- •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
Стандартизация и международная кооперация в области эмс
Электромагнитные волны не признают административных границ и могут создавать помехи радиоэлектронным средствам другой страны. Одним из путей смягчения проблемы ЭМС является стандартизация параметров ЭМС технических средств, в том числе и радиоаппаратуры, тем более, что торговые отношения, существующие между государствами, способствуют распространению радиоаппаратуры, изготовленной в разных странах, по всему миру. Вопросы нормирования и стандартизации параметров ЭМС затрагивают интересы многих стран и являются заботой всего мирового сообщества. Более того, мировое сообщество стремится стандартизовать не только параметры и характеристики ЭМС и методики их измерения, но методики анализа и оценки ЭМС РЭС.
Свой вклад в рассматриваемые вопросы вносят много международных организаций, среди которых можно выделить такие всемирные организации, как:
МЭК – Международная электротехническая комиссия (IEC);
СИСПР (МСКРП) – Международный специальный комитет по радиопомехам (CISPR);
МСЭ – Международный союз электросвязи (ITU),
а также европейские:
CENELEC – Европейский комитет по электротехнической стандартизации;
CEPT – Европейская конференция администраций почт и электросвязи;
ETSI – Европейский институт стандартизации электросвязи.
МЭК – самая большая и наиболее влиятельная организация в области стандартизации. Основана в 1906 г. Ее задача – обеспечить глобальную стандартизацию рабочих характеристик, характеристик качества, электрической безопасности и возможности взаимодействия электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры разнообразного применения. Основная работа МЭК – разработка стандартов. Стандарты МЭК предназначены для улучшения качества выпускаемых продуктов и предоставляемых услуг, повышения эффективности промышленных процессов, установления условий, при которых обеспечена возможность совместной работы сложных систем. Среди стандартов МЭК имеются стандарты, связанные непосредственно с проблемой ЭМС, в частности, стандарты, определяющие организацию испытаний аппаратуры на помехоустойчивость к помехам излучения и кондуктивным помехам, и ряд других стандартов.
Международные стандарты МЭК способствуют развитию мировой торговли, устраняя технические барьеры, и ведут к экономическому росту. Страны участвуют в работе МЭК через свои национальные комитеты, работу которых поддерживают наиболее значимые организации в области стандартов в каждой стране.
CISPR – специальный комитет, организованный под покровительством МЭК в 1934г. Членами CISPR являются представители национальных комитетов, входящих в состав МЭК, и ряда других международных организаций, заинтересованных в снижении радиопомех. Цель CISPR – установить нормы на излучения технических средств, чтобы воспрепятствовать появлению помех службе радиовещания. В состав CISPR входят шесть подкомитетов, которые решают вопросы измерения индустриальных радиопомех, создаваемых различным техническим оборудованием – от бытовых электрических приборов до промышленной, научной и медицинской аппаратуры, высоковольтного оборудования, систем зажигания автомобилей, двигателей внутреннего сгорания и др. Подкомитеты CISPR разрабатывают нормы на уровни создаваемых индустриальных помех, а также требования к параметрам измерительной аппаратуры, в первую очередь к измерительным радиоприемникам. В рамках CISPR рассматриваются вопросы, связанные с электромагнитной совместимостью оборудования информационных технологий, мультимедийного оборудования и с защитой от помех радиоприемников звукового и телевизионного вещания.
Стандарты, разрабатываемые CISPR, ориентированы, главным образом, на электромагнитные излучения и их измерения. Однако в стандартах затрагиваются также и вопросы помехозащищенности аппаратуры. В частности, рассматриваются требования к помехозащищенности звукового и телевизионного приемного оборудования и (во взаимодействии с техническими комитетами МЭК) даются рекомендации по методам ее измерения.
В настоящее время нормы CISPR применяют к почти всем типам электрических и электронных приборов, которые по своему назначению не являются радиопередающими устройствами.
