2. Ненавмисні електромагнітні завади.
Виявлення джерел і визначення параметрів (характеристик) НЕМЗ - спільна задача і теоретичного аналізу, і практики.
Крім того, до теорії відносяться:
вивчення і моделювання НЕМЗ, їхня класифікація і статистичний аналіз;
вивчення джерел і шляхів поширення НЕМЗ, а також особливостей їхнього впливу на корисні сигнали;
розробка методів вимірів і принципів нормування припустимих рівнів НЕМЗ.
До практики відноситься виявлення джерел і шляхів поширення НЕМЗ, розробка і реалізація вимог до їхнього нормування, збір інформації про типи і характеристики НЕМЗ, проведення вимірів і експериментальні дослідження НЕМЗ.
3. Параметри (характеристики) ЕМС різних технічних засобів виражають ознаку системної властивості радіоелектронних, електронних і електротехнічних засобів, тобто можливості кожного такого засобу функціонувати одночасно і разом з іншими технічними засобами в системі (системах).
Цією ознакою параметри ЕМС кожного з перерахованих засобів відрізняються від функціональних параметрів того ж засобу, що виражають здатність виконання їм свого призначення.
До практики відносяться експериментальне вивчення параметрів ЕМС, включаючи їхні кількісні, у тому числі статистичні, значення, і реалізація вимог НТД до таких параметрів у процесі створення засобів і їхньої експлуатації.
До теорії відноситься моделювання параметрів ЕМС із метою створення інженерних методів розрахунку і наукового обґрунтування шляхів удосконалювання параметрів ЕМС, а також дослідження при розробці НТД, що регламентує припустимі кількісні значення параметрів (характеристик) ЕМС технічних засобів.
4. Методи і способи забезпечення ЕМС. Про зміст такого напрямку говорить його назва.
Можна відзначити задачі забезпечення ЕМС на трьох рівнях радіоелектронних і електронних засобів. Перший рівень - забезпечення ЕМС між системами, наприклад космічного радіозв'язку, другий - забезпечення ЕМС всередині складного радіоелектронного комплексу, наприклад повітряного апарата, і третій - забезпечення ЕМС всередині блоків (приладів) між їхніми вузлами і компонентами, наприклад всередині блоку передавача або ЕОМ.
По методах і способах забезпечення ЕМС накопичений значний практичний досвід як у виді загальних технічних розв’язків задачі послаблення НЕМЗ у їхніх джерелах і середовищі поширення, наприклад шляхом застосування фільтрів, екранів, раціонального монтажу, ефективного заземлення, так і у виді чисельних часткових розв’язків схемного і конструктивно-технологічного характеру при створенні конкретних пристроїв захисту від завад і їх подавлення. Ефективність таких розв’язків підвищується, якщо вони передбачаються на початкових етапах розробки і виробництва виробів.
До теоретичних аспектів задачі забезпечення ЕМС відносяться аналіз, прогнозування і розрахунки ЕМС засобів на всіх згаданих вище рівнях. Це, наприклад, методи аналітичного визначення частотно-просторових розносів між засобами конкретної радіослужби, методи теоретичного аналізу прогнозованих НЕМЗ усередині складного радіоелектронного комплексу або між вузлами блоку (приладу) і методи інженерного розрахунку ефективності пристрою завадоподавления. Такі аспекти в багатьох випадках підкріплені програмами розв’язків на ЕОМ.
Методи і способи забезпечення ЕМС зв'язані також і з розробкою (реалізацією) різної НТД, у тому числі стандартної, котра має важливе значення для області ЕМС, оскільки регламентує вимоги до організаційних і технічних заходів щодо забезпечення ЕМС.
5. Виміри й випробування в області ЕМС.
