723.электромагнитная совместимость радиотехнических и телекоммуникационных систем учебное пособие
1. Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
В.И. Ярмоленко, А.Л. Приоров
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ
СИСТЕМ
Учебное пособие
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов, обучающихся по специальности
Радиофизика и электроника
Ярославль 2005
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. ВВЕДЕНИЕ
Электромагнитной совместимостью (ЭМС) радиотех-
нических и телекоммуникационных систем (РТС) можно назвать
способность РТС одновременно функционировать в реальных
условиях эксплуатации с требуемым качеством при действии на
них непреднамеренных радиопомех и не создавать недопустимых
радиопомех другим РТС.
Проблема ЭМС возникла вследствие широкого
использования радиотехники и электроники во многих областях
человеческой деятельности. Она очень важна, поскольку
улучшение качества работы РТС зависит во многих случаях не
только от новых системных и схематических решений, но и от
организации совместной работы средств, излучающих и
воспринимающих электромагнитную энергию.
Решение проблемы ЭМС путем освоения новых частотных
диапазонов не потеряло своей актуальности в настоящее время.
Вместе с тем возросла роль интенсификации использования
хорошо освоенных и удобных для эксплуатации участков
спектра. Но частотный диапазон не бесконечен. Появилась задача
разработки методов и создания технических средств защиты от
помех в месте приема или снижения их уровня в месте
излучения.
Технические методы применяются на отдельных РТС. При
анализе и проектировании РТС, как единой сложной системы,
применяется сложный подход, целью которого является
эффективное использование выделенного участка спектра. Здесь
анализируется существующая организационная структура
совокупности РТС для определения рекомендаций по улучшению
совместимости и создания прогрессивных систем управления
совокупности РТС, обеспечивающих возможность доступа в
заданный участок спектра максимального числа пользователей.
В настоящее время довольно мало выходит научно-
технической литературы по ЭМС РТС. Известные монографии и
учебные пособия, вышедшие в свет в 70-е и 80-е годы прошлого
столетия, имели небольшой тираж. К тому же они отсутствуют в
наших библиотеках.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. 4
В основу данного учебного пособия положен материал
учебного пособия Е.М. Виноградова, В.И. Винокурова,
И.П. Харченко «Электромагнитная совместимость радиоэлект-
ронных средств» (Л., 1986); книги А.Ф. Апоровича «Статисти-
ческая теория электромагнитной совместимости радиоэлектрон-
ных средств» (М., 1984), материал лекций, в течение ряда лет
читавшихся авторами студентам физического факультета
Ярославского университета, обучающимся по специальности
«Радиофизика и электроника», публикации авторов пособия.
Из-за ограниченного объема в пособие не включены
материалы по выбору модуляторов для получения амплитудно-
манипулированных, частотно-манипулированных, фазо-манипу-
лированных сигналов с ограниченным уровнем внеполосных
излучений и удовлетворяющих заданной помехоустойчивости.
Часть материала из программы курса «Электромагнитная
совместимость радиотехнических и телекоммуникационных
систем» вынесена на лабораторные работы. Разработанные
авторами пособия описания лабораторных работ, программы
позволяют выбрать любую модулирующую функцию и на экране
монитора увидеть спектр и вероятность ошибочного приема
такого сигнала.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. 5
1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОБСТАНОВКА
В СОВОКУПНОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
При разработке современных радиоэлектронных средств
(РЭС) необходимо учитывать условия их эксплуатации, включая
электромагнитную обстановку, в которой надлежит работать
РЭС. Электромагнитная обстановка (ЭМО) - это совокупность
электромагнитных излучений в точке или районе, где раз-
мещается (или предполагается разместить) РЭС. Электромагнит-
ные излучения могут серьезно нарушить качество работы РЭС,
вплоть до полной невозможности выполнить им свою основную
функцию. В то же время появление нового РЭС меняет ЭМО в
точках, где уже расположены работающие средства. Это изме-
нение может ухудшить качество функционирования некоторых
из них. Решение задач обеспечения удовлетворительного
функционирования РЭС в окружающей ЭМО, без оказания
недопустимого воздействия на нее и другие средства, составляет
существо проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС).
1.1. История и причины возникновения проблемы
электромагнитной совместимости
Менее 100 лет прошло с тех пор, как человечество начало ис-
пользовать электромагнитные волны для своих потребностей. Ра-
диовещание, телевидение, радиосвязь, радиолокация, радионави-
гация, судовождение, радиоуправление летательными
аппаратами и подвижными средствами - наиболее широко
известные области применения электромагнитных волн.
Использование электромагнитных колебаний находит все
новые и новые применения в самых различных областях
промышленности, науки и техники. Медицина, химия, геология,
метеорология и многие другие области человеческой
деятельности все шире внедряют для своих нужд достижения
современной радиотехники и электроники. Освоение Мирового
океана и использование искусственных спутников Земли (ИСЗ)
открыли новые возможности радиоэлектроники.
