Методика испытаний восприимчивости приёмника к ЭМП

Для целей настоящего стандарта применяют следующие категории критериев качества функционирования:

- критерии качества функционирования  при воздействии непрерывных  помех на радиопередатчики;

- критерии качества функционирования  при воздействии помех переходного  характера на радиопередатчики;

- критерии качеств функционирования  при воздействии непрерывных  помех на радиоприемники;

- критерии качества функционирования  при воздействии помех переходного  характера на радиоприемники.

Критерии качества функционирования в общем случае зависят от вида приёмника. Поэтому в настоящем стандарте установлены лишь общие критерии качества функционирования, обычно применяемые при оценке

 

2.1 Измерение параметров  ЭМС радиопередатчиков

 

Экспериментальному определению в общем случае подлежат параметры основного и нежелательных радиоизлучений. К ним относят - уровень основного излучения, отклонение частоты, занимаемая полоса частот, уровни и спектральная плотность внеполосных и шумовых излучений, уровни и частоты различных видов побочных излучений, уровни излучения корпусами устройств и фидерным трактом, а также уровень помех, распространяющихся в цепях электропитания, контроля и управления.

Измерение параметров радиопередающих устройств осуществляется как по электромагнитному полю, так и трактовыми методами. В первом случае оценка параметров оказывается более достоверной. Однако практические возможности проведения этих измерений ограничены рядом факторов, в том числе требований расположения приемной и передающей антенн в дальней зоне по отношению друг к другу. На частотах, соответствующих метровым и более длинным волнам, при исследовании радиопередающих устройств СВЧ с остронаправленными антеннами условие дальней зоны требует проведения измерений либо на открытых площадках, либо в безэховых камерах значительных габаритов, что не всегда возможно.

Несмотря на то, что при измерениях по электромагнитному полю достигается наибольшее соответствие реальным условиям, данному методу измерений присущи погрешности измерений, связанные со следующими причинами. Во-первых, мощность нежелательных колебаний на выходе передатчика зависит от сопротивления нагрузки на частотах указанных колебаний. Она определяется не только типом антенны, но и объектом, на котором устанавливается антенна, составом, конфигурацией и длиной фидера. Повторить в условиях эксперимента значение и частотную зависимость реальной нагрузки передатчика в случае измерений его параметров, влияющих на ЭМС, вне объекта сложно даже при использовании реальных штатных антенн. Во-вторых, состав распространяющихся волн на частотах гармоник основного радиоизлучения также зависит от типа и конфигурации фидера. Вследствие этого состав волн, поступающих в антенну при измерении, будет отличаться от реального, что может вызвать изменение формы диаграммы направленности и коэффициента усиления передающей антенны. Это обстоятельство, также зависимость характеристик излучения от объекта, на котором устанавливается радиопередающее устройство приводят к отличию уровней излучаемых полей в реальных условиях и в эксперименте.

При трактовых измерениях излучение исследуемого передатчика отсутствует, и все измерения производятся в его выходном тракте или фидере. В этих случаях вместо антенны подключается поглощающая нагрузка, называемая эквивалентом антенны, причем входные сопротивления антенны и ее эквивалента должны совпадать во всем интересующем диапазоне частот. Суть трактовых измерений состоит в том, что волна, распространяющаяся в сторону нагрузки, частично ответвляется направленным ответвителем и поступает в устройство, измеряющее ее мощность. Эти измерения значительно проще измерений по электромагнитному полю, не требуют наличия безэховых камер, облегчают биологическую защиту персонала, слабо подвержены действию внешних помех.

Недостатком трактовых измерений является принципиально большая методическая погрешность. Прежде всего, она обусловлена приближенностью самой модели явления, сводящей определение уровней радиоизлучений к измерению соответствующих мощностей в тракте передатчика. Составляющая погрешности, связанная с реализацией трактовых измерений, вызвана рядом, причин. Во-первых, практически не удается добиться совпадения входных сопротивлений антенны и ее эквивалента в широкой полосе частот. Они приблизительно равны друг другу в необходимой полосе частот и ближайшей ее окрестности и, как правило, заметно различаются на частотах гармоник и других побочных излучений. Во-вторых, принцип трактовых измерений основан на том, что ответвляется и измеряется известная доля проходящей мощности, что также хорошо соблюдается только в окрестности необходимой полосы частот. На более высоких частотах, значительно отстоящих от нее, в тракте нередко существует более одного типа волн, и ответвленная доля мощности зависит от их состава. Таким образом, результаты измерения оказываются зависимыми от числа, типов волн и их относительных амплитуд, а они, в свою очередь, зависят от частоты, типа иконфигурации фидера и сопротивления нагрузки. Для ослабления этих явлений разработан ряд мер раздельное ответвление и измерение мощностей различных типов распространяющихся волн, использование многоволновых ответвляющих устройств и др.

