Радиочастотный спектр является ценным государственным и международным ресурсом. Задачи рационального использования данного ресурса сводятся к обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) и становятся все более важными при возрастании количества используемых радиоэлектронных средств (РЭС).

Работа группировки РЭС на общей территории может привести к нарушению условий ЭМС, что приведет к взаимных помехам. Помеха может возникнуть в результате побочного излучения, интермодуляционного воздействия, неидеальных параметров приемопередающего оборудования и антенн.

Комплексное исследование специалистами ОАО "Гипросвязь" позволит заранее выявить потенциально помеховые ситуации и предоставить возможные пути по их решению. Исследования проводятся в рамках теоретических и практических исследований.

Для решения задачи ЭМС в ОАО "Гипросвязь" применяется специализированное ПО, цифровые карты местности и измерительное оборудование.

ЭМС РЭС, расположенных на одном объекте

При размещении на одном объекте множества приемо-передающих антенн радиоэлектронных средств (РЭС) становится актуальной задача исследования условий электромагнитной совместимости.

Примером плотного размещения антенн служат мачты, крыши высотных зданий и прочие высотные объекты, на которых одновременно устанавливаются антенны РЭС различного назначения и работающих в различных полосах радиочастотного спектра: системы сотовой подвижной радиосвязи стандартов GSM, UMTS, cdma2000 и LTE, системы широкополосного беспроводного доступа WiMAX (802.16 d/e), Wi-Fi и Canopy, радиовещательные передатчики (аналоговые и цифровые), радиорелейные станции, РЭС специального назначения и другие РЭС.

Причины возникновения помех:

• недостаточное ослабление внеполосного и побочного излучения передатчиков РЭС;
• недостаточная избирательность приемников РЭС;
• недостаточная линейность амплитудных характеристик передающих и приемных трактов РЭС;
• образование интермодуляционных продуктов на нелинейных участках амплитудных характеристик передающих и приемных тактах при взаимодействии множества различных сигналов;
• возникновение электромагнитной связи между элементами антенн РЭС в рабочих полосах радиочастот вследствие особенностей их конструкций и материалов;
• блокирование приемного тракта РЭС при выполнении вышеперечисленных условий и наличии мощного передатчика.

Возникающие взаимные помехи могут ухудшить параметры качества функционирования РЭС или даже заблокировать приемные тракты.

Заказчикам мы предлагаем комплексные исследования условий выполнения ЭМС РЭС, расположенных на одном объекте, включающие теоретические расчеты и натурные измерения.

Теоретические исследования базируются на вычислительных методах электродинамики, теории антенн и распространения радиоволн, теории цифровой радиосвязи, теории радиопередающих и радиоприемных устройств.

Используя информацию о типе и конструкции антенн, архитектуре мачты (крыши) и ближайших металлических конструкциях на основе вычислительных методов электродинамики мы выполняем моделирование электродинамических параметров, характеризующих электромагнитную связь между элементами антенн различных РЭС, их диаграммы направленности и коэффициенты усиления. Далее, используя эти данные, выполняем расчет суммарной мощности от всех передающих РЭС, находящихся в пределах объекта, на входе каждого приемника.

При необходимости теоретические исследования могут быть дополнены практическими измерениями с использованием современных векторных генераторов и анализаторов спектра. На основании результатов теоретических и практических исследований заказчику передается заключение о выполнении/нарушении критериев помехозащищенности приемных трактов РЭС и рекомендации по устранению помеховых ситуаций.

Применяемые нами методы исследования условий ЭМС РЭС, расположенных на одном объекте в непосредственной близости, позволяют выявить потенциально опасные помеховые ситуации и определить возможные пути их устранения.

ЭМС группировки РЭС

Вследствие постоянного увеличения числа новых РЭС гражданского и специального назначения обеспечение условий ЭМС РЭС становится актуальной и важной практической задачей.

На этапе строительства новых фиксированных и подвижных сетей радиосвязи, а также внедрения новых РЭС, дополнительно к уже имеющейся группировке, специалисты ОАО «Гипросвязь» выполняют проектные работы по обеспечению условий электромагнитной совместимости.

Учитывая, что радиочастотный спектр является ценным государственным и международным ресурсом, для определения направлений государственной политики в области развития отрасли связи специалистами ОАО «Гипросвязь» выполняются научно-исследовательские работы по анализу загруженности радиочастотного спектра, а также условиям внедрения новых технологий радиосвязи.

Для решения задач ЭМС в ОАО «Гипросвязь» применяется специализированное программное обеспечение, цифровые карты местности и измерительное оборудование. Программное обеспечение позволяет рассчитывать ЭМС на основе основных технических параметров РЭС с использованием цифровых карт местности на основе разработанных методик и Рекомендаций МСЭ-R:

• зоны обслуживания и помех для группировки РЭС;
• групповое помеховое воздействие на РЭС;
• дуэльные помеховые ситуации по всем возможным каналам проникновения помех.