МСЭ самая влиятельная организация в области электросвязи. Международный союз электросвязи был основан в 1865г. как Международный телеграфный союз вскоре после изобретения телеграфа. Союз быстро расширил свои полномочия, в которые вошли вопросы распределения частот в глобальном масштабе, а также телефонные стандарты. В 1947г. МСЭ стал специализированным органом Организации Объединенных Наций. За время своего существования претерпел ряд реорганизаций. В настоящее время в состав МСЭ входят три сектора: сектор радиосвязи (МСЭ-Р), сектор стандартизации электросвязи (МСЭ-Т) и сектор развития электросвязи (МСЭ-D). Каждый из секторов имеет исследовательские комиссии и рабочие группы.
Для задач, связанных с регулированием использования радиочастотного спектра и анализом ЭМС РЭС, наибольшее значение имеют документы, выпускаемые сектором радиосвязи МСЭ-Р. Основным документом этого сектора является Регламент радиосвязи.
Регламент радиосвязи (РР) определяет правила, которыми следует руководствоваться при использовании РЧС и геостационарной орбиты, а также права и обязанности, вытекающие из этого использования. РР определяет точные границы трех Районов, на которые поделен земной шар, и приводит Таблицы распределения частот между различными службами радиосвязи в диапазоне частот от 9 кГц до 1000 ГГц для каждого из Районов. На самом деле в таблицах в настоящее время между радиослужбами распределена полоса частот от 9 кГц до 275 ГГц. Полоса 275…1000 ГГц отводится администрациям для проведения экспериментов и развития различных активных и пассивных служб. Изменения и добавления в Таблицу распределения частот принимаются Всемирными конференциями радиосвязи МСЭ.
РР определяет общие и специальные правила присвоения и использования частот, а также особые соглашения. «Всякое новое присвоение или всякое изменение частоты или другой основной характеристики существующего присвоения должно производиться так, чтобы избежать создания вредных помех службам, осуществляемым станциями, которые используют частоты, присвоенные им в соответствии с Таблицей распределения частот…» (статья S4.2, РР). Это положение РР, по существу, означает, что каждое изменение существующего присвоения частот, должно проходить экспертизу ЭМС.
РР является международным соглашением, которое подписавшие стороны обязались выполнять.
МСЭ выпускает справочники, касающиеся вопросов радиоконтроля и вопросов регулирования использования РЧС, в которых в той или иной форме затронуты вопросы ЭМС. Среди них: Справочник по радиоконтролю, Справочник по управлению использованием спектра на национальном уровне, Справочник по автоматизированным методам управления использованием спектра и др. Однако наиболее важными документами с точки зрения освещения вопросов, связанных с анализом, построением математических моделей и разработкой критериев ЭМС являются Отчеты и Рекомендации, которые готовят исследовательские комиссии (ИК) МСЭ-Р.
Рекомендации разрабатываются экспертами из администраций, частных компаний и операторов связи, являющихся членами Сектора радиосвязи. Принимают рекомендации Ассамблея и Всемирная конференция радиосвязи МСЭ. В рекомендациях наряду с другими вопросами рассматриваются и вопросы, относящиеся непосредственно к проблеме ЭМС РЭС. В них можно найти математические модели некоторых эффектов в приемной и передающей аппаратуре, математические модели антенн, методики оценки потерь в пространстве распространения и расчета напряженности поля, критерии оценки качества работы РЭС, защитные отношения для разных сочетаний помех и полезных сигналов.
Применение рекомендаций не является обязательным (за исключением рекомендаций включенных в РР), однако практически повсеместно специалисты по регулированию использования спектра, разработчики систем радиосвязи и специалисты по оценке ЭМС РЭС используют эти рекомендации. Применение рекомендаций, включенных в РР, является обязательным при управлении спектром на международном уровне.
CENELEC является неправительственной некоммерческой организацией, которая была создана в 1973 г. Задачей организации является создание единых для всех стран Европейского союза (ЕС) электрических стандартов, включая стандарты на радиопомехи. Основная цель CENELEC – устранить любые технические барьеры в торговле, которые возникают из-за различия требований в техническом содержании национальных электротехнических стандартов членов ЕС. Чтобы избежать новых торговых барьеров, теперь уже на европейском уровне, со странами вне Европы, такими как США, большинство своих стандартов CENELEC строит на основе стандартов МЭК. Документы CENELEC появляются в форме либо Европейских стандартов (EH), либо в форме документов гармонизации (HD). В документах гармонизации допускаются национальные изменения. В европейских стандартах отклонения не допустимы. Большинство документов, выпускаемых CENELEC, являются европейскими стандартами.