Достижения в технологии производства элементной базы
основных компонентов радиоаппаратуры, теоретические
исследования новых возможностей ее построения, широкое
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. 6
внедрение радиоэлектроники в различные области народного
хозяйства привели к резкому количественному и качественному
росту радиосредств. Если, например, в 1936 г. в США
насчитывалось всего 600 радиовещательных станций с
амплитудной модуляцией, то к концу 60-х годов их количество
превысило 6 тыс., число станций, работающих с частотно-
модулированными сигналами, достигло 1400, а число
телевизионных передатчиков - 600. К 1972 г. в США
насчитывалось около 18 тыс. радиовещательных и
телевизионных станций с мощностями от 500 Вт до 5 МВт. В
среднем в 10 км2
пригородно-городской зоны находилось по
одной станции. Только за 5 лет (с 1961 по 1966 г.) число РЛС
выросло в пять раз - с 3 тыс. до 15 тыс. станций. Особенно
значителен рост подвижных служб радиосвязи. В 1950 г. в США
насчитывалось около 100 тысяч подвижных служб радиосвязи, а
в 1970 г. их было уже 3,3 млн., в 1975 - 5,8 млн. и к 1980 г.
ожидалось увеличение до 7 млн., что было превышено. Только в
диапазоне метровых и дециметровых волн к началу 1981 г.
насчитывалось более 9 млн. передатчиков, установленных в
основном на подвижных объектах. Стремителен рост
радиостанций частного пользования. Так, за 16 лет (с 1958 по
1974 г.) в США был выдан один миллион лицензий на право
пользования частной радиостанцией; второй миллион был выдан
за восемь месяцев 1975 г., а третий - за последний месяц того же
года.
В 1965 г. Япония насчитывала около 300 тыс.
радиоэлектронных средств, а к 1981 г. только число подвижных
средств в метровом и дециметровом диапазонах составило около
2 млн.
В ФРГ число передатчиков наземных подвижных служб за
десятилетие (60-70-е годы) возросло в 7 раз, а в Великобритании
за тот же период в 5 раз. Этот рост продолжается и в настоящее
время. Количество радиостанций, устанавливаемых на
подвижных объектах ФРГ и Великобритании, увеличивается на 5
% ежегодно.
Диапазон длин волн 10...100 м занимает полосу 27 МГц. Если
принять ширину полосы радиочастотного канала равной 3 кГц
(например, при однополосной амплитудной модуляции), то в нем
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. 7
можно разместить 9000 каналов. Однако уже сейчас во всем мире
в этом диапазоне работает около 1 млн. передатчиков, из которых
более 1 тыс. имеют мощность 100 кВт и более. По данным
Международного комитета регистрации частот число
передатчиков в этом диапазоне продолжает ежегодно
увеличиваться на 20 тыс., несмотря на перегрузку и
возрастающий уровень помех, вызванный этими передатчиками.
Помимо роста числа РЭС усложнились осуществляемые ими
функции. Многие РЭС работают совместно, выполняя общие за-
дачи. Электромагнитная обстановка в таких комплексах опреде-
ляется числом РЭС, расстояниями между ними, мощностями и
спектральным составом излучений в комплексе. Особенно
сложная ЭМО возникает в комплексах, размещенных на
ограниченной территории. Такая ситуация наблюдается на судах,
самолетах и других подобных объектах, где широкое
использование радиоэлектроники для выполнения объектами
своих задач сопровождается ростом объема радиоаппаратуры и
числа устанавливаемых РЭС.
Число антенн, с которыми связаны радиоэлектронные
средства на объекте, может достигать нескольких десятков, в то
время как площадь, пригодная для их размещения, ограничена. В
результате возникает ситуация, при которой расстояния между
антеннами различных систем составляют от нескольких десятков
до нескольких метров. Большое количество РЭС и скученность
антенн приводят к значительным временным помехам, когда
высокочастотные ЭДС, наведенные на антенны со стороны
соседних работающих передатчиков, достигают десятков вольт.
Это вызывает перегрузки входных каскадов радиоприемников и,
если не принять специальных мер, может вывести из строя
чувствительную аппаратуру.
Особенно значительные помехи могут создавать
радиолокационные станции и мощные передатчики
коротковолнового диапазона.
Не менее опасны и наводки между антеннами передатчиков.
В результате их взаимодействия между собой или с основной
частотой излучения передатчика могут возникать помехи на
частотах, отличных от рабочих частот передатчиков, и тем самым
усложнить работу других средств.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. 8
Возможности обеспечения достигнутой величины развязки
между антеннами за счет разноса по расстоянию и их
рационального размещения сильно ограничены. Это связано как с
размерами самого объекта, так и с наличием на нем различного
вида надстроек, вызывающих дополнительные помехи
радиоприемным устройствам за счет переотражений излучений
передатчиков, а также приводит к искажению диаграмм
направленности антенн, в результате которых возникают зоны
затенения, в которых излучаемый (или принимаемый) сигнал
сильно ослаблен и может даже практически отсутствовать.
Решение вопроса о размещении антенн на объекте так, чтобы,
с одной стороны, радиоэлектронные средства выполняли свое
основное функциональное назначение, а с другой - чтобы между
ними была достигнута величина развязки, достаточная с точки
зрения обеспечения их электромагнитной совместимости,
является сложной технической задачей. Поскольку на этом пути
не всегда может быть получен нужный эффект, то для
обеспечения ЭМС РЭС объекта приходится прибегать и к другим
организационным и техническим мероприятиям, приводящим к
снижению помех между средствами.
Аналогичные задачи возникают и для средств, размещенных
на разных объектах, хотя здесь эффективность мероприятий по
обеспечению ЭМС более высока.
Рост плотности стационарных и подвижных радиосредств
сопровождается уменьшением территориального разноса между
ними. При ограниченном частотном ресурсе радиодиапазонов, в
которых эти средства работают, уровень помех на входах при-
емников растет и нормальная работа РЭС нарушается.
Таким образом, рост числа РЭС при ограниченных
возможностях частотного разделения радиоканалов является
одной из причин возникновения проблемы ЭМС -
количественные изменения привели к изменениям качественным.