Розвиток проблеми ЕМС супроводжує потреба в особливих методах вимірів і випробувань радіоелектронних, електротехнічних і електронних засобів і в особливих типах вимірювальної апаратури й випробувального устаткування. Відповідно виникають і нові задачі в техніці вимірів:
- виміри несинусоїдальних і нерегулярних, у тому числі рідкоімпульсних, НЕМЗ у діапазонах від декількох десятків герців до декількох гігагерц;
- виміри завад у ближній (індукційній) зоні;
- виміри побічних коливань радіопередавачів у хвилеводних трактах, де поле поширюється багатьма типами (модами) хвиль;
- антенні виміри в межах декількох октав частот;
- виміри загасання між близько розміщеними антенами;
- виміри шумових випромінювань передавачів;
- виміри ефективності екранування джерел НЕМЗ і пристроїв, сприйнятливих до різних видів завад;
- виміри сприйнятливості до імпульсних нерегулярних НЕМЗ, у тому числі створеним нестаціонарними процесами в мережах електроживлення, і ряд інших видів вимірів.
З апаратури нового типу варто особливо виділити автоматизовані вимірювально-обчислювальні комплекси. Нові задачі виникли при стандартизації методів вимірів і випробувань, а також у метрологічному забезпеченні відповідної вимірювальної апаратури, зокрема в створенні зразкових і перевірочних засобів.
6. Методологія створення й експлуатації засобів з урахуванням ЕМС.
Зміст цього напрямку - організаційні і технічні заходи щодо забезпечення ЕМС різних технічних засобів на всіх етапах їхнього життєвого циклу: проектування, конструювання, виробництва, випробувань і експлуатації.
Найважливішим висновком з накопиченого досвіду є економічна концепція про вигідність урахування вимог до забезпечення ЕМС при розробці засобів, починаючи із самого раннього етапу - складання технічного завдання на розробку.
При формуванні загальної методології створення й експлуатації технічних засобів по показниках ЕМС доцільно користуватися аналогією з методологічними принципами забезпечення надійності тих же засобів. За аналогією можна вважати, що сутність методології полягає в тому, щоб на всіх етапах життєвого циклу будь-якого засобу виявлялися фактори, що впливають на спільно-одночасну роботу сукупності засобів, розкривалися їхні причини і розроблялися такі заходи, що заважали б появі неприпустимих НЕМЗ і забезпечували нормальне функціонування кожного засобу при впливі на них НЕМЗ якогось (припустимого) рівня. До цієї методології відноситься проведення специфічних випробувань, метою яких є контроль реалізації вимог до забезпечення ЕМС, а також збір і статистична обробка інформації про фактори, що впливають на забезпечення ЕМС, створення і практичне впровадження різної НТД і особливо - стандартних вимог до параметрів ЕМС. На етапах виробництва й експлуатації різних технічних засобів у загальні принципи методології входять заходи технічної діагностики засобів по параметрах їх ЕМС.
Системний підхід при розробці таких засобів приводить до необхідності вважати, що в сукупність властивостей кожного технічного засобу, що володіє параметрами ЕМС, повинна входити цілеспрямована властивість функціонувати разом з іншими засобами, не порушуючи їхню нормальну роботу. З цього погляду удосконалення НТД і економічних концепцій в області ЕМС сприяє переходу якості продукції на новий, більш високий рівень. Іншими словами, до показників якості продукції [1,3,4,6,9,11] треба відносити також і показник забезпеченості ЕМС. Ця обставина здобуває особливе значення в зв'язку з необхідністю атестації промислової продукції (у даному випадку володіючої електромагнітними властивостями). Очевидно, що визначення категорії якості повинно проводитися з урахуванням характеристик ЕМС такої продукції, для чого повинні бути розроблені необхідні технічні вимоги. Для формування розглянутої методології важливу роль грає наукова обґрунтованість застосовуваної термінології.
Застосування в області ЕМС відомих і розповсюджених математичних методів або, точніше, відсутність необхідності в залученні або розробці нового математичного апарата варто пояснити тим, що в цій області глибоко досліджуються в принципі відомі електромагнітні явища і процеси, для вивчення яких можна користуватися вже розробленим математичним апаратом.
При формуванні нового наукового напрямку необхідно виявляти ознаки його відмінності від інших напрямків. У даному випадку істотно виявити лінію розділу між теоріями ЕМС РЕЗ і стійкості до завад прийому.