Хотя CENELEC работает в тесном контакте с ЕС, он не является институтом ЕС.
СЕРТ – Европейская конференция администраций почт и электросвязи создана в 1959 г., чтобы способствовать гармонизации правил как проводной, так и беспроводной связи внутри Европы. Основными органами CEPT, которые решают вопросы использования РЧС и ЭМС РЭС, в настоящее время являются Европейский комитет, ответственный за почтовый регламент (CERP) и Комитет электронных средств связи (ECC). ECC был образован в 2001 г. в результате слияния двух ранее существовавших комитетов: Европейского комитета по делам регулирования электросвязи (ECTRA) и Европейского комитета радиосвязи (ERC). Основными документами, которые выпускает CEPT, являются Рекомендации и Отчеты.
В рекомендациях CEPT рассматриваются вопросы частотного планирования и координации частотных присвоений для различных систем фиксированной и подвижной радиосвязи, а также вопросы измерения параметров излучений радиопередатчиков и напряженности поля. В отчетах ERC и ECC рассматриваются вопросы использования РЧС для систем различного назначения, а также изучаются вопросы ЭМС систем, работающих в смежных полосах частот, таких, например, как GSM и TETRA (диапазон 915 МГц), TETRA и аналоговая FM PMR (диапазон 400 МГц), DECT и GSM 1800 и ряда других. В ERC Отчете 68 рассмотрена методология имитационного статистического моделирования методом Монте-Карло работы совокупности радиосредств, которая в дальнейшем была реализована в программе SEAMCAT, предназначенной для оценки уровней помех между РЭС и ЭМС РЭС.
На основе рекомендаций CEPT были определены диапазоны частот для таких систем, как Глобальная система подвижной связи в диапазоне 900 МГц, Всеевропейский общедоступный радиопейджинг в диапазоне 170 МГц, Цифровая европейская бесшнуровая связь DECT для малых расстояний в диапазоне 1,88…1,90 ГГц.
В настоящее время рекомендации и отчеты CEPT, наряду с рекомендациями и отчетами МСЭ, широко используются специалистами при решении разнообразных задач в области радиосвязи, включая задачи ЭМС.
ETSI (Европейский институт стандартизации электросвязи) – независимая некоммерческая организация, главной задачей которой является разработка стандартов в области телекоммуникаций для современных систем связи и систем, которые появятся в будущем. Поскольку развитие телекоммуникационных технологий затрагивает не только страны Европы, то деятельность Института на сегодня значительно расширилась и вышла за пределы европейского региона. Среди стандартов, разработанных ETSI, можно отметить такие, как стандарт сотовой системы подвижной связи GSM, стандарт транкинговой системы подвижной связи TETRA, стандарт системы беспроводного доступа DECT и некоторые другие. Намечаемый переход к универсальной сети подвижной связи третьего поколения ставит перед ETSI новые задачи в области стандартизации. Глобальный характер услуг этой сети может быть реализован только через систему стандартов, гармонизированных на всемирной основе. Разработкой стандартов этого направления занимается один из технических комитетов ETSI.
Помимо рассмотренных, существуют другие международные организации, которые занимаются вопросами использования радиочастот и ЭМС, но область деятельности которых более узкая. Сюда можно отнести такие организации, как Международная организация гражданской авиации (ICAO) и Международная морская организация (IMO). Из организаций, не относящихся к европейскому региону, но оказывающих заметное влияние на все международные нормативные документы, стандарты и правила организации всех видов проводной и беспроводной связи, следует отметить Федеральную комиссию по связи (FCC) США.
Этот краткий обзор международных организаций, принимающих участие в разработке документов, связанных с вопросами частотного планирования и ЭМС, показывает, что международное сообщество серьезно занимается вопросами эффективного использования РЧС и обеспечения ЭМС РЭС в общих интересах.