Файл: Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 1.pdf

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 1======================================
102
Электромагнитная совместимость
УДК 621.396(075)
Б. М. Антипин, Е. М. Виноградов
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
Алгоритм оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
Предложен алгоритм оценки электромагнитной совместимости радиоэлектрон-
ных средств, основанный на использовании результатов радиоконтроля в местах раз-
мещения приемных антенн радиоэлектронных средств. Рассмотрена структурная схе-
ма алгоритма; приведены необходимые исходные данные, основные расчетные соотно-
шения и ожидаемые результаты оценки.
Электромагнитная совместимость, радиоконтроль, защитное отношение, нелинейные эффекты,
критерии ЭМС
Средства радиоконтроля позволяют получить информацию об электромагнитной обста- новке (ЭМО) в местах, в которых размещены или предполагается разместить антенны радио- приемных устройств, в полосах частот (или на отдельных частотах), где помехи могут повли- ять на качество приема полезного сигнала. Совместно с информацией о параметрах радиопри- емных устройств и приемных антенн эти сведения могут быть использованы для оценки элек- тромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств с их окружением [1].
Для оценки ЭМС по результатам радиоконтроля необходимо иметь информацию о параметрах сигналов, которые поступают в приемник в полосе пропускания его преселек- тора и на частотах побочных каналов приема (ПКП). Число рассматриваемых ПКП может быть произвольным. Для определенности ограничимся пятью ПКП, в число которых вой- дут зеркальный канал и по два линейных ПКП, образованных биениями со второй и с третьей гармониками гетеродина. Тогда для оценки ЭМС от средств радиоконтроля необ- ходимо получить следующую информацию.
1. Параметры сигналов, обнаруженных в полосе преселектора исследуемого приемника: общее число обнаруженных сигналов N; упорядоченный список частот
1 2
,
N
f
f
f
на которых обнаружены сигналы; напряженности поля
1
,
E
2
,
E …,
N
E или мощности сигналов
1
,
P
2
,
P …,
N
P на этих частотах, измеренные оборудованием радиоконтроля; ширина спектра
31
,
B
32
,
B
…,
3N
B
каждого обнаруженного сигнала на уровне – 3 дБ относительно максимума спектра.
2. Параметры сигналов на частотах ПКП, измеренные оборудованием радиоконтроля: частоты ПКП, на которых выполнялись измерения: частота зеркального канала приема
(ЗКП)
1
f и частоты ПКП
2
,
f
3
,
f
4
f и
5
;
f
© Антипин Б. М., Виноградов Е. М., 2013

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 1
103 мощности сигналов на указанных частотах, измеренные оборудованием радиоконтроля:
1
,
P
2
,
P
3
,
P
4
P и
5
;
P ширина спектра
31
,
B
32
,
B
33
,
B
34
B
и
35
B
каждого обнаруженного мешающего сигна- ла на уровне 3 дБ относительно максимума спектра.
Кроме перечисленных параметров об уровнях мешающих сигналов нужна также ин- формация об уровне полезного сигнала S. Если эта информация отсутствует (например, на стадии частотно-территориального планирования), то его значение принимается на 3 дБ выше чувствительности приемника.
Параметры радиоприемного устройства (РПУ) представлены в табл. 1.
Мощности сигналов и чувствительность приемника обычно указываются в децибелах относительно милливатта [дБм]. Если в спецификациях на приемник чувствительность U указана в микровольтах, то с учетом, что входное сопротивление РПУ, работающих в поло- сах частот выше 30 МГц, обычно составляет 50 Ом, пересчет можно произвести по формуле r
[дБм]
107
[дБ мкВ]
P
U
(U измеряется в децибелах относительно микровольта).
В ряде случаев защитное отношение известно только для отстройки частоты ме- шающего сигнала от частоты настройки приемника
0.
f
В этом случае, чтобы учесть влияние отстройки на защитное отношение, необходимо знать коэффициент прямоуголь- ности амплитудно-частотной характеристики основного канала приема (ОКП)
60 60
r
П
,
B
B где
60
B
полоса пропускания приемника на уровне 60 дБ.
В дополнение к перечисленным параметрам используется информация о коэффициентах усиления антенн измерительной аппаратуры радиоконтроля и рассматриваемого приемника.
При наличии перечисленной информации обобщенную структурную схему оценки
ЭМС по результатам радиоконтроля можно представить в виде, приведенном на рис. 1.
Предлагаемая схема анализа состоит из четырех основных блоков, обозначенных I, II, III и
IV, которые оценивают влияние на качество приема полезного сигнала помех, поступаю- щих по ОКП, по соседним каналам приема СКП, по побочным каналам приема ПКП, а также возможные нелинейные эффекты в приемнике (блокирование и интермодуляцию
3-го порядка). Основные блоки состоят из более мелких блоков, пронумерованных далее
Таблица 1
Параметр РПУ
Тип приемника аналоговый цифровой
Частота настройки
0r
f
Чувствительность r
P
Ширина полосы пропускания на уровне 3 дБ r
B
Избирательность по зеркальному и по побочным каналам приема
ЗКП
,
L
ПКП
L
Защитное отношение
А
Динамический диапазон по блокированию б
D
–
Характеристика блокирования
– б
I
Динамический диапазон по интермодуляции 3-го порядка им3
D
–
Подавление интермодуляции 3-го порядка
–
IMR
Точка пересечения 3-го порядка
3
IIP