Головна концепція теорії стійкості до завад - вивчення впливу флуктуаційних завад на сигнал, прийнятий по основному каналу, і в зв'язку з цим розробка оптимальних методів радіоприйому. Ця концепція, що виникла в 1947 р. у виді теорії потенційної стійкості до завад, вивчає закономірності випадкових процесів зміни параметрів корисного сигналу, закони розподілу флуктуаційних завад окремо і разом із сигналом, а також принципи побудови оптимальних (тобто найкращих у сенсі послаблення впливу флуктуаційних завад) приймачів з ефективним способом обробки сигналів, включаючи раціональний (по способу такої обробки) вибір методів модуляції і кодування при передачі. З кінця 60-х рр. в області теорії стійкості до завад почали з'являтися роботи, у яких поряд із впливом флуктуаційних завад на прийнятий сигнал враховувалися завади станційні й індустріальні. Однак при цьому відчувалася недостатність теорії стійкості до завад. Так, наприклад, не розглядаються моделі індустріальних імпульсних завад негаусовського виду, що представляють собою нестаціонарні випадкові процеси. Відповідно не розглядаються й особливості спільного проходження флуктуаційних і імпульсних завад через приймач, що є оптимальним при впливі тільки флуктуаційних завад. Аналогічні аспекти відносяться і до особливостей впливу станційних завад.
Далі варто помітити, що в літературі поряд з терміном «стійкість до завад» розповсюджений термін «завадозахищеність», причому іноді обидва терміни застосовуються без істотного розходження між поняттями, що виражаються ними, хоча в ряді випадків ці терміни означають різні поняття. Дамо їм визначення. Стійкість до завад пристрою - це його здатність протистояти внутрішнім (флуктуаційним) і зовнішнім завадам, що залежить від основного принципу його побудови. Цей термін можна відносити і до системи (наприклад, «стійкість до завад радіозв'язку»), коли зазначена здатність протистояти завадам визначається ще й обраною структурою переданого сигналу, оптимальною по ряду ознак.
Завадозахищеність - це здатність того ж пристрою протистояти зовнішнім і внутрішнім завадам, що залежить від спеціально застосовуваних додаткових схемотехнічних і конструктивних засобів і способів, що не порушують основні принципи побудови пристрою. Прикладом завадозахищеності пристрою є застосування в ньому засобів послаблення (фільтри й екрани) індустріальних радіозавад, що проникають через ланцюги живлення. Відповідні теоретичні обґрунтування до застосування таких засобів і розрахунки не розглядаються в теорії стійкості до завад. У цілому, поняття «завадозахищеність», що виражає цілеспрямовану властивість пристрою або системи, відноситься до області забезпечення ЕМС.
7. Електромагнітна обстановка (ЕМО) – це сукупність електро-магнітних полів у певній частині простору, смуги частот та інтервалу часу, що впливають на якість функціонування РЕЗ і РВП.
ЕМО може бути зовнішньою або внутрішньою стосовно засобів конкретного призначення у визначених просторових умовах, діапазонах і смугах частот.
До практики визначення ЕМО відносяться виміри електромагнітних полів корисних сигналів і завад, а також напруг (струмів) у мережах первинних джерел електроживлення в заданих частотних і просторово-тимчасових умовах у залежності від потреб у функціонуванні деякого технічного засобу. До практики відносяться також збір і аналіз інформації про використання радіоканалів із заданими частотами, про параметри (характеристики) НЕМЗ (енергетичних, частотних і тимчасових) і параметри (характеристики) засобів, що функціонують у заданому пункті простору. Усе це необхідно для аналізу ЕМС засобів будь-якої радіослужби.
До теорії визначення ЕМО відносяться методи аналітичної оцінки можливої ЕМО і прогноз ЕМО для засобу конкретного призначення. З цією метою створюються моделі ЕМО - імовірнісні, детерміновані і комбіновані, у ряді випадків що дозволяють врахувати динаміку зміни ЕМО і можливість адаптації засобів до змін.
