ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ (ЭМС РЭС)
Краткий исторический экскурс в ЭМС РЭС.
Начало активного использования электромагнитных процессов относится к середине 19 века:
· Появление телеграфа - 1843-1844 г.г.;
· Телефонная связь - 1878 г. (Нью-Хейви, США);
· Промышленная электростанция 1882 (Нью-Йорк);
· Электрификация в промышленности и сельском хозяйстве - конец 19 века.
С изобретением радио (1895-1896 г.г. (А.С.Попов, Г.Маркони) начинается эпоха радиотехники:
· Оснащение судов ВМФ ряда стран средствами радиосвязи - 1900-1904 г.г.
· Организация радиовещания на с появлением радиоламп - 30-е годы 20 века;
· Радионавигация - 30-е годы 20 века;
· Телевидение - 40-е годы 20 века;
· Радиолокация (появление - 1939 г., бурное развитие в годы второй мировой войны и особенно в послевоенный период).
· Освоение диапазона частот до 40 ГГц на базе СВЧ-приборов (конец 40-х годов 20 века).
· Скачок в развитии радиоэлектронных средств (РЭС), обусловленный появлением полупроводниковых приборов (конец 40-х годов до 70-х годов 20 века).
· Огромный, скачкообразный прогресс в микроэлектронике (с начала 80-х годов по настоящее время) обусловил столь же быстрое развитие в области РЭС.
Роль ЭМС РЭС при этом быстро возрастает. Объективно такая ситуация заставила резко активизировать роль международных организаций в разработке нормативной базы по ЭМС и внедрению нормативов в практику (через сертификацию). Эти усилия дали положительные результаты: приборы, системы, устройства на базе микропроцессоров успешно работают в сложной электромагнитной обстановке (ЭМО).
Существо мер обеспечения ЭМС с позиций использования радиочастотного ресурса
В контексте дисциплины "ЭМС и СЗ" для трактовки ряда аспектов проблемы ЭМС полезно использовать понятие радиочастотного ресурса. Любое техническое средство, использующее электромагнитные процессы диапазонов радиочастотного и ниже, характеризуется областью локализации их в пространстве V-F-T с координатами «частота», «время» и «пространственные координаты» — ΩИП i,. Аналогично, любое техническое средство, потенциально подверженное действию внешних по отношению к нему электромагнитных процессов, рассматривается как своеобразный «-мерный фильтр с определенной избирательностью по указанным координатам. Такой «фильтр» характеризуется некоторой областью «прозрачности» - ΩРП j. Пересечение областей ΩИП i и ΩРП j трактуется как наличие электромагнитного воздействия i -го средства-источника на j-e средство-рецептор. Если принять, что одноименным индексам соответствует намеренная передача энергии, а разноименным - непреднамеренная передача, нарушение ЭМС i -го источника и j -го рецептора трактуется как наличие нежелательных пересечений области создаваемых полей ΩИП i и области прозрачности j-го рецептора ΩРП j: ΩИП i ∩ ΩРП j ≠ Ø (рис. 2.2).
Уточним понятия областей, соответствующих источнику и рецептору. Будем различать реально занимаемые области ΩИП i и ΩРП j, соответствующие существующим или создаваемым (т.е. технически реализуемым) образцам аппаратуры и необходимые области ΩИПн i и ΩРПн j. Понятие необходимой области отвечает области минимальной протяженности, при которой обеспечивается функционирование технических средств с требуемым качеством. «Размеры» необходимых областей ΩИПн i и ΩРПн j определяются:
- в частотной области - шириной необходимой полосы частот радиопередатчика В н i необходимой шириной спектра частот сигналов, создаваемых в различных электронных устройствах и т.д. В отношении рецепторов - шириной полосы частот основного канала радиоприема, соответствующего величине В н j шириной полосы пропускания различных электронных устройств, соответственно используемым сигналам и т.д.;
- по временной координате - минимальной продолжительностью сеанса (совокупности сеансов) радиосвязи, минимальным требуемым временем работы различных технических средств, не являющихся передатчиками и т.д.;
- в пространственной области - минимальным объемом пространства, в пределах которого с определенной целью создаются электромагнитные поля с интенсивностью не ниже заданной. Примерами необходимого пространственного объема для излучений радиопередатчиков могут служить планируемые зоны уверенного приема телецентров, зоны, соответствующие конкретной соте в системах мобильной радиотелефонной связи и т.д. Примером необходимого пространственного объема для группы источников индустриальных помех может служить внутренний объем бытовой СВЧ-печи, в котором создается электромагнитное поле с целью приготовления пищи.
Для реальной аппаратуры всегда имеет место превышение занимаемыми областями ΩИП i и ΩРП j ; соответствующих им необходимых значений:
ΩИП i 
ΩИПн i ; (1)
ΩРП j ΩРПн j , (2)
причины чего носят различный характер. Часть из них имеет принципиальный характер, например, превышение области создаваемых полей телевизионным передатчиком над плановым, соответствующим его зоне обслуживания, другие - связаны с техническим несовершенством конкретного устройства, приведшим к увеличению полосы занимаемых частот, наличию неосновных каналов приема, появлению нежелательных связей между элементами или устройствами и т.д.