Успехи в технологии производства радиоаппаратуры
позволили существенно увеличить мощности радиоизлучений,
повысить чувствительность радиоприемников и увеличить
коэффициент усиления радиоантенн. Передатчики могут
генерировать мощности в сотни киловатт в непрерывном режиме,
и уже имеются клистроны со средней мощностью 1 МВт. В
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. 9
импульсном режиме мощность составляет десятки мегаватт. В то
же время чувствительность современных приемников достигает
значений 10-22 Вт. Рост мощности передатчиков и повышение
чувствительности приемников усложняют их совместную работу.
С ростом мощности, предназначенной для выполнения
основной функции РЭС, растет мощность нежелательных
излучений, которыми сопровождается работа передатчика. Так,
например, в США широко используется РЛС мощностью в
импульсе 5 МВт. Мощность четвертой гармоники этой РЛС
составляет 200 Вт и лежит в диапазоне частот, отведенном для
воздушной навигации. Мощности же большинства средств,
работающих в навигации, составляют менее 200 Вт. В результате
работы мощной РЛС ее сигнал может создать значительную
помеху работе навигационных средств.
У ряда РЛС в США зарегистрированы излучения на первых
четырех гармониках с мощностями 63, 10, 3, 13 Вт
соответственно. Некоторые магнетроны, предназначенные для
РЛС, имеют уровни мощности второй и третьей гармоник более
киловатта. В отдельных случаях зарегистрирована мощность
третьей гармоники 65 кВт.
Увеличение мощности РЛС в последние годы достигалось
разработкой и использованием в выходных каскадах
передатчиков магнетронов, клистронов, многорезонаторных
клистронов и других сложных приборов. Эти приборы
отличаются в силу специфики своей работы значительными
уровнями нежелательных излучений. В первую очередь это
относится к магнетронам, которые наряду с излучениями на
гармониках способны генерировать широкополосные помехи.
Поэтому в начале семидесятых годов начались поиски
возможности замены магнетронов в мощных РЛС, импульсные
мощности которых составляют 5 МВт и более, другими
приборами с пониженными уровнями нежелательных излучений.
Наряду с разработкой приборов с низким уровнем
нежелательных излучений, снижение уровня мощности в
радиосвязи и радиолокации может быть достигнуто
использованием сложных сигналов, т.е. сигналов, база которых
намного больше единицы (под базой понимают произведение
длительности сигнала на ширину полосы занимаемых ими
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. 10
частот). Поскольку возможность выделения сигналов на фоне
белого шума при оптимальной обработке определяется
отношением энергии сигнала к спектральной плотности шума, то,
увеличивая длительность сигнала, можно уменьшить его
мощность при сохранении величины излученной энергии.
Сложные сигналы могут занимать значительную полосу частот,
но специфика их обработки такова, что в одной полосе может
быть размещено несколько таких сигналов. Однако число
сигналов, размещаемых в одной полосе, ограничено, и это
обстоятельство должно учитываться при рассмотрении ЭСМ
средств со сложными сигналами.
Большинство современных приемников, кроме основного
канала, предназначенного для приема полезного сигнала,
обладают нежелательными каналами приема, такими, как
зеркальный, канал приема промежуточной частоты и т.п.
Возрастание чувствительности приемников по основному каналу
обычно сопровождается ростом чувствительности
нежелательных каналов, в которые может попадать излучение
передатчика.
Наличие нежелательных излучений передатчиков и каналов
приема у приемников, возрастание уровня первых и увеличение
чувствительности вторых явилось еще одной причиной,
породившей проблему ЭМС.
Особо следует отметить проблему контактных помех.
Источниками таких помех являются элементы, которые в поле
облучения ведут себя как параметрические и нелинейные.
Подобные элементы преобразуют спектр падающего на них
излучения в более широкий. Контактные помехи возникают на
подвижных средствах, у которых при движении образуются
контакты с переменным сопротивлением, попадающие в поле
установленных на них передатчиков. Например, контактные
помехи возникают при размещении радиопередатчиков на
автомашинах, поездах и т.п. Серьезную проблему они составляют
на судах и самолетах.
Увеличение мощности РЭС, использующих направленное
излучение, имеет следствием еще один эффект, затрагивающий
проблему ЭМС, - увеличение мощности, излученной в
нежелательных направлениях. Хотя усиление современных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. 11
направленных антенн по главному лепестку может достигать 50
дБ, уровень боковых и задних лепестков диаграмм
направленности остается высоким. Для параболических антенн,
например, типичными значениями по отношению к главному
лепестку являются: для первого бокового - (- 20 дБ), для заднего
лепестка - (- 40 дБ). Это означает, что РЛС с мощностью
излучения 10 МВт в импульсе излучает в направлении,
противоположном основному, мощность 1 кВт.
Существенный вклад в формирование электромагнитной
обстановки вносят излучения со стороны различного рода
энергетических и промышленных установок, которые в силу
специфики своей работы являются источниками
непреднамеренных помех. Это так называемые индустриальные
помехи. К устройствам, создающим индустриальные помехи,
относятся генераторы и двигатели постоянного и переменного
тока, линии электропередач, сварочные аппараты, системы
зажигания, бытовые электроприборы и многие другие. Наличие
индустриальных помех часто не позволяет полностью
реализовать потенциальные возможности радиоаппаратуры и
усложняет совместную работу РЭС. Влияние индустриальных
помех особенно заметно в крупных промышленных городах и на
подвижных объектах, в частности, на судах и самолетах [1].
