- •10.3.2. Дна на нерабочих частотах
- •Параметры диаграмм направленности за пределами диапазона рабочих частот антенн.
- •Статистическое описание диаграмм направленности антенн
- •Параметры функции f(g) для области бокового усиления
- •Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования
- •Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов
- •Ослабление мешающих сигналов при несовпадении поляризации с приемной антенной
- •Ближняя зона
- •11. Оценка потерь на трассах распространения
- •Общие положения
- •Модели для оценки потерь на трассах распространения и цифровые карты местности
- •Графические модели
- •Аналитические модели
- •Расчетные соотношения, используемые в классической модели Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модели cost 231 Хата
- •Расчетные соотношения, используемые в модифицированной модели Хата
- •Среднеквадратическое отклонение (ско) потерь на трассах распространения
- •Оценка потерь на дифракцию
- •11.5.1. Зоны Френеля.
- •11.5.2. Дифракция на клине
- •11.5.3. Дифракция на цилиндре
- •12. Критерии оценки эмс
- •Рабочие характеристики и оценка качества работы рэс
- •12.2. Виды рабочих характеристик рэс различного назначения
- •12.3. Критерии эмс
- •Защитные отношения для систем тв (625 строк), работающих в соседнем канале
- •Защитные отношения для аналоговых каналов звукового сопровождения тв
- •Защитные отношения для цифровых каналов звукового сопровождения тв, дБ
- •Защитные отношения по совмещенному каналу для некоторых современных систем связи, дБ
- •Защитные отношения для некоторых современных систем связи в зависимости от расстройки помехи, дБ
- •12.4. Моделирование процессов управления мощностью передатчиков в сетях сухопутной подвижной связи
- •13. Организационные методы обеспечения эмс
- •13.1. Частотно-территориальное планирование
- •13.2. Управление параметрами радиосигналов
- •13.3. Радиоконтроль и его роль в управлении использованием радиочастотного спектра и обеспечения эмс
- •Заключение
- •Список литературы
- •Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
- •197376, С.- Петербург, ул. Проф. Попова, 5
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 устройства. Фильтры применяют также для подавления симметричных и несимметричных помех в проводах и кабелях между платами и блоками радиоэлектронных и других технических средств и в кабелях между техническими средствами. Наряду с другими методами борьбы с помехами, назначение фильтров состоит в том, чтобы защитить полезные процессы, происходящие в технических средствах. В частности, высококачественные приборы должны быть спроектированы так, чтобы иметь требуемую помехоустойчивость и выдерживать определенные уровни и виды электромагнитных помех, включая помехи на радиочастотах.
По аналогии с экраном, создающим для экранируемого поля скачок волнового сопротивления в пространстве распространения, фильтр работает, создавая скачок сопротивления для помехи, распространяющейся по проводу. Чем больше скачок на какой-либо частоте, тем больше ослабление этой частоты. Основной характеристикой фильтра, определяющей его фильтрующие свойства, является его частотная характеристика, описывающая зависимость ослабления от частоты.
Фильтры применяют, как для локализации помех в местах их возникновения, так и для подавления помех в проводах и кабелях на путях их распространения для повышения помехоустойчивости устройств, обрабатывающих полезные сигналы. Для фильтрации помех могут быть использованы фильтры, состоящие из одного элемента: резистора (с сопротивлением R), конденсатора (емкостью С) или катушки индуктивности (с индуктивностью L), или более сложные фильтры, образованные из комбинаций перечисленных элементов. К ним относятся RC и LC фильтры, Т и П-образные фильтры, составленные из элементов L и C (рис. 4.2), и другие более сложные конструкции.
В цифровых устройствах, реализуемых на печатных платах, на образование электромагнитной помехи от токов переходных процессов на уровне кристалла влияют частота тактовых импульсов, их форма, скважность и технология изготовления интегральной схемы (кристалла). Переходный процесс в цифровых устройствах характеризуется выбросами токов и напряжений, в том числе и в шинах питания. Время нарастания и спада фронтов импульсов и продолжительность переходного процесса зависят от широкополосности используемых логических элементов, которая во многом определяется технологией их изготовления. Для подавления электромагнитных помех стремятся использовать по возможности более простые фильтры, если они обеспечивают требуемое значение подавления помехи. Обычный подход к снижению переходных токов в цифровых устройствах состоит в том, что для интегральной схемы используется развязывающая емкость, подключаемая между шиной, подводящей питание к схеме, и землей.
Часто один конденсатор не может дать желаемой рабочей характеристики в нужной полосе частот. Значительного улучшения характеристики подавления помех можно достичь, используя совместно с конденсатором индуктивность. Удобным способом получения нужного значения индуктивности является применение ферритового сердечника. Существуют разнообразные формы ферритов, использование которых определяется требуемой рабочей характеристикой. К типовым конструкциям принадлежат ферритовые шайбы, монтируемые на поверхности проводов, шайбы для печатных плат, которые могут быть использованы также для фильтрации вход/выход, и некоторые другие.