Пример анализа ЭМС в дуэльной ситуации

Пример расчета зоны помех от группировки РЭС

По результатам расчетов разрабатывается перечень мер для устранения помехового воздействия.

При работе с устаревшими радиоэлектронными средствами специального назначения часто приходится сталкиватся с отсутствием информации о технических характеристиках РЭС, необходимых для расчетов ЭМС.

В случаях, когда критерии помехозащищенности теоретически определить не представляется возможным, используется специализированный аппаратно-программный комплекс (АПК). АПК позволяет генерировать и измерять радиосигналы систем радиосвязи стандартов: GSM, UMTS, LTE, cdma 2000, Wi-Fi, WiMax, APCO, DECT, ZigBee, Bluetooth, подать помеху на вход РЭС-рецептора помехи и получить экспериментальным путем критерии помехозащищенности. Кроме того, наш АПК также позволяет генерировать сигналы РЭС специального назначения: радиолокаторов, пеленгаторов, высотомеров. Ключевой особенностью АПК является возможность одновременной генерации множества сигналов различных технологий.

Заказчикам мы выполняем следующие виды работ:

• решение задач электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств различного назначения;
• частотно-территориальное планирование сетей фиксированной и подвижной радиосвязи;
• решение задач электромагнитной совместимости РЭС, находящихся на одном объекте;
• электромагнитная совместимость спутниковых сетей связи;
• аналитические работы по использования частотного ресурса в мире и Республике Беларусь.

ЭМС спутниковых сетей связи

В настоящее время в Республике Беларусь ведется активная разработка проекта по реализации национальных спутниковых сетей связи и вещания на геостационарной орбите, что позволит Республике Беларусь представлять телекоммуникационные услуги на новом уровне. Это обеспечит населению информационную независимость, современную связь как на территории Республики Беларусь, так и за ее пределами, предоставление физическим и юридическим лицам широкого спектра услуг (цифровое спутниковое вещание, передача данных и т.п.), а также получение экономической выгоды от сдачи в аренду ресурса спутника.

В начале 2011 года был инициирован вопрос о привлечении инвестиций для создания национальной системы спутниковой связи и вещания. Один из самых важных вопросов создания национальной системы спутниковой связи и вещания является вопрос загруженности и использования орбитально-частотного ресурса (ОЧР), его защиты на международном уровне.

В ОАО «Гипросвязь» специалистами проводилось исследование возможности использования ОЧР в национальных интересах.

Проведены исследования ОЧР в позициях 37.8° в.д., 51.5°в.д. и 64.4° в.д. как наиболее актуальных для реализации национальной системы спутниковой связи и вещания. Рассматриваются перспективные направления по расширению ОЧР в указанных позициях, идут работы по координации заявленного ОЧР.

Для обеспечения международно-правовой защиты ОЧР Республики Беларусь в ОАО «Гипросвязь» проводится обработка Международных циркуляров BR IFIC на предмет необходимости координации новых геостационарных спутниковых сетей с уже заявленными сетями Администрацией связи Республики Беларусь.

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» - Ω ИП 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» - Ω РП j . Пересечение областей Ω ИП i и Ω РП 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 Ω ИП i и области прозрачности j-го рецептора Ω РП j : Ω ИП i ∩ Ω РП j ≠ Ø (рис. 2.2).

Уточним понятия областей, соответствующих источнику и рецептору. Будем различать реально занимаемые области Ω ИП i и Ω РП j , соответствующие существующим или создаваемым (т.е. технически реализуемым) образцам аппаратуры и необхо­димые области Ω ИПн i и Ω РПн j . Понятие необходимой области от­вечает области минимальной протяженности, при которой обес­печивается функционирование технических средств с требуемым качеством. «Размеры» необходимых областей Ω ИПн i и Ω РПн 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 Ω ИП i и Ω РП j ; соответствующих им необхо­димых значений:

Ω ИП i Ω ИПн i ; (1)

Ω РП j Ω РПн 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 Ω ИП i и Ω РП j , возможны две принципиально различные ситуации, при которых имеет место:

Пересечение областей Ω ИП i и Ω РП j хотя пересечение соответ­ствующих необходимых областей Ω ИПн i И Ω РПн j отсутствует (рис. 4.3):

Ω ИП i ∩ Ω РП j ≠ Ø (3)

Ω ИПн i ∩ Ω РПн j = Ø (4)

Пересечение и занимаемых, и соответствующих им необхо­димых областей (рис. 2):

Ω ИП i ∩ Ω РП j = Ø (5)

Ω ИПн i ∩ Ω РПн 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.

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 Ω ИПн i и Ω РПн 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: Ω ИП i → Ω ИПн i , Ω РП j → Ω РПн 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 Ω ИПн i и Ω РПн j локали­зованы в пространстве соответственно пространственным коорди­натам указанных устройств. Поэтому для источников и рецепто­ров этой категории устройств всегда выполняется условие отсут­ствия пересечения указанных областей: Ω ИПн i ∩ Ω РПн 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 Ω ИПн i и Ω РПн 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.