Зовнішня ЕМО окремого пристрою, наприклад радіоприймального, визначається впливом завад і корисного сигналу через антену. Внутрішня ЕМО системи в багатьох випадках, особливо на частотах нижче 300 МГц, характеризується полями ближньої зони завад і струмами завад у ланцюгах живлення, комутації й заземлення. Відповідно можна розглядати зовнішню й внутрішню ЕМО стосовно окремого приладу, блоку або вузла.
Інформація про ЕМО необхідна в багатьох випадках, наприклад для визначення ступеня використання РЧР, обґрунтування вибору частоти деякому засобу, розрахунку ЕМС засобів певного виду, прогнозу НЕМП у місці розміщення засобу.
Визначають ЕМО розрахунковими, або експериментальними методами, або їх сукупність. Коло питань, пов'язаний з аналізом ЕМО, ілюструє рис. 2.
Рисунок 2 - Основні аспекти аналізу ЕМО
Знання зовнішньої ЕМО необхідно для багатьох відомств і підприємств, що розробляють й експлуатують радіоелектронні комплекси, системи й окремі РЕЗ. Розрахунки зовнішньої ЕМО мають свої особливості для кожної радіослужби. Вихідними даними при цьому є відомості про просторове розміщення засобів, привласнених частотах, місці розташування джерел ЕМП, припустимих відношеннях сигнал-завада, умовах поширення сигналів, що заважають, координаційних зонах й ін. Така інформація може бути отримана з аналізу ТУ на пристрої, що створюють ЕМП, розрахунків поширення ЕМП, літературних матеріалів, а також результатів експериментальних спостережень ступеня використання відповідних смуг частот і робочих каналів. У ряді випадків зовнішня ЕМО може бути досить складною. Наприклад, у великих аеропортах зовнішняЕМОявляє собою сукупність станційних завад від наземних засобів УВС, бортових засобів літальних апаратів, що переміщаються в зоні аеропорту, і завад від РЕЗ, що нерідко перебувають у безпосередній близькості до аеропорту,алейому не приналежних. При розміщенні радіоприймальних пристроїв у промислових центрах у розрахунках зовнішньої ЕМО враховують усереднений «тло індустріальних радіозавад», характеристики якого вивчаються особливо; при виборі площадок для космічних центрів зв'язку або астрономічних спостережень враховують, наприклад, необхідність виключення ЕМП від пристроїв автомобільного запалювання й т.д.
Знання внутрішньої ЕМО необхідно для визначення умов забезпечення ЕМС у складних системах і комплексах. Чим складніше система і її функції, тим ретельніше треба аналізувати внутрішню ЕМО, щоб уникнути зниження ефективності системи й обмеження можливості користування виділеними для неї радіоканалами.Особливою складністю характеризується внутрішня ЕМО в комплексі радіоелектронного встаткування літаків, морських судів й інших рухливих об'єктів. Наприклад, у літаковому комплексі, що має у своєму составі кілька десятків РЕЗ різного призначення й до 30...40 прийомних і передавальних антен, можна виявити майже всі види ЕМП, що поширюються в далекій і ближній зонах шляхом випромінювань через антени й крім них, а також шляхом поширення в провідних середовищах, у тому числі в проводах монтажної схеми комплексу. і т.д.
Істотне значення длязабезпечення ЕМС РЕЗ варто надавати визначеннюЕМОна початкових стадіях їхньої розробки. Доцільно при цьому становити матрицю потенційних джерел і рецепторів ЕМП й уточнювати її на всіх наступних етапах. Для оцінки ЕМО важливі збір й обробка даних про ЕМО, характерної для різних прототипів розроблювальних засобів, особливо якщо ці дані отримані експериментально.