1.2. Основные термины и определения
Определение совместимости, которое рекомендует ГОСТ
23011-79, формулируется следующим образом. Под
электромагнитной совместимостью радиоэлектронных
средств понимают способность этих средств одновременно
функционировать в реальных условиях эксплуатации с
требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных
радиопомех 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. Часто
вместо радиопомех говорят об электромагнитных помехах.
Электромагнитная помеха определяется как нежелательное
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. 12
воздействие электромагнитной энергии, которое ухудшает или
может ухудшить показатели качества функционирования РЭС.
Можно считать, что радиопомеха - это электромагнитная помеха
в диапазоне радиочастот.
Под радиоэлектронным средством понимают техническое
средство, состоящее из одного или нескольких радиопередающих
и (или) радиоприемных устройств и вспомогательного
оборудования. К радиоэлектронным средствам относят
радиостанции, радиолокаторы и т. д. Такое определение РЭС
подразумевает, что все компоненты, входящие в это средство,
находятся территориально в одном месте. Приведенное
определение электромагнитной совместимости выделяет в
качестве основного фактора, вызывающего проблему ЭМС,
помехи между средствами. Задачу снижения уровня помех можно
решать не только путем улучшения качества излучений
радиопередатчиков и повышения помехоустойчивости
приемников, но и путем совершенствования организации работы
РЭС и, в частности, рационального распределения частот между
средствами. Поэтому в настоящее время проблему
совместимости часто рассматривают с позиций эффективного
использования спектра, а совокупность РЭС - как некоторую
искусственно созданную человеком большую радиосистему.
В дальнейшем будем использовать также понятие
«радиоканал», поскольку его часто удобно рассматривать в
качестве элемента большой радиосистемы. Радиоканал,
например, образует линия связи (передатчик - пространство
распространения - приемник). Один передатчик может
образовывать несколько радиоканалов, если он предназначен для
передачи информации нескольким приемникам. Типичным
примером является радиовещательная станция, обслуживающая
множество абонентов - приемников. Основной задачей
радиоканала является передача и извлечение информации с
заданным качеством.
Работающая совокупность РЭС образует набор радиоканалов,
между которыми могут образовываться помехи. Для обозначения
этого класса непреднамеренных помех будем использовать
термин «системная помеха». В литературе можно также
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13. 13
встретить эквивалентные термины: станционная помеха,
взаимная, межканальная.
В более широком смысле используются понятия «источники»
и «рецепторы» помех. Источники электромагнитной помехи -
класс любых устройств, которые могут создавать
электромагнитное излучение. Сюда включают устройства, не
предназначенные для излучения электромагнитных волн
(например, двигатели, системы зажигания и т. д.).
Рецепторы электромагнитной помехи - все устройства,
которые изменяют (обратимо или необратимо) значения своих
параметров под влиянием электромагнитных помех.
При рассмотрении проблемы совместимости в глобальном
масштабе под радиочастотным ресурсом понимают весь
диапазон частот, пригодный для связи, локации и т.д. Его
потребителями выступают регионы, страны, области и т.д., а
также радиослужбы, радиосистемы. Поясним, что согласно
ГОСТу радиослужба осуществляет передачу и (или) прием
радиоизлучения в определенных целях. К радиослужбам относят
радионавигацию, радиолокацию, радиовещание и т.д. Весь
радиочастотный ресурс условно разбит на диапазоны. Каждый
частотный диапазон соответствует полосе частот 0,3·10n
…3·10n
Гц и включает верхнюю границу. Номера частотных диапазонов
соответствуют показателям степени n для каждого диапазона.
Частотные диапазоны имеют частотное и метрическое
наименования и представлены в табл. 1.1. К числу не
рекомендуемых к употреблению терминов относятся сверхдлин-
ные волны (СДВ), длинные волны (ДВ), средние волны (СВ),
короткие волны (КВ), ультракороткие волны (УКВ), субмилли-
метровые волны.
Вопросы использования частот решаются на международном
уровне. Высшим органом является Международный союз
электросвязи (МСЭ) при ООН.
При рассмотрении вопросов использования частот различают
три понятия: распределение, выделение частот или полос частот
и присвоение. Понятие «распределение» относится к службам,
«выделение» - к зонам или странам, «присвоение» - к системам и
станциям.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14. 14
Таблица 1.1
Классификация диапазонов радиочастот и радиоволн
Наименования и обозначения
диапазонов
Номер
диапа
зона
Диапазон
частот,
Гц
Диапазон
радиоволн
частотное метрическое
(волны)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0,3.10 …
3.10
0,3.102
…
3.102
0,3.103
…
3.103
0,3.104
…
3.104
0,3.105
…
3.105
0,3.106
…
3.106
0,3.107
…
3.107
0,3.108
…
3.108
0,3.109
…
3.109
0,3.1010
…
3.1010
0,3.1011
…
3.1011
0,3.1012
…
3.1012
105
… 104
км
104
…103
км
103
… 102
км
102
… 10
км
10 … 1 км
103
… 102
м
102
… 10м
10 … 1 м
102
…
10см
10 … 1 см
10 … 1мм
1 … 0,1
мм
Крайне низкие
частоты (КНЧ)
Сверхнизкие
частоты (СНЧ)
Инфранизкие
частоты (ИНЧ)
Очень низкие
частоты (ОНЧ)
Низкие частоты
(НЧ)
Средние
частоты (СЧ)
Высокие
частоты (ВЧ)
Очень высокие
частоты (ОВЧ)
Ультравысокие
частоты (УВЧ)
Сверхвысокие
частоты (СВЧ)
Крайне
высокие
частоты (КВЧ)
Гипервысокие
частоты (ГВЧ)
Декаметровые
волны
Мегаметровые
волны
Гектокилометро
вые волны
Мириаметровые
волны
Километровые
волны
Гектометровые
волны
Декаметровые
волны
Метровые
волны
Дециметровые
волны
Сантиметровые
волны
Миллиметровые
волны
Децимиллиметр
овые волны
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15. 15
1.3. Источники и рецепторы электромагнитных помех,
их классификация
Источники непреднамеренных электромагнитных помех
можно разделить на две группы: естественные и искусственные.