Бурное развитие современных систем связи, радиолокации, радионавигации, радиоуправления и т. п. приводит к росту числа радиоэлектронных средств (РЭС) и электромагнитных излучений в окружающем нас пространстве. В результате работа этих средств происходит в условиях непреднамеренных электромагнитных помех, которые средства создают друг другу. Одна из главных задач, которую приходится решать, организуя совместную работу РЭС, состоит в том, чтобы в этих условиях обеспечить требуемое качество функционирования каждого РЭС. Если эта задача решена, то говорят, что обеспечена электромагнитная совместимость (ЭМС) РЭС.

Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств – это способность радиоэлектронных средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных помех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлектронным средствам. При этом непреднамеренной считают любую радиопомеху, создаваемую источником искусственного происхождения, не предназначенную для нарушения функционирования радиоэлектронных средств.

Изначально проблема ЭМС формировалась как проблема обеспечения совместной работы радиоэлектронных средств, в состав которых входили радиопередающие и радиоприемные устройства. Но по мере развития радиотехники и радиоэлектроники стало ясно, что проблема не может быть ограничена только радиоэлектронными средствами указанного вида. Любые устройства, содержащие радиоэлектронные схемы, могут быть как источниками электромагнитных помех для других подобных устройств, так и испытывать мешающее воздействие с их стороны. Появилось такое понятие как техническое средство , и проблема ЭМС стала проблемой ЭМС технических средств. В области ЭМС понятие «техническое средство» имеет свое специфическое определение.

Техническое средство (ТС) – это изделие, оборудование, аппаратура или их составные части, функционирование которых основано на законах электротехники, радиотехники и (или) электроники, содержащие электронные компоненты и (или) схемы, которые выполняют одну или несколько следующих функций: усиление, генерирование, преобразование, переключение и запоминание.

Техническое средство может быть радиоэлектронным средством (РЭС), средством вычислительной техники (СВТ), средством электронной автоматики (СЭА), электротехническим средством, а , научного и медицинского назначения (ПНМ установки).

Электромагнитная совместимость технических средств – способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.

Оценка ЭМС базируется на оценке качества работы технического средства. Технические средства разных видов различаются по принципам своей работы и своим рабочим характеристикам, и, следовательно, оценка влияния внешних электромагнитных помех может выполняться по-разному для разных видов ТС. В дальнейшем ограничимся рассмотрением РЭС, в состав которых входят радиопередающие и радиоприемные устройства. Основное внимание будет уделено оценке ЭМС систем телекоммуникации.

Условия, в которых работают РЭС, часто называют электромагнитной обстановкой. В общем случае под электромагнитной обстановкой (ЭМО) понимают совокупность электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах. Для телекоммуникационных систем ЭМО определяется как пространственное распределение электромагнитных полей в местах, где размещаются антенны этих систем. Числовой характеристикой ЭМО обычно является значение напряженности электромагнитного поля (выражается в вольтах на метр [В/м]) или плотности потока мощности (ватт на метр квадратный [Вт/м 2 ]).

Однако качество работы РЭС, в состав которого входит радиоприемное устройство, зависит не только от электромагнитной обстановки. Оно определяется также помехоустойчивостью и/или помехозащищенностью РЭС. Понятия помехоустойчивости и помехозащищенности распространяются на помехи, которые могут поступать в радиоаппаратуру самыми разными путями (например, через антенну приемника или по цепям питания). Иногда эти понятия рассматривают как синонимы, хотя это не так.

Помехоустойчивость РЭС – способность РЭС сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних помех с регламентируемыми значениями параметров в отсутствие дополнительных средств защиты от помех, не относящихся к принципу действия или построения РЭС.

Помехозащищенность РЭС – способность ослаблять действие электромагнитной помехи за счет дополнительных средств защиты от помех, не относящихся к принципу действия или построения РЭС.

Высокая степень помехоустойчивости РЭС не гарантирует автоматического обеспечения ЭМС, но значительно облегчает возможность организации совместной работы. Что касается средств помехозащиты, то по отношению к ним следует проявлять определенную осторожность. Устройство подавления помех обычно ориентировано на подавление помех определенного вида. Если оно применяется в сложной ЭМО, где присутствуют мешающие сигналы, для подавления которых используемое устройство не предназначено, то его применение может не дать ожидаемого эффекта и даже привести к росту помех. Например, при приеме узкополосных сигналов для подавления импульсных помех во входных цепях приемников используют нелинейные устройства (диодные ограничители) с последующей узкополосной фильтрацией. Если наряду с импульсными помехами на входе приемника присутствуют непрерывные мешающие сигналы, то наличие нелинейных элементов может привести к появлению новых мешающих частот , попадающих в полосу пропускания приемника и снижающих качество приема полезного сигнала. Обычно схемы подавления помех такого типа можно отключить и включать только по мере необходимости.