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 1======================================
104 арабскими цифрами. Кроме того, имеется ряд блоков, связывающих основные блоки между собой и с исходными данными для расчетов.
Оценка ЭМС согласно представлен- ной схеме происходит следующим образом.
После ввода исходных данных (блок 1), полученных от средств радиоконтроля, и параметров исследуемого РПУ, представ- ленных в таблице, расчитываются мощно- сти обнаруженных помех на входе прием- ника (блок 2). Если по результатам радио- контроля получены значения напряженно- сти поля в месте установки приемной ан- тенны, то мощность сигнала, поступающего в антенно-фидерный тракт (АФТ) приемни- ка P, дБм, определяется выражением [2]:
20lg
77.2,
P
E
f
G
(1) где E – напряженность поля в месте уста- новки приемной антенны, дБ(мкВ/м); f – частота сигнала, МГц; G – коэффициент усиления приемной антенны относительно изотропной антенны, дБи.
Если мощность сигнала на входе из- мерительного приемника известна, то мощ- ность сигнала на входе исследуемого приемника составит пр изм пр изм
,
P
P
G
G
(2) где пр
,
P
изм
P
– мощности сигналов на входе АФТ исследуемого и измерительного при- емников соответственно, дБм; пр
,
G
изм
G
– коэффициенты усиления приемной и измери- тельной антенн соответственно, дБи.
Пренебрегая омическими потерями в АФТ и полагая согласование АФТ идеальным (для выражения (1)) или одинаковым в АФТ измерительного и исследуемого приемников (для вы- ражения (2)), можно считать, что приведенные выражения дают значение мощности сигналов на входе исследуемого приемника. В противном случае мощности, полученные из (1) и (2), не- обходимо изменить на значение, учитывающее разность омических потерь в АФТ измеритель- ного и анализируемого приемников и потерь рассогласования этих трактов с их антеннами.
Если уровень полезного сигнала неизвестен, то, как указывалось ранее, его значение принимается превышающим на 3дБ чувствительность приемника (блоки 3 и 4).
Нет
Да
Да
Нет
Уровень полезного сигнала известен? r
j
j
f
f
f 13 r
3
S
P
4 3
Расчет уровней помех на входе РПУ
2
Исходные данные для расчета
1 r
3
j
f
B
14 26
Рассмотрены все частоты?
Да
IV. Оценка интермодуляции в радиоприемном устройстве
Результаты расчета
45
Нет
I. Оценка помех по ПКП
II. Оценка помех по ОКП и СКП
III. Оценка помех блокирования
Рис. 1
Сменить частоту
27

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 1
105
Анализ ЭМС начинается с оценки влияния помех по ПКП (блок I на рис. 2).
Если среди сигналов присутствуют помехи по
ПКП (блок 5), то оценка их влияния на при- ем полезного сигнала включает: расчет коэффициента частотной коррекции каждой помехи
,
i
CF дБ (рис. 2, блок 6): r
3 3
r
3
r
10 lg
,
;
0,
;
i
i
i
i
B B
B
B
CF
B
B
расчет отношения "сигнал/помеха", при- веденного к входу ПКП
,
i
SIR дБ:
i
i
i
SIR
S
P
CF
и защитного отношения для ПКП
ПКП
0
,
A
дБ
(рис. 2, блок 7):
ПКП
0 0
ПКП
,
A
A
L
(3) где
0 0
A
A
защитное отношение по
ОКП, дБ. сравнение отношения "сигнал/помеха", приведенного к входу ПКП, с защитным отношением по соответствующему кана- лу. Если
ПКП
0
,
i
SIR
A
то мешающий сигнал неопасен. В противном случае на частоте ПКП возможна помеха (блоки 8, 9); фиксацию частоты, на которой возможна помеха (блок 10) и переход к рассмотрению сле- дующего ПКП, в котором присутствует мешающий сигнал (блоки 11, 12).
При наличии в спецификации РПУ отдельной информации об избирательности при- емника по ЗКП защитное отношение
ЗКП
0
A
определяется аналогично (3) с заменой
ПКП
L
на
ЗКП
,
L
а возможное влияние анализируется аналогично алгоритму для ПКП.
Если мешающие сигналы по ПКП отсутствуют (блок 5) или анализ ПКП, в которых присутствуют помехи, завершен (блок 11), осуществляется анализ сигналов, попадающих в полосу преселектора приемника. В зависимости от значения отстройки частот мешающих сигналов от рабочей частоты приемника (см. рис. 1, блок 13) выполняются анализ их воз- действия на прием полезного сигнала по ОКП и СКП либо анализ эффекта блокирования.
Оценка помех по ОКП и СКП при условии, что отстройка помехи не превышает трех полос пропускания приемника (см. рис. 1, блок 14), выполняется в блоке II (см. рис. 3).
Последовательность операций в указанном блоке имеет следующий вид: вычисление отношения "сигнал/помеха"
,
j
j
SIR
S
P дБ (блок 15);
Рис. 2
Нет
Да
Нет
Да
Присутствуют помехи по ПКП?
Возможна помеха по ПКП на частоте
i
f
5
Расчет коэффициента частотной коррекции
i
CF для i-го ПКП
6
Расчет отношения "сигнал/помеха" и защитного отношения по ПКП
ПКП
0
A
7
Защитное отношение превышено?
8 9
Да
Рассмотрены все
ПКП?
11
Нет
Блок I
Выбор следующего
ПКП
12
Зафиксировать частоту 10