Их классификация представлена на рис. 1.1.
Источники естественных помех могут быть земными и
внеземными. Земные - это, в первую очередь, атмосферные
помехи и статические разряды. Источниками атмосферных помех
являются электрические разряды во время гроз. Спектр помех,
создаваемый этими источниками, очень широкий, и они
распространяются на большие расстояния. В северных широтах
источниками помех являются полярные сияния. Накопление
электрических зарядов в осадках и последующий их разряд на
элементах антенны, заземления или вблизи антенны также
приводят к электромагнитным помехам. К числу естественных
источников помех следует отнести также внутренние шумы
каналообразующей аппаратуры и искажения сигналов в среде
распространения.
К внеземным источникам помех относят помехи,
обусловленные электромагнитными излучениями солнца, планет,
звезд и других небесных тел. В период высокой активности
солнца на нем происходят вспышки с большой энергией, которые
приводят к резкому увеличению электромагнитных помех на
Земле. Радиоизлучения планет солнечной системы, звезд и
других небесных тел являются источниками дополнительных
космических помех, и их следует учитывать при определении
характеристик приемников, особенно работающих в диапазонах
УВЧ, СВЧ и на более высоких частотах.
Источниками искусственных электромагнитных помех явля-
ются радиоэлектронные устройства, принцип работы которых
связан с излучением электромагнитной энергии. Некоторые из
них указаны на рис. 1.1.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16. 16
Источники
электромагнитных помех
Естествен
ные Искусственные
Внезем-
ные
Зем-
ные
Радио-
элект-
ронные
Элек-
троэнер-
гия
Оборудо-
вание и
машины
Систе-
мы
зажига-
ния
Аппара-
тура
промы-
шленная
и
широко-
го потре-
бления
Солнце Атмо-
сфера
Средства
радиове-
щания
Генера-
торы
электро-
энергии
Мощные
сооруже-
ния и
устрой-
ства
Двига-
тели
Свароч-
ные
аппа-
раты
Косми-
ческие
объекты
Разря-
ды в
осад-
ках
Радиоре-
лейные
линии
Преоб-
разова-
тели
Приборы
средства
оргтехни-
ки
Транс-
портные
сред-
ства
Ультра-
звуко-
вые уст-
ройства
Радио-
звезды
Среда
расп-
рост-
ране-
ния
Средства
навигации
Линии
электро-
передач
Промыш-
ленное
оборудо-
вание
Станки
и
инстру-
менты
Меди-
цинское
оборудо-
вание
РЛС
Средства
радио-
связи
Средства
распре-
деления
электро-
энергии
Конвейеры Освети-
тельные
устрой-
ства
Системы
контроля
и произ-
водства
Аппарат
ура ИСЗ
Рис. 1.1. Источники помех
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17. 17
Электромагнитные помехи радиоэлектронным средствам
создают также устройства, не предназначенные для излучения
электромагнитной энергии: источники электрической энергии,
оборудование и машины, системы зажигания двигателей,
аппаратура промышленного и широкого потребления (см. рис.
1.1). Помехи, создаваемые этими объектами, образуют широкий
класс индустриальных помех, с которыми нельзя не считаться
при оценке эксплуатационных характеристик РЭС.
Интенсивность индустриальных помех и ширина спектра
различны для разных источников. С индустриальными помехами
приходится считаться до частот в несколько сотен мегагерц.
Расстояния от источника, на которых радиоприемники ощущают
воздействие помехи, могут достигать нескольких километров.
Уровень помех измеряют либо в единицах напряженности
поля (В/м, мкВ/м, дБмкВ/м и т. д., где дБмкВ означает измерение
в децибелах относительно 1 мкВ), либо в единицах плотности
мощности (Вт/м2
, дБВт/м2
и т.д.). Здесь дБВт/м2
означает поток
мощности, измеренной в децибелах относительно ватта, через
площадку в 1 м2
. Для характеристики загрузки спектра частот
помехой ее измеряют также в единицах, показывающих
распределение уровня помехи по частоте, например,
дБмВт/м2
· кГц.
Классификация, приведенная на рис. 1.1, учитывает связь
помехи с ее источником. По спектральным и временным
характеристикам выделяют сосредоточенные, импульсные,
флюктуационные помехи. Сосредоточенная помеха представляет
собой узкополосное колебание, параметры которого медленно
меняются (по сравнению с центральной частотой колебаний) или
остаются постоянными во времени. Ее спектр сосредоточен в
узкой полосе частот. Источниками помех такого рода являются
многие средства связи, например, связные передатчики АМ-
колебаний.
Импульсная и флюктуационная помехи - широкополосные.