Найважливіша особливість ЕМО - її імовірнісний характер, що приводить до необхідності статистичної про
Інженерні розрахунки по визначенню ЕМО (зовнішньої і внутрішньої) базуються на великій кількості приватних моделей джерел, рецепторів й умов поширення ЕМП. У ряді випадків на різних етапах розробки виробів прибігають до фізичного моделювання ЕМО шляхом натурних випробувань окремих РЕЗ й/або їхнього комплексу при імітації реальних особливостей ЕМО. Результати аналізу ЕМО використають для розробки організаційно-технічних заходів щодо уточнення частотних і просторових розносів засобів, поліпшенню параметрів ЕМС устаткування, вибору способів завадозахисту, складанню монтажної схеми комплексу оцінки факторів, що визначають ЕМО.При аналізі внутрішньої ЕМО статистична оцінка, як правило, визначається статистично стійкими факторами, тобто ЕМП, параметри яких хоча й випадкові (залежать від режиму джерела, екземпляра джерела, зовнішнього середовища, часу і т.д.), але мають певну однорідність. У переважній більшості випадків такі параметри ЕМП відповідають заданим нормам, що дозволяє вважати їхні вибіркові значення приналежними до стійкої генеральної сукупності випадкових величин. Це означає принципову можливість визначення середніх значень і дисперсій параметрів ЕМП, отже, і прогнозу ЕМО на основі апріорно відомих факторів.
При аналізі зовнішньої ЕМО статистична оцінка ускладнюється.
З одного боку, можна виділити фактори, що також володіють статистичною стійкістю, а саме станційні завади від відомих джерел, розміщених на відомих відстанях від рецептора, що дозволяє здійснювати їхню статистичну оцінку. При поширенні таких завад у різних умовах земної поверхні вважається, що їхні рівні з достатнім для практики наближенням відповідають нормальному розподілу ймовірностей. З іншого боку, ЕМО може визначатися факторами, статистично невизначеними або нестійкими, як, наприклад, у системах рухливих служб радіозв'язку, де велика ймовірність виникнення інтермодуляційних завад, статистична оцінка яких скрутна. ЕМО в таких системах може характеризуватися невизначеністю числа сигналів, що заважають, і їхніх рівнів.
Як відзначалося, поняття про ЕМО пов'язане із впливом завад на функціонування технічного засобу. Нормальне функціонування засобу оцінюється критерієм (числовим показником) забезпечення його ЕМС із джерелом ЕМП або, навпаки, джерела ЕМП із засобом, підданим дії ЕМП. У загальному випадку«критерій ЕМС»- це припустиме відношення сигнал-завада на вході пристрою (S/I)вх за умови, що його чисельне значення (дБ) визначається по припустимому ефекті впливу завади на корисний сигнал на виході пристрою, тобто по припустимому чисельному значенню (дБ) відносини (S/I)вих. У свою чергу, це значення визначається припустимою величиною втрати інформації в корисному сигналі, що залежить від призначення системи передачі сигналу й вимог до якості сигналу при його використанні.
В загальному випадку критерій забезпечення ЕМС виражається залежністю
(S/I)вх = к (S/I)вих,
де к - коефіцієнт ослаблення дії завади при її спільному із сигналом проходженні від входу до виходу пристрою.
Однак при визначенні критерію ЕМС доводиться зважати на власний шум пристрою. Якщо зовнішніх завад немає, то необхідна якість корисного сигналу повинне забезпечуватися при припустимому відношенні[(S + N)/N]вх, де S - середня потужність корисного сигналу, дБ;
N - середня потужність шуму власного пристрою, дБ.
У випадку дії станційної завади I необхідна якість сигналу повинна забезпечуватися при припустимому відношенні
[(S + N + I)/(N + I)]вих,
де I - середня потужність завади на вході пристрою, дБ. При цьому
(S/I)вх =(S/N)вх - (I/N)вх.
Такі співвідношення очевидні, коли станційна завада (заважаючий сигнал) діє в основному каналі прийому, повністю або частково збігаючись зі смугою частот корисного сигналу. Однак критерій ЕМС використається й в інших випадках, коли завада діє по неосновному каналу прийому, наприклад по сусідньому, комбінаційному або інтермодуляційному. Завада може діяти й крім сигнального входу пристрою, наприклад по ланцюгах живлення. У такому випадку необхідно особливо розглядати критерій ЕМС як припустиме відношення потужностей сигналу, завади й власних шумів при відповідному перерахуванні, приймаючи це відношення як кількісне значення критерію. У загальному випадку саме відношення сигнал-завада на вході й/або виході пристрою може розглядатися як якісну ознаку критерію ЕМС.