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 1======================================
106 определение защитного отношения. Если частотная зависимость защитного отношения
A
f известна, защитное отношение определяется значением
j
j
A
A
f
(см. рис. 3, блок 16). Если же указанная зависимость неизвестна, но известны защитное отношение по ОКП
0
A и коэффициент прямоугольности ОКП
60
П , то, используя модель избира- тельности РПУ в виде r
r
60
r
0,
2;
60 lg 2
lg
,
2,
f
B
D
f
f B
f
B
(4) получим оценку защитного отношения в виде
0
j
j
A
A
D
f
При этом, если из (4) следует
100 дБ,
j
D
f
принимается
100 дБ.
j
D
f
Если же известно только
0
,
A принимается
0
;
j
A
A
помеха по ОКП или СКП на частоте
j
f имеет место, если
j
j
SIR
A . При выполнении указанного условия (см. рис. 3, блок 17) значение этой частоты фиксируется для представ- ления окончательных результатов анализа (блоки 18, 19), после чего происходит переход к анализу следующей частоты (см. рис. 1, блоки 26, 27).
При отстройке j-го мешающего сигнала r
3
j
f
B
он исследуется на возможный эф- фект блокирования (рис. 4, блок III). В зависимости от типа приемника (аналоговый или цифровой) (блок 20) анализ выполняется следующим образом.
Для аналогового приемника определяется восприимчивость к блокированию б
I
r б
,
P
D дБм (рис. 4, блок 21), для цифро- вого приемника – уровень допустимой поме- хи блокирования: доп б
б
j
I
I
f
(блок 23).
Мощность мешающего сигнала
j
P сравни-
Рис. 3
Нет
Да
Защитное отношение превышено?
17
Вычисление отношения "сигнал/помеха"
15
Определение защитного отношения
16
Возможна помеха по ОКП или СКП на частоте
i
f
18
Зафиксировать частоту 19
Блок II
Рис. 4
Да
Значение восприимчивости превышено?
22
Нет
Нет
На частоте
i
f возможна помеха блокирования
24
Помеха превышает допустимый уровень?
23
Да
Да
Нет
Приемник аналоговый?
20
Оценка восприимчивости приемника к блокированию
21
Блок III
Зафиксировать частоту 25

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 1
107 вается с б
I (для аналогового приемника – блок 22) либо с доп б
I
(для цифрового приемни- ка, блок 24). Помеха блокирования на частоте
j
f возможна, если б
j
P
I доп б
j
P
I
Та- кая частота фиксируется.
На заключительном этапе анализируются двухсигнальные интермодуляционные по- мехи 3-го порядка в приемнике (блок IV на рис. 5). Анализ выполняется для частот, нахо-
Рис. 5
Расчет уровня интермодуляционной помехи относительно уровня собственного шума РПУ
39
Оценка восприимчивости РПУ к инте рмодуляции 3-го порядка и к степени опасности интермод уляционной помехи
37
Блок IV
Нет
Да
Есть информация о точке пересеч ения
IIP3?
Нет
Защитное отношение превыш ено?
35
Приемник аналоговый?
36
Помеха опа сна?
38
Нет
41
Рассмо трены все пары ч астот?
43
Да
1 2
M
29
Пары есть?
31
Нет
Исключ ение из рассмотрения всех зафиксированных частот. Количество оставшихся частот
1
M
28
Определение пар частот, образующих интермодуляционную помеху 3-го порядка в полосе приемника
30 33
Да
Да
Расчет о тношения "сигнал/интермодул яционная помеха "
34
Нет
Да
Помеха превышает шум
РПУ?
40
На анализируемых частотах возможна интермод уляционная помеха
Нет
Нет
Да
Да
Перейти к анал изу следующей пары частот
44
Нет
Интерм одуляционные помехи о тсутствуют
32
Да
Зафиксировать пару ч астот 42