Источниками импульсных помех являются РЭС, работающие с
импульсными сигналами; некоторые источники индустриальных
помех, молнии во время грозы и т.п. Флюктуационную помеху
можно рассматривать как предельный случай импульсной
помехи, когда происходит наложение во времени случайного
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18. 18
числа импульсов со случайными амплитудами. Следовательно,
флюктуационная помеха - случайный процесс. Такой помехой
могут быть космические шумы и внутренние шумы
радиоаппаратуры.
Помехи воздействуют на различные системы и устройства,
объединенные обобщенным понятием «рецепторы
электромагнитных помех».
На рис. 1.2 представлены рецепторы электромагнитных
помех. Их так же, как и источники помех, можно разделить на
естественные и искусственные. В разряд естественных
рецепторов входят: человек, животные, растения. Учитывать
восприимчивость естественных рецепторов к электромагнитным
помехам важно как с точки зрения сохранения здоровья человека,
так и для защиты окружающей среды. В СССР были установлены
нормы для уровней радио- и СВЧ-облучения. Советские нормы
ориентировались на недопустимость психофизиологических и
биологических изменений в организме [9].
Искусственные рецепторы можно разбить на две группы:
рецепторы, работающие на принципах извлечения полезной
информации из окружающего электромагнитного поля, и
рецепторы, которые по принципу своей работы не должны
реагировать на внешние электромагнитные поля. Первую группу
составляют радиоприемные устройства. Для приемников
наиболее труднозащитимым от помех является антенный тракт,
поскольку поля всех работающих передатчиков создают в
антенне приемника токи своих сигналов. Однако антенна и
приемное устройство обладают избирательными свойствами:
реагируют на сигналы, занимающие определенную полосу
частот. Сигналы, лежащие вне полосы пропускания, сильно
подавляются и, если их мощность невелика, практически не
проходят на выход. Одними из основных характеристик
приемников являются: полоса пропускания, чувствительность по
основному и восприимчивость по нежелательным каналам
приема. Чувствительность определяется значением минимально
необходимой мощности (мкВт, мВ и т. п.) сигнала на входе
приемника (выходе приемной антенны), при котором на выходе
приемника обеспечивается требуемое превышение сигнала над
шумом. Под восприимчивостью нежелательных каналов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19. 19
понимают чувствительность приемника к уровням помех,
частоты которых не попадают в полосу частот, занимаемых
полезным сигналом. Измеряют ее в децибелах по отношению
чувствительности приемника к полезному сигналу.
Источники
электромагнитных
помех
Естествен-
ные Искусственные
Человек
Живот-
ные
Радиоэлектрон-
ные приемные
устройства
Усили-
тели
Пиротех-
нические
приборы
(детона-
торы)
Растения
Радиовещание Промежу-
точной
частоты
Аппаратура
промышлен-
ного и
широкого
потребления
Радиорелейная
связь
Видеочас-
тоты
Контроля и
управления
Навигация Звуковых
частот
Биомедицинское
оборудование
РЛС Вещательная
аппаратура
Связные системы Телефоны
ЭВМ
Средства отображения
Чувствительные элементы
Рис. 1.2. Рецепторы помех
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20. 20
Помехи могут проникать не только через антенный тракт, но
и вследствие наводок на элементы устройства, а также по цепям
питания и управления. Снижение уровня таких помех
осуществляется экранированием и фильтрацией цепей питания.
1.4. Пути решения проблемы электромагнитной
совместимости
Первый этап решения проблемы предполагает всесторонний
анализ ЭМС, основанный на измерениях и моделировании.
Наиболее актуальным является анализ ЭМС на стадии
проектирования и разработки аппаратуры. Он проводится с
целью определения основных требований к аппаратуре с точки
зрения ЭМС. Эти требования не должны вступать в противоречие
с основным назначением аппаратуры, а лишь корректировать
основные параметры РЭС с учетом конструктивных и
технологических возможностей. Наиболее перспективный метод
анализа ЭМС - математическое моделирование на ЭВМ, что
обусловлено сложностью явлений и большим объемом
информации, которую приходится учитывать при исследовании
вопросов совместимости.
Этап анализа ЭМС позволяет определить пораженные
помехой рецепторы и наиболее опасные источники помехи, а
также каналы проникновения помех в аппаратуру; оценить
совместимость совокупности РЭС как большой радиосистемы по
ряду показателей и, в частности, с точки зрения эффективного
использования спектра.
Чтобы анализ был достоверным, необходимы
предварительные измерения параметров по множеству РЭС
данного или, если это невозможно, предшествующего поколения
аппаратуры. Эти измерения трудоемки и дорогостоящи,
поскольку параметры РЭС, влияющие на ЭМС, требуют
специальной методики измерений и измерительной аппаратуры,
обладающей повышенными требованиями к таким
характеристикам, как стабильность, шумовые свойства,
нелинейные характеристики и т. д. Автоматизация является
также непременным условием при том объеме измерений,
которые требуются в задачах ЭМС. Результаты измерений
должны систематизироваться, обрабатываться, быть доступными
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21. 21
специалистам, что вызывает необходимость создания «банка»
данных параметров и характеристик аппаратуры, влияющих на
совместимость. В настоящее время накоплен материал,
позволяющий анализировать задачи ЭМС на математических
моделях.
Второй этап решения проблемы заключается в обеспечении
совместимости (этап синтеза). На этом этапе обычно выделяют
технические и организационные мероприятия, способствующие
решению проблемы ЭМС.