1. Причины появления проблемы ЭМС

1. Основной причиной, порождающей проблему электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, является ограниченность освоенного радиочастотного спектра при непрерывном росте числа его потребителей.

Если рассмотреть, например, диапазон высоких частот (3…30 МГц), то он занимает полосу 27 МГц. При ширине канала 3 кГц (например, при однополосной амплитудной модуляции) в нем можно разместить 9000 каналов. Число желающих пользоваться этим диапазоном (и действительно работающих в нем) неизмеримо больше числа каналов, которые можно в нем выделить, и превышает миллион пользователей. Это означает, что многие РЭС в этом диапазоне частот работают на одинаковых частотах. Такая возможность существует, если между средствами, работающими на одной и той же частоте, уровень помех не приводит к недопустимому снижению качества работы РЭС.

Возможность многократного использования радиочастот зависит от условий распространения радиоволн в том или ином диапазоне частот, технических характеристик приемо-передающих и антенных устройств, используемых типов сигналов и видов модуляции и т. д. С большим успехом многократное использование той же самой частоты применяется в сотовой подвижной связи. Однако не всегда разнесение РЭС по расстоянию может быть использовано для обеспечения ЭМС и повышения эффективности использования радиочастотного спектра. Особо остро проблема ЭМС встает при размещении радиосредств различного назначения на ограниченных площадях (морские порты, аэродромы и т. п.) и объектах, как подвижных (корабль, самолет и т. п.), так и стационарных (приемо-передающие центры, мачты для размещения приемных и передающих антенн и т. п.).

Радиоэлектронные системы кораблей, особенно военных, несут серьезные потери в своих рабочих характеристиках из-за электромагнитных помех, не учтенных при проектировании корабля и размещении на нем радиооборудования. Проблема ЭМС на боевых кораблях обостряется дополнительно ввиду наложения нескольких факторов, а именно :

– более высокая насыщенность радиоэлектронным оборудованием, чем раньше, при меньшей гибкости в его размещении из-за наличия антенных фазированных решеток;

– рост мощности передатчиков. Увеличение уровня мощности связных передатчиков приводит к увеличению дальности связи. Однако это единственный положительный фактор такого подхода. Все остальные эффекты, связанные с ростом мощности передатчиков, являются отрицательными;

– повышение чувствительности систем к электромагнитным полям, особенно систем, использующих твердотельные приборы;

– переход в контурах управления от механических систем к электрическим и электромагнитным с применением твердотельных приборов;

– ужесточение норм на уровни излучений, облучающих обслуживающий персонал.

Последнее обстоятельство расширяет область опасных излучений и накладывает дальнейшие ограничения на размещение оборудования на верхней палубе и надстройках.

Хотя число электронных систем , устанавливаемых на современных боевых кораблях, растет, пространство, пригодное для их размещения, разве что уменьшается. Менее половины имеющихся надстроек могут быть использованы для установки антенн. Из-за необходимости обеспечить свободную траекторию стрельбы для различных систем оружия эти антенны в основном концентрируются в середине корабля на грот и фок-мачтах. Ограниченность пространства для монтажа антенн приводит к тому, что передающая и приемная антенны систем, работающих в диапазоне средних частот (СЧ), и систем, работающих в диапазоне высоких частот (ВЧ), размещаются на расстояниях менее 30 м друг от друга, а для систем сверхвысоких частот (СВЧ) расстояние составляет менее 10 м. При этом расстояние между антеннами систем, работающими в разных диапазонах частот (например, антенной системы связи, работающей в диапазоне ВЧ, и антенной РЛС диапазона СВЧ) часто составляет менее 3 м. Большое количество РЭС и скученность антенн приводят к значительным взаимным помехам между корабельными РЭС. Нет ничего необычного в том, что на входе корабельного радиоприемника могут появиться высокочастотные напряжения, значения которых составляют десятки вольт.

Аналогичные трудности возникают и в авиации, о чем можно судить по количеству средств и антенн, размещаемых на самолетах, особенно военных. Так, по сообщениям американской печати , на самолете-разведчике W-2V размещается 21 радиостанция при 38 антеннах, для бомбардировщика B-52 эти цифры составляют соответственно 16 и 29, а для истребителя F-4 они равны 8 и 12.

Вышки, на которых размещаются антенны телевизионного вещания, ретрансляторов или базовых станций подвижной сотовой связи, широко используются для размещения других систем телекоммуникации, что также требует решения задач обеспечения ЭМС.

Ввиду ограниченности частотного ресурса, выделяемого для средств, работающих на объектах, и ограниченных возможностях пространственного разнесения антенн РЭС, решение проблемы обеспечения ЭМС РЭС на объектах является особенно трудным.

2. Наличие у радиоэлектронных средств параметров ЭМС.

