2 Причини і шляхи виникнення електромагнітних завад
Електромагнітні випромінювання будь-якого радіопередавача зосереджені як у смузі його робочої частоти (основне випромінювання), так і за межами цієї смуги (неосновне випромінювання). І основне, і неосновневипромінювання при використанні, наприклад, направлених антен можуть поширюватися як у головній пелюстці діаграми направленості, так у бокових, і в задній. Не зважаючи на те, що підсилення сучасних направлених антен по головній пелюстці досягає 50 дБ, рівні задньої та бокових пелюсток їх діаграми направленості залишаються досить високими (від мінус 20 до мінус 40 дБ), внаслідок чого, наприклад, потужні радіолокаційні станції можутьвипромінювати по задній та бокових пелюстках потужності, що сягають 1 кВт і більше.
Причому, і в головній, і в бокових пелюстках випромінюються електромагнітні хвилі як з робочою поляризацією, так і з поляризацією, параметри якої відмінні від робочої. В зв'язку з цим у приймальній антені і в трактах радіоприймального пристрою (РПП) для виділення електромагнітних коливань робочого радіоканалу необхідно застосовувати різні типи селекції -частотну, просторову, поляризаційну тощо.
Електромагнітна ситуація також залежить і від випромінювань, які супроводжують основне випромінювання радіопередавача і проявляються завдяки нелінійним властивостям вольт-амперних характеристик його окремих елементів, що додатково ускладнює реальну електромагнітну обстановку в місці прийому.
Таким чином, щоб домогтися ЕМСпри забезпеченні спільної роботиякомога більшої кількості РЕЗ у тому ж радіочастотному просторі, необхідно підвищити електромагнітну ефективність РЕЗ, тобто поліпшити ті чи інші параметри випромінювання та/або прийому.
Завади штучного походження
Суттєвий внесок у формування електромагнітної обстановки вносять різного роду завади- електромагнітні випромінювання, які перешкоджаютьнормальному прийманню та/чи передаванню радіосигналів. Вони бувають штучного та природного походження.
Хоча під час проведення аналізу ЕМС потрібно враховувати всі можливі види завад, пошук джерел завад штучного походження має першорядне значення, тому що ці джерела, якщо вони виявлені, завжди можна усунути за допомогою технічних або організаційних заходів з забезпечення ЕМС, оскільки джерелами завад штучного походження являються пристрої, створені людиною.
За характером впливу завади штучного походження поділяються на ненавмисні та організовані (в даному виданні не розглядаються).
У свою чергу, ненавмисні завади за місцем їх походження поділяються на:
міжсистемні, що діють між РЕЗ різних радіосистем;
системні, що діють усередині систем, наприклад, в окремих трактах та/чи блоках одного і того ж РЕЗ;
індустріальні, що зобов'язані своїм походженням електричним та електронним пристроям, які не містять високочастотні тракти.
Міжсистемні завади поділяються на:
обумовлені основним випромінюванням РЕЗ призначеним для передачі сигналів і функціонування якого вчиняє шкідливий вплив на даний РЕЗ;
небажане випромінювання, яке виникає в РЕЗ за межами необхідної смуги частот.
Якщо поява міжсистемних завад пов'язана з випромінюванням, поширенням та прийманням електромагнітних хвиль, то системні завади наводяться всередині РЕЗ найрізноманітнішими шляхами, в тому числі через оточуючий простір за допомогою електромагнітних хвиль.
Системні завади поділяються на:
паразитні наводки, що обумовлені основним видом електромагнітних коливань в окремих вузлах радіосистеми;
завади, які виникають під впливом власного випромінювання РЕЗ;
контактні завади;
завади, обумовлені перехідними процесами в трактах РЕЗ та самозбудженням їх окремих вузлів.
Рисунок 3 - Класифікація завад штучного походження
Паразитні наводки - це електромагнітні коливання, які появляються в будь-яких частинах радіосистеми за рахунок зв'язків по електричних колах з іншими частинами цієї системи і не передбачені ні принципом дії, ні схемою,ні конструкцією.
Завади, обумовлені власним випромінюванням РЕЗ, поступають на вхід радіоприймача і в окремі його пристрої через оточуючий простір. Вони відрізняються від міжсистемних завад більш сильними зв'язками між передавальною антеною та приймачами завад, а від паразитних тим, що шлях зв'язку, по якому передається ця завада, включає до себе оточуючий простір та приймальну чи передавальну антену.
Контактні завади створюються внаслідок випромінювання струмопровідних контактів при дії на них електромагнітного поля. Найчастіше виникають при дії електромагнітного поля на контакти зі змінним опором РПП, що рухаються в ближній зоні цього поля, їх рівень та характер залежатьвід потужності та частотного спектра електромагнітного поля. Особливість цих завад - це те, що їх джерелами служать пасивні елементи.Механізмами утворення контактних завад є:
нелінійна залежність магнітної індукції від зміни напруженості зовнішнього магнітного поля, яка характерна для матеріалів на основі заліза;
нелінійні властивості напівпровідникових переходів, утворених оксидованими поверхнями та металевими контактами.