Технические мероприятия осуществляются обычно на уровне
отдельных РЭС и сводятся к улучшению характеристик
аппаратуры с точки зрения ЭМС. К ним относятся в основном
такие мероприятия, как снижение нежелательных излучений
передатчиков и повышение помехозащищенности приемников по
отношению к непреднамеренным помехам, которые реализуются
традиционными радиотехническими методами. Наиболее
распространенными из них являются фильтрация, экранирование,
создание специальных схем защиты от помех, увеличение
динамического диапазона тракта РЭС и т.д. Эти методы
разрабатывались с момента появления первых приемников и
передатчиков и продолжают совершенствоваться до настоящего
времени. Отметим, что технические мероприятия желательно
реализовать на стадии разработки аппаратуры в соответствии с
требованиями ЭМС, поскольку в готовых образцах возможности
схемных изменений ограничены.
Организационные мероприятия осуществляются на уровне
совокупности РЭС и сводятся к созданию такой структуры
рассматриваемой большой радиосистемы, при которой
обеспечивается эффективное использование участка спектра,
выделенного для данной совокупности РЭС, и удовлетворяются
требования с точки зрения качества работы. К организационным
мероприятиям следует отнести: присвоение частот,
пространственное размещение РЭС, управление временным
режимом работы и т.д. Организационные мероприятия сводятся к
координированию работы средств, которое заключается в
управлении параметрами и структурой сигналов в совокупности
РЭС, и согласованию целевых функций.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22. 22
Организационные мероприятия также целесообразно
разрабатывать на стадии проектирования радиоаппаратуры, так
как они могут потребовать изменений некоторых технических
решений. Например, могут вызвать необходимость быстрой
перестройки частоты РЭС или в общем случае допустить
возможность управления, в том числе адаптивного, структурой
сигнала.
Даже выбор вида модуляции следует осуществлять с учетом
работы РЭС в совокупности, поскольку от этого существенно
зависит эффективность использования выделенного для работы
участка частот. Чем больше возможностей управления сигналом,
а также характеристиками устройств заложено в аппаратуру, тем
более гибкой оказывается организационная структура управления
в совокупности РЭС, тем больше возможностей обеспечить ЭМС.
Поскольку организационные мероприятия требуют определенных
изменений в аппаратуре и, возможно, значительных капитальных
вложений, необходимы тщательные предварительные
исследования эффективности и целесообразности их.
Если организационные мероприятия на уровне совокупности
РЭС сводятся к интенсификации использования выделенного
участка спектра, то на более высоком уровне (региональном или
международном) в основном - к экстенсивным методам
использования спектра. Здесь ставится вопрос об освоении новых
участков спектра в связи с достижениями науки и технологии.
Для этих целей созданы специальные международные службы,
периодически созываются всемирные административные
конференции по радиосвязи (ВАКР). На таких конференциях
перераспределяются полосы частот для отдельных радиослужб,
например, для морской подвижной службы, телевидения и
радиовещания, космической радиосвязи и др. На заседании ВАКР
в Женеве в 1979 г. принята таблица радиочастот, которая введена
в действие с 1982 г. и охватывает частоты вплоть до 400 ГГц.
Однако частоты выше 15 ГГц в настоящее время осваиваются
медленно. Во-первых, радиоволны этого диапазона
распространяются только в пределах прямой видимости. Это
характерно для всех частот выше 50 МГц. Во-вторых, в
диапазонах СВЧ, КВЧ и более высоких частот характерным
является сильное ослабление сигналов в случае дождя и других
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23. 23
осадков. Аппаратура этих диапазонов стоит значительно дороже
аналогичных устройств, работающих в интенсивно используемых
диапазонах. Делаются попытки стимулировать освоение новых
диапазонов как законодательными решениями, так и введением
рыночного механизма регулирования использования
спектрального ресурса. Предполагается, что введение «платы» за
пользование спектром и назначение более низких цен за
пользование малоосвоенными диапазонами будет стимулировать
исследования и разработку аппаратуры, работающей в
высокочастотной части частотного диапазона.
Таким образом, решение проблемы совместимости возможно
при разумном сочетании технических и организационных
мероприятий на базе натурных измерений и математического
моделирования.
1.5. Статистическая модель электромагнитной
совместимости
1.5.1. О моделях электромагнитной совместимости
Для изучения закономерностей мешающего взаимодействия
совместно работающих радиосредств необходимо составить
модели, позволяющие выявить эти закономерности (анализ) и на
их основе разработать полезные рекомендации (синтез). По
методологии теория ЭМС имеет большое сходство с теорией
исследования операций, получившей широкое развитие и
признание. Вопрос построения моделей в указанной научной
дисциплине бурно обсуждался. Опираясь на это обсуждение [5],
приведем некоторые соображения о моделях.
Требования к модели противоречивы. С одной стороны,
модель должна быть достаточно полной, содержащей все
важнейшие факторы, от которых зависит правильность конечного
результата. С другой стороны, модель должна быть простой,
допускающей решение задачи на уровне современных
математических и технических средств и представление
результатов в виде, удобном для продолжения исследований или
практического использования. Р. Беллман применил в этом
отношении весьма образное сравнение исследователя с
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24. 24
путником, который должен пройти по узкой тропинке между
«болотом переусложнений» и «западнями переупрощений».
Можно дополнить это сравнение: тропинка имеет ряд
ответвлений, тупиков, не ведущих к цели; могут быть также и
параллельные ветви, так что путнику желательно было бы найти
кратчайший путь к цели, не попадая в тупики, которые приводят
к частичным решениям, не позволяющим видеть исследование в
целом.