Параметры, характеризующие радиоэлектронное средство, можно разбить на две группы. К первой группе относятся параметры, определяющие функциональное назначение РЭС , ко второй – параметры ЭМС. Параметрами, определяющими функциональное назначение РЭС, являются параметры, изменение которых влияет на качество передачи и/или приема информации в радиоканале при отсутствии непреднамеренных помех. Эти параметры определяют энергетические потенциалы радиопередающих устройств на выделенных им для работы радиоканалах, а также способность радиоприемных устройств качественно принимать полезный сигнал при отсутствии непреднамеренных помех за пределами отведенного для работы РЭС частотного канала. Параметрами ЭМС являются параметры, значение которых влияет на качество совместной работы совокупности радиоэлектронных средств при наличии непреднамеренных помех за пределами радиоканала, отведенного для работы РЭС.

Например, функциональными параметрами радиопередатчика являются мощность излучения передатчика на присвоенной ему частоте, ширина полосы частот основного излучения передатчика и др., а параметрами ЭМС – уровни излучений на гармониках, уровни шумовых излучений и др. Излучения на гармониках или шумовые излучения передатчика находятся за пределами радиоканала, который отведен для работы радиопередатчика. Однако, попадая в основной канал приема РЭС, содержащих радиоприемные устройства, которые работают на соответствующих частотах, эти излучении могут снизить качество приема полезных сигналов. Для радиоприемного устройства (РПУ) параметрами, определяющими качество его работы в соответствии с функциональным назначением, являются чувствительность, избирательность, динамический диапазон по основному каналу приема и др., в то время как параметрами ЭМС выступают такие параметры, как восприимчивость РПУ по побочным каналам приема (ПКП), динамические диапазоны по нелинейным эффектам и др., определяющие качество работы РПУ при наличии непреднамеренных помех от других РЭС, излучения которых лежат за пределами полосы пропускания приемника. Для антенных систем функциональными параметрами являются, например, ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях и коэффициент усиления антенны, а параметрами ЭМС – уровни боковых и задних лепестков относительно главного.

Параметры ЭМС радиоприемных и радиопередающих устройств нормируют. Нормативные требования к параметрам ЭМС РЭС устанавливают, исходя из технических и конструкторско-технологических возможностей получить желаемые значения параметров, что определяется развитием радиотехники и электроники на момент разработки норм, а также исходя из предполагаемых условий эксплуатации оборудования , для которого нормируются параметры ЭМС. Нормы, с одной стороны, устанавливают требования к параметрам мешающих излучений, а с другой стороны,  требования к минимальной помехоустойчивости РЭС в заданных условиях эксплуатации. В связи с этим нормативные требования к параметрам ЭМС для гражданской и военной радиоаппаратуры могут существенно различаться. Выполнение норм, установленных на параметры ЭМС, облегчает решение проблемы обеспечения ЭМС, но не устраняет саму проблему.

3. Влияние окружения на уровни и спектральный состав непреднамеренных помех.

Отражения от окружающих объектов увеличивают или уменьшают уровень помехи. Нелинейности окружения изменяют спектральный состав помех.

4. Наличие внешнего фона.

Существенный вклад в формирование электромагнитной обстановки вносят излучения со стороны различного рода энергетических и промышленных установок, которые не предназначены для излучения электромагнитной энергии, но в силу специфики своей работы являются источниками непреднамеренных помех. Это так называемые индустриальные помехи. Наличие индустриальных помех часто не позволяет полностью реализовать потенциальные возможности радиоаппаратуры, в частности чувствительность РПУ, и усложняет совместную работу РЭС. Влияние индустриальных помех особенно заметно в крупных промышленных городах, на больших промышленных предприятиях и на подвижных объектах, имеющих крупное энергетическое оборудование и радиоэлектронные системы, таких, как самолеты и корабли.

Таким образом предлагаемые решения проблемы ЭМС РЭС в общем случае должны учитывать следующие факторы: ограничения на возможный частотно-территориальный разнос РЭС, наличие у радиоэлектронных средств параметров ЭМС, влияние окружающих объектов на электромагнитную обстановку в месте работы РЭС, наличие индустриальных помех и помех естественного происхождения. Отсутствие ЭМС означает либо некачественную работу РЭС, либо то, что данное РЭС в данной ЭМО работать не может вообще.

1. Последствия отсутствия ЭМС и особенности изучения
   проблемы ЭМС РЭС

В литературе можно найти примеры, когда под действием радиопомехи любительского диапазона частот сенсорное устройство привело в действие систему пожаротушения промышленного предприятия, или излучение РЛС от судна доставки, ежедневно в определенное время проплывавшее мимо завода, воздействовало на аналоговые приборы , связанные с системой аварийного отключения завода, вызывая его остановку . В этих случаях следствием были экономические потери предприятий.

Важную роль проблема ЭМС играет в военной технике. Катастрофы самолетов военно-морских сил США и НАТО, вызванные непреднамеренными помехами во время военных учений, потери беспилотных целей, пожары в отсеках кораблей и другие подобные происшествия в мирное время, связанные с отсутствием ЭМС, служат подтверждением актуальности этой проблемы .