Несмотря на перечисленные недостатки, трактовые измерения чаще всего используются при экспериментальном определении параметров радиопередатчиков. Исходя из технических и экономических соображений, нормативной документацией на целый ряд типов аппаратуры предусмотрен контроль параметров с помощью трактовых методов измерений. Для проведения таких измерений, а также измерений по электромагнитному полю разработано значительное число конкретных методов. Методики этих измерений и технические средства, используемые во многих конкретных ситуациях, стандартизованы.

Измерения параметров побочных излучений. Измерения уровней побочных излучений проводятся в основном для оценки РЭС на соответствие их параметров требованиям нормативной документации. Эти результаты могут также использоваться при анализе и прогнозировании ЭМС.

Следует учитывать, что для индивидуальных изделий, входящих в состав оборудования, могут применяться различные стандарты ЭМС, устанавливающие разные нормы помех.

 

Таблица 1 - Применение норм электромагнитных помех для вспомогательного оборудования при измерениях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ЭФФЕКТ БЛОКИРОВАНИЯ В РАДИОПРИЁМНИКАХ

 

 

В реальных условиях эксплуатации радиоприемных устройств на них могут воздействовать одновременно с полезным достаточно сильные мешающие радиоизлучения, влияние которых проявляется в виде нелинейных эффектов блокирования, перекрестных и интермодуляционных искажений полезного сигнала, его вторичной модуляции. Частоты мешающих сигналов при этом могут иметь различные значения, не совпадающие с частотами основного и побочных каналов приема. Образующиеся каналы приема помех называются внеполосными. Помехи, вызывающие эффекты блокирования и перекрестной модуляции, проявляют себя только в присутствии полезного сигнала, что отличает их от помех по побочным каналам.

Частота мешающего  сигнала  при  блокировании fбл находится  вне  полосы  пропускания фильтра основной избирательности, но может попадать в полосу предварительной  избирательности,  быть  равной  частот  соседнего  канала fс.к = fбл,  а  также  лежать  за этой  частотой.

Полоса частот,  в которой  наблюдается  явление  блокирования,  называют полосой  блокирования.

Значение этой полосы находится в прямой зависимости от мощности мешающего сигнала и восприимчивости приемника к  сигналам блокирования. Для  определения  допустимой  количественной  величины радиопомехи  введен коэффициент  блокирования  ( - амплитуды  напряжения  сигнала  на  выходе радиоприемника при отсутствии и при наличии радиопомехи соответственно),  за  который  принято  отношение  задаваемой разности уровней сигнала на выходе радиоприемника при отсутствии и при наличии радиопомехи  на  входе  к  уровню  этого  сигнала  при  отсутствии  радиопомехи.

Блокирование обычно рассматривается в рамках проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств. Поскольку чувствительность является одной из основных характеристик радиоприемника, то эффект блокирования необходимо учитывать и оценивать при проектировании и эксплуатации радиоприемных устройств (РПУ), предназначенных для функционирования в условиях сложной электромагнитной обстановки.

Часто блокирование определяется как изменение уровня сигнала на выходе радиоприемника под действием внеполосных помех. Однако, под действием внеполосных помех происходит также изменение мощности шума на выходе приемника. В связи с этим существует другое определение блокирования, охватывающее оба эти эффекта, как изменения уровня сигнала или отношения сигнал/ шум на выходе радиоприемника под действием внеполосной помехи.

Блокирование радиоприемника по шумам складывается из двух эффектов: изменения коэффициента усиления и изменения уровня шумов на выходе под действием помехи. При оценке изменения чувствительности РПУ вследствие блокирования изменение уровня выходных шумов зачастую рассматривается только как следствие изменения коэффициента усиления приемника и его отдельных каскадов. Собственные шумы каскадов, подвергающихся воздействию помех, считаются неизменными и равными линейным, имеющим место в отсутствие помех.