Использование феррита для каждой микросхемы нерационально, поскольку ферриты могут пропускать больший ток, чем потребляет одна микросхема. Более рациональным представляется подход, при котором плата разбивается на зоны. Один феррит может обеспечить фильтрацию питания нескольких микросхем в одной зоне. Разбиение на зоны дает возможность сделать фильтрацию более эффективной: у каждой микросхемы могут быть использованы более маленькие развязывающие емкости, а на входе питания в зону феррит может соединяться с большей емкостью.
Нет ни одного феррита, который подошел бы к любой ситуации. Выбор зависит от требований зоны, включая ширину полосы частот, которая определяется значениями основной и дополнительных емкостей и значением индуктивности. В настоящее время используются несколько вариантов ферритов, некоторые из которых представлены на рис. 4.3 [74]:
а) ферритовая шайба с одним отверстием, надеваемая на провод. Это самая простая структура, подобная резистору. Имеет небольшие габариты. Отличается значительной широкополосностью и малой паразитной емкостью;
б) ферритовые шайбы с большим числом отверстий. Эти шайбы обладают большей гибкостью, чем шайбы с одним отверстием. Они позволяют строить как многовитковые индуктивности, так и несколько индуктивностей на одном сердечнике;
в) ферриты, устанавливаемые на поверхности с J-образными выводами кристаллодержателя. Имеют малые габариты. Подходят для линий питания постоянным током и линий передачи с низкой скоростью.
Для поддержания электрической непрерывности между компонентами, такими , например, как кабель питания и устройство, на которое это питание поступает, используют соединители. Существует большое число фильтров, которые могут применяться для подавления помех в соединителях, не нарушая электрической непрерывности соединения для полезного сигнала. Хорошим способом защитить прибор или схему от проникновения помех по проводам питания и входа/выхода является использование специальных разъемов с встроенными радиочастотными фильтрами. Простая катушка индуктивности (дроссель) может работать как фильтр, подавляя в проводнике нежелательные токи на радиочастотах. При подаче питания сквозь стенку экрана на экранированные схемы часто используют проходные конденсаторы. Для подавления помех, создаваемых в монтажных соединениях промышленного оборудования средствами телекоммуникаций в широкой полосе частот, используют целостные сборки элементов ввода/вывода с встроенными керамическими фильтрами с распределенными параметрами.
Разнообразные фильтры используются для подавления симметричных и несимметричных помех в сетях питания. В качестве наиболее простых фильтров здесь также применяют индуктивности или емкости. Достаточно грубыми, но полезными правилами по выбору фильтров для подавления симметричных и несимметричных помех могут служить следующие рекомендации [75]:
если источник помехи имеет высокое полное сопротивление, а помеха является симметричной, ее можно ослабить, используя шунтирующий конденсатор между прямым и обратным проводом;
если источник помехи имеет низкое полное сопротивление, а помеха является симметричной, то для ее ослабления следует использовать индуктивность, включенную в провод последовательно. Для сохранения симметрии защищаемой линии и для получения хорошей рабочей характеристики по высокой частоте индуктивности следует включать в прямой и обратный провод;
если источник помехи имеет высокое полное сопротивление, а помеха является несимметричной, то для каждого провода в линии следует использовать идентичные шунтирующие емкости, подключенные между проводом и землей;
если источник помехи имеет низкое полное сопротивление, а помеха является несимметричной, для подавления помехи следует использовать индуктивности в каждом проводе.
Правила достаточно грубые, поскольку не определяют понятий «высокое» и «низкое» сопротивление.
Хотя простые элементы, индуктивность и емкость, могут в ряде случаев дать хорошие результаты по подавлению помех, чаще используют более сложные фильтры, составленные из индуктивностей и емкостей. Они могут иметь различное схемное решение. На рис. 4.4 представлен вариант использованияLC фильтров для подавления как симметричной, так и несимметричной помехи. Здесь фильтр LC1L обеспечивает ослабление симметричной помехи, а фильтры LC2 ослабляют несимметричную помеху.
Экранирование и фильтрация – взаимно дополняющие методы борьбы с помехами. Снижение эффективности экранирования увеличивает токи помех, наведенные на элементы и кабели радиотехнических и электронных устройств. Снижение эффективности фильтрации увеличивает токи помех на элементах схем и в кабелях, соединяющих блоки и устройства, что, в свою очередь, приводит к росту уровней излученных помех. Совместное использование экранирования и фильтрации позволяет успешно подавлять как помехи излучения, так и кондуктивные помехи.