Особенно тяжелые последствия отсутствия ЭМС могут иметь место в военные периоды. В 1967г. во время войны США во Вьетнаме электромагнитная помеха вызвала срабатывание пускового устройства ракеты одного из самолетов, находившихся на верхней палубе американского авианосца «Форрестол». Причина – неправильно смонтированный экранированный разъем и недостаточная помехозащищенность пускового устройства. Источник помехи – излучение РЛС кругового обзора. Поскольку на верхней палубе авианосца находились другие самолеты, груженные бомбами и ракетами и заправленные горючим для боевого вылета, попадание ракеты в один из них привело к катастрофе – взрывам и пожару, который распространился на нижние палубы корабля. Погибли 134 человека, было потеряно 32 самолета, не считая других материальных потерь, связанных с повреждением авианосца .

Трагически завершилась судьба английского фрегата «Шеффилд» во время войны между Англией и Аргентиной за Фолклендские острова в начале 80-х годов прошлого века. Отсутствие ЭМС между РЛС кругового обзора и спутниковой системой связи корабля вынуждало командира корабля отключать РЛС кругового обзора во время связи с Лондоном. Атака аргентинских ВВС во время сеанса связи привела к тому, что вовремя не была обнаружена ракета типа воздух-вода, запущенная в сторону фрегата. В результате попадания ракеты в корабль имелись человеческие жертвы, а сам фрегат затонул. В тоже время атакованный одновременно с «Шеффилдом» другой английский фрегат «Плимут» избежал подобной участи. На корабле работала РЛС кругового обзора, что позволило вовремя обнаружить запущенную в его сторону ракету. С корабля было выброшено облако пассивных отражателей, на которое сработала головка самонаведения ракеты, и ракета прошла мимо цели .

Подобные примеры можно продолжить, но и приведенных достаточно, чтобы понять важность рассматриваемой проблемы.

Отметим особенности изучения проблемы ЭМС РЭС:

1. Рассматриваются только непреднамеренные помехи. Специально организованные помехи являются областью, которой занимается направление, именуемое радиоэлектронной борьбой.

2. Неограниченный уровень помех. Эта особенность проблемы приводит к тому , что приемные устройства, которые для полезного сигнала обычно рассматриваются как линейные, при действии помех могут таковыми уже не быть. И, следовательно, при анализе ЭМС РЭС, в аппаратуре должны рассматриваться возможные нелинейные эффекты.

3. Каждое РЭС рассматривается как возможный источник и рецептор помехи. Эта особенность вытекает из определения ЭМС РЭС, согласно которому каждое РЭС должно работать с требуемым качеством в условиях непреднамеренных помех и не создавать недопустимых помех другим РЭС.

4. Доступность для управления некоторых параметров источников и рецепторов помех. С целью обеспечения ЭМС РЭС на этапе разработки, например, частотно-территориальных планов систем телекоммуникации имеется возможность в некоторых пределах варьировать положение РЭС и их рабочие частоты. В некоторых случаях возможно изменение технических параметров РЭС, например мощности, излучаемой передатчиком.

Главная Энциклопедия Словари Подробнее

Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС)

Способность радиоэлектронного средства (РЭС) функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на него непреднамеренных помех, не создавая при этом радиопомех другим РЭС группировки войск. Проблема ЭМС, прежде всего, с особенностями функционирования РЭС, в состав которых, как правило, входят три основных элемента – радиопередающее, радиоприемное и антенно-фидерное устройства. При этом радиопередающее устройство предназначено для генерирования, модуляции и усиления токов высокой частоты, радиоприемное устройство – для селекции, преобразования, усиления и детектирования электрических сигналов, а антенно-фидерное устройство – для излучения и селекции электромагнитных колебаний радиодиапазона, а также их преобразования в электрические токи.

Каждый из названных элементов РЭС по-своему влияет на ЭМС. Радиопередающее устройство, являющееся источником радиоизлучений, характеризуется следующими параметрами: частота, ширина спектра, мощность, вид модуляции. В структуре излучения радиопередающего устройства выделяют следующие виды излучений: основное, внеполосное и побочное.

С учетом выделенных видов излучения основными параметрами радиопередающих устройств, влияющими на ЭМС, являются: мощность основного излучения, ширина спектра основного излучения, несущая частота (центральная частота спектра основного излучения), диапазон рабочих частот, стабильность передатчика, частоты (ширины полосы частот) и уровни внеполосных и побочных излучений и др.

Вклад радиоприемного устройства в проблему ЭМС РЭС определяется наличием различных каналов приема, как сигналов, так и помех.

Выделяют основной канал приема (минимальная полоса частот, в которой возможно обеспечить качественный (достоверный) прием сообщения с требуемой скоростью) и неосновные каналы приема, которые в свою очередь делятся на соседние (полосы частот, равные основному каналу и непосредственно примыкающие к его нижней и верхней границам) и побочные (полоса частот за пределами основного канала приема, находясь в которой сигнал или помеха проходят на выход радиоприемника). Наличие неосновных каналов приема определяется не только параметрами элементной базы приемного тракта, но и принципами построения радиоприемного устройства.