Контактні завади необхідно враховувати особливо при розміщенні РЕЗ та РВП на рухомих об'єктах.
Перехідні процеси викликають появу специфічних завад у багатьох колах РЕЗ, що обумовлено дуже широким спектром їх коливань, внаслідок чого росте кількість можливих шляхів передачі окремих складових спектра.
Завади, обумовлені самозбудженням, виникають внаслідок мимовільної генерації електромагнітних коливань електричними колами, які не призначені для цих цілей. Паразитне збудження порушує функціонування радіоелектронних вузлів, в яких воно виникає, і може стати джерелом наводок для інших блоків та пристроїв.
Індустріальні завади - це електромагнітні явища, спектральні складові яких знаходяться в смузі радіочастот, а джерелами є електричні й електронні пристрої різного призначення. Вони поширюються у відкритому просторі і по дротах та погіршують роботу обладнання й каналів передавання радіосистеми.
У відповідності з ГОСТ 16842 їх джерела поділяються на 11 груп:
електропристрої побутового, комунального та іншого призначення, які експлуатуються в житлових приміщеннях або підключаються до їх електромереж (пилососи, холодильники, електропраски, кухонні плити, швейні електромашини, електроінструменти, ліфти, касові апарати тощо);
наземний міський та залізничний електротранспорт (трамваї, тролейбуси, електровози, тягові підстанції тощо);
системи запалювання двигунів внутрішнього згоряння (автомобілів, мотоциклів, моторних човнів, бензинових пилок, газонокосарок тощо);
високочастотні установки промислового, наукового, медичного та побутового призначення;
лінії електропередач та електричні підстанції;
світильники з газорозрядними (люмінесцентними) лампами;
електричні пристрої, що живляться від промислових енергосистем і експлуатуються за межами житлових приміщень;
пристрої дротового зв'язку;
телевізійні та радіомовні приймачі;
електричні пристрої та обладнання, які експлуатуються разом із службовими РПП;
обладнання обчислювальної техніки та інформатики.
Системи запалювання двигунів внутрішнього згоряння генерують майже періодичні імпульсні сигнали складної форми. Цей вид завад особливо суттєвий на територіях шириною до 80 м, прилеглих до шляхів з Інтенсивним автомобільним рухом, причому напруженість їх електромагнітного поля різко зменшується на частотах понад 1 ГГц, а максимум знаходиться на частотах близько 30 МГц. Середнє значення напруженості поля випромінювань від групи автомобілів складає близько 10 дБмкВ/м.
Завади від ліній електропередач являють собою випадкові імпульси з більшою тривалістю і меншою частотою, ніж імпульси систем запалювання. Причиною їх походження є електричні розряди і високочастотні перехідні процеси. Максимальної інтенсивності рівень цих завад досягає при метеорологічних опадах і високій відносній вологості повітря. В сухих районах інтенсивність завад росте у зв'язку з ростом турбулентності потоків повітря і підвищеною сонячною радіацією. Завади поширюються вздовж лінії електропередачі, а їх спектр знаходиться в межах від міріаметрового діапазону (ДНЧ) до метрового (ДВЧ). Рівень напруженості електромагнітного поля завад від ліній електропередач змінюється в межах від 40 до 160 дБмкВ/м і залежить від рівня напруги в лінії та відстані від неї, спадаючи обернено пропорційно квадрату відстані.
Завади від зварювальних апаратів та промислових нагрівальних пристроїв можуть мати високу інтенсивність, їх спектр частот займає гектометрові (СЧ) та декаметрові (ВЧ) діапазони, причому частоти гармонік, які генерують деякі зварювальні апарати, можуть досягати 1 ГГц. Найбільшої інтенсивності електромагнітне поле завад створюється в межах частот 750 кГц, 3 і 20 МГц. Напруженість поля радіозавад на відстані 300 м від джерела завади сягає 20 дБмкВ/м, причому їх рівень обернено пропорційний відстані від джерела до місця спостереження в ступені 3/2.
Завади від електротранспорту виникають при порушенні контакту між струмопровідними дротами і знімачами струму. Спектр завад міського електротранспорту досягає 30 МГц, а електропотягів зосереджується в діапазоні ДВЧ.
До інших джерел індустріальних завад відносяться різноманітні електромеханічні пристрої, які в процесі своєї роботи збуджують електромагнітні поля, в результаті чого велика кількість електротехнічних установок у містах та промислових центрах створює досить високий рівень індустріальних завад. Характерною особливістю цих електромагнітних полів є те, що їх інтенсивність зменшується з подвоєнням відстані до джерела не на 6 дБ, що властиво для поля випромінювання антени, а приблизно на 16 дБ.
На поширення хвиль від джерел радіозавад суттєво впливає рельєф земної поверхні, характер рослинності, наявність на шляху поширення сторонніх предметів тощо.