В любом случае, при нарушении ЭМС, трактуемым как наличие нежелательных пересечений областей ΩИП i и ΩРП j, возможны две принципиально различные ситуации, при которых имеет место:
- пересечение областей ΩИП i и ΩРП j хотя пересечение соответствующих необходимых областей ΩИПн i И ΩРПн j отсутствует (рис. 4.3):
ΩИП i ∩ ΩРП j ≠ Ø (3)
ΩИПн i ∩ ΩРПн j = Ø (4)
- пересечение и занимаемых, и соответствующих им необходимых областей (рис. 2):
ΩИП i ∩ ΩРП j = Ø (5)
ΩИПн i ∩ ΩРПн j = Ø (6)
Принципиальное отличие этих ситуаций заключается в следующем. Если пересечение необходимых областей отсутствует, а занимаемых - имеет место, это означает, что нарушение ЭМС возникло вследствие технического несовершенства либо устройства-источника, либо устройства-рецептора. С принципиальной точки зрения, совместная работа может быть обеспечена, причем только при улучшении технических параметров (параметров ЭМС) аппаратуры.
 |
Если имеет место пересечение необходимых областей, это означает, что только при улучшении технических параметров устройств-источников и рецепторов ЭМС не может быть обеспечена. Для обеспечения ЭМС в этих ситуациях необходимо изменить принцип действия указанных устройств с целью сокращения протяженности необходимых областей ΩИПн i и (или) ΩРПн j, (рис. 3). Другой путь состоит в изменении организации их работы в частотной, временной или пространственной областях с целью исключения пересечений областей ΩИПн i и (или) ΩРПн j (рис. 4).
 |
Рис. 4. Разнос занимаемых областей
Таким образом, с точки зрения использования радиочастотного ресурса, существо различных мер обеспечения ЭМС состоит в следующем:
- Организационно-технические меры - организация рационального использования радиочастотного ресурса в интересах всей совокупности используемых и вновь создаваемых технических средств: планирование его использования на уровне радиослужб, а также регламентация разумно допустимых превышений размеров занимаемых областей над необходимыми значениями в целом и для различных групп радиоэлектронных средств.
- Системотехнические меры - выработка принципов работы технических средств, направленных на сокращение размеров необходимых областей ΩИПн i и ΩРПн j а также рациональное перераспределение радиочастотного ресурса между элементами системы в пределах возможностей, определенных на основе организационно-технических мер.
- Схемотехнические меры - обеспечение условий, при которых протяженность занимаемых областей сокращается в сторону приближения к соответствующим необходимым значениям: ΩИП i → ΩИПн i, ΩРП j → ΩРПн j Средствами достижения этого являются те или иные приемы, принимаемые на уровне схемных решений, не затрагивающих принцип действия аппаратуры.
- Конструкторско-технологические меры - использование различных приемов на уровне конструктивных решений и технологических процессов производства.
Во многих случаях на практике целью схемотехнических и конструкторско-технологических мер обеспечения ЭМС является такое уменьшение размеров занимаемых областей, при которых их протяженность отвечает допустимым значениям, определенным организационно-техническими мерами, т.е. стандартам и нормам, регламентирующим параметры ЭМС различных технических средств.
Трактовка проблемы ЭМС как проблемы использования радиочастотного ресурса позволяет дать наглядное толкование следующему факту. Как известно, непреднамеренные помехи принято разделять на две категории - излучения радиопередатчиков и индустриальные помехи. С позиций использования радиочастотного ресурса такое деление имеет совершенно четкое объяснение. Любые электронные и электротехнические средства предназначены для использования электромагнитных процессов с определенными целями исключительно в пределах внутреннего объема указанных устройств.
Таким образом, необходимые области ΩИПн i и ΩРПн j локализованы в пространстве соответственно пространственным координатам указанных устройств. Поэтому для источников и рецепторов этой категории устройств всегда выполняется условие отсутствия пересечения указанных областей: ΩИПн i ∩ ΩРПн j =Ø
Это означает, что любые нарушения ЭМС в группе источников и рецепторов в категории «индустриальные помехи» являются только следствием технического несовершенства последних. Это также означает, что задачи обеспечения ЭМС для этой категории принципиально могут быть решены на основе принятия схемотехнических и конструкторско-технологических мер.
Для категории НЭМП-излучения радиопередатчиков дело обстоит принципиально иным образом. Любые радиопередающие устройства по своему назначению создают электромагнитные поля за пределами своих внутренних объемов. Это уже означает принципиальную возможность наличия пересечений необходимых областей ΩИПн i и ΩРПн j. Кроме того, в силу фундаментальных законов электромагнетизма, электромагнитное поле в открытом пространстве не может быть локализовано в пределах только некоторой ограниченной его части. Также не может быть локализован любой сигнал конечной длительности в пределах финитной частотной области. Поэтому имеет место превышение занимаемых областей над необходимыми значениями. Существование нежелательных пересечений областей означает, что в общем случае принятие мер только схемотехнических и конструкторско-технологических может оказаться недостаточным при обеспечении ЭМС для категорий источников НЭМП-излучений радиопередатчиков.
Литература
1. Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: Учебное пособие. - Казань: ЗАО "Новое знание", 2006. - 304 с.