Из побочных каналов приема наиболее известен так называемый зеркальный канал. Данный канал приема является обязательной принадлежностью супергетеродинных приемников. Отличительной особенностью зеркального канала приема является одинаковая с основным каналом приема чувствительность.

Основными параметрами радиоприемного устройства, влияющими на ЭМС, являются: чувствительность, диапазон рабочих частот, ширина полосы пропускания, значение промежуточной частоты, избирательность, величина ослабления по зеркальному каналу и др.

Рассматривая антенно-фидерное устройство с точки зрения их влияния на ЭМС, отметим, что оно решает задачи пространственной, поляризационной и в определенной мере частотной селекции радиоволн. При этом пространственная селекция осуществляется благодаря направленным свойствам большинства типов антенн, которые характеризуются зависимостью уровня излучаемого или принимаемого излучения от направления. Эта зависимость называется диаграммой направленности. Как правило, диаграмма направленности имеет основной и боковые лепестки излучения (приема).

Возможности антенных систем по поляризационной селекции определяются ее типом, например, штыревая антенна формирует (принимает) электромагнитное колебание с вертикальной поляризацией, спиральная – с круговой.

Частотная селекция антенн определяется зависимостью ее параметров от частоты излучаемых или преобразуемых радиоизлучений. Параметрами антенно-фидерных устройств, влияющими на ЭМС являются: ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков, рабочий диапазон и др. Необходимо отметить, что многие из названных параметров составляют тактико-технические характеристики радиопередающего, радиоприемного и антенно-фидерного устройств.

Таким образом, даже одно РЭС обладает большим количеством параметров и характеристик, определяющих его ЭМС, а обеспечить нормальное совместное функционирование десятков различных РЭС на одном объекте или сотен и тысяч РЭС в группировке войск является серьезной задачей.

Постоянное увеличение плотности размещения радиоэлектронных средств при ограниченном частотном ресурсе приводят к увеличению уровня взаимных помех, нарушающих нормальную работу этих средств. Плотное размещение РЭС и их антенн приводит к тому, что электромагнитные поля, излучаемые антеннами радиопередатчиков могут создавать в антеннах радиоприемников высокочастотные ЭДС, что может создавать перегрузку входных каскадов и нарушение нормального функционирования радиоприёмников (РПМ) или даже выход их из строя.

При анализе внутриобъектовой электромагнитной совместимости используют следующие виды оценок:

1) Парная. При парной оценке ЭМС осуществляется учет воздействия помех радиопередатчика (РПД) одного РЭС на РПМ другого объекта.

2) Групповая. При групповой оценке – учет помехового воздействия всех РПД на один РПМ объекта

3) Комплексная. При комплексной оценке ЭМС анализируется совместимость каждого из РЭС объекта со всеми остальными РЭС этого объекта.

ЭМС РЭС объекта рассчитывают в следующем порядке:

1) Определение потенциально несовместимых пар РЭС,

2) Расчет энергетических характеристик непреднамеренных радиопомех,

3) Определение степени обеспечения ЭМС.

На основе частотного анализа определяются источники и рецепторы радиопомех. Расчет энергетических характеристик радиопомех предусматривает определение мощности совокупной радиопомехи, приведенной ко входу РПМ, с учетом проникновения радиопомех через антенно-фидерный тракт.

Определение степени обеспечения ЭМС РЭС объекта производят на основе парной или групповой оценки ЭМС.

Порядок проведения парной оценки ЭМС РЭС:

1) Определяют мощность P ij непреднамеренной радиопомехи, приведенную ко входу i-го РПМ, от j-го мешающего РПД;

2) Аналитически определяют допустимую мощность P i доп непреднамеренной радиопомехи на входе i-го РПМ от j-го РПД;

3) Сравнивают уровень мощности радиопомехи , в дБ, на входе РПМ с допустимым и определяют степень обеспечения ЭМС, которая определяется показателем

(1)

Групповая оценка ЭМС РЭС проводится по следующему алгоритму:

1) Определяется суммарная мощность P iΣ радиопомех, приведенных ко входу i-го РПМ, от РПД объекта;

2) Аналитически определяют допустимую мощность P i доп радиопомехи на входе i-го РПМ оцениваемого РЭС;

3) Сравнивают уровень суммарной мощности радиопомех с допустимым уровнем и определяют степень обеспечения ЭМС приемника оцениваемого РЭС с РПД остальных РЭС объекта.

Показатель обеспечения ЭМС РЭС объекта, в дБ, при групповой оценке определяется по формуле

(2)

Значения и в децибелах характеризуют степень запаса обеспечения ЭМС (если она положительна) или степень недостаточности обеспечения ЭМС (если она отрицательна).

Комплексная оценка ЭМС РЭС является наиболее сложной и на практике проводится редко.