 

1. Влияние малошумящего усилителя (МШУ) по шумам на чувствительность радиоприемника.

 

    Изменение чувствительности РПУ под действием внеполосной помехи в большинстве случаев практически полностью определяется эффектом блокирования МШУ по шумам, который состоит в изменении двухсигнальный коэффициент шума (ДКШ) под действием помехи. Количественно этот эффект описывается коэффициентом блокирования МШУ по шумам, который определяется как отношение двухсигнального КШ усилителя при действии на его входе радиопомехи к КШ того же усилителя в отсутствии радиопомехи:

где - линейный КШ МШУ, обозначавшийся выше как  . Или в децибелах:

Зависимости или от мощности помехи представляют собой амплитудные характеристики блокирования МШУ по шумам, типовой вид которых показан на рис. 3.1

Рисунок 3.1 Амплитудная характеристика блокирования МШУ по шумам.

С точки зрения ЭМС имеет значение допустимая мощность помехи , при которой МШУ способен исполнять свои функции в составе радиоприемника. Критерий, по которому определяется Рпомдоп., состоит в соответствии данной величины заданному допустимому значению Кб.ш. , как показано на рис. 3.1. Стандартом порог восприимчивости МШУ по блокированию шумов введен в качестве одного из параметров ЭМС МШУ под названием «верхняя граница динамического диапазона (ВГДД) МШУ по блокированию шумов». Численные значения Рпомдоп. устанавливаются по критерию: = 1дБ для усилителей с КШ > 3дБ и = 0.5дБ для усилителей с КШ < 3дБ. Минимальные значения параметров ЭМС в полосе пропускания МШУ регламентируются ГОСТом для основных типов выпускаемых МШУ.

При измерении амплитудных характеристик имеет значение частота полезного сигнала и частота помехи. Частота полезного сигнала обычно совпадает с центральной частотой полосы пропускания МШУ. Частота помехи является параметром амплитудной характеристики и для полноты картины требуется иметь семейство характеристик, измеренных или рассчитанных для разных частот помехи. Зависимости параметров ЭМС МШУ от частоты помехи приняты в качестве характеристик ЭМС МШУ и называются характеристиками частотной избирательности (ХЧИ) по соответствующим нелинейным эффектам. Так в число ЭМС характеристик МШУ входит ХЧИ по блокированию шумов, представляющая собой зависимость от частоты помехи . Типовой вид этой зависимости представлен на рис. 3.2, где — центральная частота МШУ.

 

Рисунок 3.2 ХЧИ по блокированию шумов

 

Существуют методики и измерительные комплексы, в том числе и автоматизированные, для измерения ДКШ и .

Однако, измерительные методы применимы только к готовым изделиям. На этапах научных исследований и конструкторских разработок необходимо использовать теоретические методы. Все эти методы, исходя из определения ДКШ, основаны на расчете выходных шумов МШУ в полосе ОКП в присутствии внеполосной помехи.

На рис. 3.3 показаны типичные амплитудные характеристики блокирования МШУ.

Рисунок 3.3 Амплитудные характеристики блокирования МШУ

 

Изменение чувствительности радиоприемника прямо влияет на важнейшие параметры радиосистем, например, на дальность действия РЛС.

Решающее значение в ухудшении чувствительности радиоприемника под действием внеполосной помехи играет явление блокирования МШУ по шумам. Это явление включает в себя изменение внешних и собственных шумов МШУ под действием помехи, а также появление в полосе приемника интермодуляционных шумов за счет нелинейного взаимодействия помехи с внешними и собственными шумами МШУ. Разработанная система параметров и характеристик позволяет количественно описывать блокирование по шумам МШУ. На численном примере продемонстрировано применение параметров и характеристик блокирования МШУ по шумам для оценки изменения чувствительности радиоприемника под действием внеполосной помехи.

 

 

ВЫВОДЫ

 

 

Цель испытаний — проверить, не вызывают ли ЭМП сбои в работе систем или ухудшение их свойств, а также определить необходимое уменьшение уровня помех для обеспечения ЭМС. При испытаниях системы работают в типовых рабочих режимах.

Измерениям подвергаются компоненты аппаратуры, аппаратура и подсистемы. Задача измерений — определение уровня ЭМП, чтобы установить, находятся ли они в допустимых пределах и не будут ли мешать работе взаимосвязанных или присоединенных к общему источнику питания устройств.