Технические параметры РЭС, влияющие на их ЭМС

Основными нормируемыми техническими параметрами, определяющими ЭМС РЭС, являются:

1) Для радиопередающих устройств :

· Мощность несущей РПД;

· Ширина полосы частот основного излучения РПД;

· Отклонение несущей частоты РПД передатчика от номинального значения;

· Уровень внеполосных излучений (ВИ) РПД;

· Уровень побочных излучений (ПИ), в том числе интермодуляционных излучений (ИМИ) РПД;

2) Для радиоприемных устройств:

· Чувствительность РПМ, которая характеризует способность приемника принимать слабые сигналы, т.е. уровень принимаемого сигнала, при котором переданная информация может быть воспроизведена с удовлетворительным качеством;

· Избирательность РПМ по соседнему каналу (СК), по побочному каналу приема (ПКП), интермодуляционная;

· Уровень излучения гетеродинов РПМ, который характеризует возможность излучения помех приемником на частотах гетеродинов и их гармониках.

Помимо нормируемых параметров передатчиков и приемников, на ЭМС РЭС влияют:

· Диаграмма направленности (ДН) при излучении и приеме на рабочих частотах;

· ДН на частотах внеполосных и побочных излучений РПД;

· ДН на частотах соседних и побочных каналов приемника РПМ;

· Временной режим работы РЭС на излучение и прием.

Из-за технологического несовершенства РПД их спектр излучения, помимо основного излучения (ОИ), содержит нежелательные внеполосные и побочные излучения, за пределами необходимой полосы частот.

К побочным излучениям относятся:

· Радиоизлучение на гармонике;

· Радиоизлучение на субгармонике;

· Комбинационное радиоизлучение;

· Интермодуляционное радиоизлучение.

Из-за неидеальности параметров РПМ, помимо основного канала приема, имеют большое число неосновных каналов – соседних и побочных, которые не предназначены для приема полезного сигнала. К побочным каналам приема относятся каналы, включающие промежуточную, зеркальную, комбинационную частоты и гармоники частот настройки РПМ.

Из-за недостаточной избирательности РПМ возможны помеха по соседнему каналу приема, помехи обусловленные эффектом блокирования и эффектом переноса шумов гетеродина в тракт промежуточной частоты приемника. Эффект блокирования проявляется как изменение отношения с/ш на выходе РПМ при действии радиопомехи на его входе, частота которой находится в полосе частот, начиная от частоты соседнего канала до частоты, на которой уровень ослабления помехи соседними контурами РПМ составляет -80дБ. Эффект переноса шумов гетеродина заключается в преобразовании части энергетического спектра шума гетеродина РПМ с шириной, равной полосе пропускания тракта ПЧ РПМ, в промежуточную частоту и попадании шума в тракт ПЧ ПРМ в виде энергии шума.

При воздействии на нелинейные элементы РПМ двух или более радиопомех в нем может возникнуть интермодуляционная помеха, вызывающая возникновение отклика на выходе РПМ, а так же перекрестное искажения – изменение спектра полезного радиосигнала на выходе РПМ при наличии на его входе модулированной радиопомехи.

Признаками прохождения радиопомех через антенну по наблюдаемому эффекту на выходе РПМ являются:

· Полное пропадание помех на выходе при отсоединении антенны от РПМ и подключения вместо нее эквивалента антенны;

· Изменение уровня помех синхронно с изменением направления антенны приемника-рецептора помех при неподвижной антенне источника помех;

· Существенная зависимость уровня помех от типа используемой антенны или места ее расположения на объекте;

· Значительное уменьшение уровня помех при полном или частичном экранировании раскрыва антенны.

Признаками прохождения помех через экран РПМ являются существенное увеличение помех на выходе РПМ при искусственном ухудшении качества его экранировки и наоборот – уменьшение помех при улучшении качества экранировки. Указанные эффекты могут быть достигнуты следующими приемами:

· Частичным или полным извлечением шасси из кожуха при подключении РПМ через удлинительные ремонтные кабели;

· Помещением РПМ в дополнительный экран.

Для определения вида помехи по характеру их мешающего действия следует руководствоваться следующими положениями:

· помехи, вызванные внеполосными излучениями РПД, воспринимаются как возрастание уровня шумов на выходе РПМ;

· помехи, вызванные побочными излучениями РПД и обусловленные наличием побочных каналов приема РПМ, воспринимаются как невнятная (сложно-различимая) модуляция РПД – источника непреднамеренных радиопомех;

· эффект блокирования РПМ проявляется в одновременном уменьшении уровня полезного сигнала и шумов (индустриальных радиопомех) под воздействием помехи. Помеха как бы подавляет (блокирует) полезный сигнал, при этом модуляция радиопередатчика-источника помех на выходе РПМ не прослушивается;

· помехи интермодуляции прослушиваются обычно на выходе РПМ разборчиво как модуляция одного из работающих одновременно РПД-источника радиопомех.