Возвращаясь к современному состоянию ЭМС, можно
отметить, что исследования отдельных вопросов
совершенствования ее характеристик, если их постановка не
вытекает из общей ЭМС, являются тупиковыми и не приводят к
построению теории на системном уровне. Развиваемая в данной
работе теория также не претендует на окончательность; она
является этапом в построении теории, общей для ведущихся в
настоящее время исследований, и пытается охватить проблему
на системном уровне.
В условиях массового использования радиосредств только
вероятностно-статистический аппарат может быть адекватным
задаче, т. е. только он пригоден для проведения объективных
исследований. Известно также, что статистические исследования
не дают ответов на конкретные вопросы для конкретных
ситуаций. Поэтому общая ЭМС, оперирующая статистическими
категориями, указывает на возможности и должна стать опорой
при планировании массового использования радиосредств, а
также при разработке и проектировании новых радиосредств,
предназначенных для работы в прогнозируемой ЭМС.
Существенную помощь в понимании вопросов составления
моделей можно получить из настоящей работы.
1.5.2. Первичная модель электромагнитной обстановки
При изучении общей ЭМС в первую очередь следует
интересоваться совокупностью мешающих излучений,
созданных одновременно работающими радиосредствами в
точке расположения радиоприемного устройства (РПУ)
исследуемой РТС. Понятно, что полное описание всех излучений
невозможно. Можно говорить лишь о приблизительной копии,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25. 25
отражающей наиболее существенные черты ЭМО, - ее модели.
Модель ЭМО будем строить как совокупность функциональных
зависимостей, средних величин, вероятностных распределений и
целесообразных ограничений, характеризующую основные
свойства сигналов от одновременно работающих радиосредств.
Рис. 1.3. Первичная модель общей ЭМС
Для составления модели ЭМО надо знать ряд существенных
факторов: относительное расположение источников мешающего
излучения; энергетические характеристики мешающих сигналов;
параметры помех, определенные в интересующих нас
диапазонах; число источников, создающих непреднамеренные
помехи и т. д.
Математические операции над элементами модели ЭМО и
РПУ должны по замыслу привести к оценке возможностей
приема полезного сигнала в условиях помех, определению
степени снижения тактико-технических характеристик
исследуемой РТС, к выработке рекомендаций по
совершенствованию аппаратуры и методов ее максимального
использования. В этом состоит цель исследования, для
достижения которой составляется, в частности, модель ЭМО.
Первичная модель общей ЭМС представлена на рис. 1.3.
Исследуемая РТС состоит из радиопередающего ПРД и
радиоприемного ПРМ устройств, разнесенных на расстояние D.
При этом предполагается, что D имеет произвольное значение,
однако близкое к дальности DМАКС действия исследуемой РТС,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26. 26
ПРМ устройство принимает сигнал своего ПРД устройства на
фоне мешающего действия, исходящего от N радиопередающих
устройств и источников с аналогичным излучением, отмеченных
на рисунке точками. Совокупность N сигналов в точке
расположения ПРМ характеризуется некоторым набором
важных с точки зрения ЭМС свойств, данные о которых
сводятся в модель ЭМО. Задача ПРМ устройства –
минимизировать мешающее влияние одновременно работающих
источников излучения, ПРД устройства - обеспечить
генерирование и излучение полезного сигнала с минимальными
помехами другим РТС. В задачу эксплуатационников и
разработчиков радиоаппаратуры входит создание таких систем и
такая организация работы, при которых обеспечивалась бы
ЭМС. Таким образом, обеспечение ЭМС выступает как
двуединая задача защиты от непреднамеренных помех и
уменьшения их интенсивности.
1.5.3. Модель неэнергетических параметров помех
К неэнергетическим параметрам относят несущую частоту
излучения, направление прихода радиоволны, поляризационные
параметры, параметры модуляции и т.п.
Многомерная система случайных точек может быть принята
в качестве модели неэнергетических параметров непредна-
меренных помех. В этой модели предполагается, что каждый
мешающий сигнал в точке приема характеризуется набором
существенных для ЭМС параметров х1, х2, … хn.. В конкретных
условиях при изучении ЭМС представляют интерес параметры в
определенных диапазонах - соответственно Dx1, Dx2, ..., Dxn. Эти
сигналы удобно представить в виде точек в n-мерном
прямоугольном параллелепипеде, измерения которого
соответствуют диапазонам. Каждому мешающему сигналу в
таком параллелепипеде будет соответствовать точка,
координаты которой - параметры сигнала. В параллелепипеде,
таким образом, должно быть N точек от N источников
мешающих излучений.
Но параллелепипед в общем случае заполнен неравномерно.
Для учета неравномерности приведем в соответствие с
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
27. 27
плотностью заполнения плотность вероятностей ωn(х1, х2, … хn).
При условии статистической взаимной независимости
параметров
ωn(х1, х2, … хn) = ω(х1)ω(х2)…ω(хn) (1.1)
Допущение о независимости практически всегда
оправдывается, поскольку диапазоны изменения параметров
обычно берутся узкими, т. е. DXi‹‹Xi и в этом случае зависимость
между отдельными параметрами ослабевает; технические
средства селекции, модуляции, демодуляции, обработки
сигналов и т.д. обычно строятся без учета взаимных связей
параметров, так что наличие связей не реализуется в
современных системах и может не учитываться в модели ЭМО.
Если справедливо утверждение (1.1), то возникает
возможность изучать распределения параметров сигналов
независимо для каждого параметра Xi. Познакомимся с
некоторыми примерами использования модели не-
энергетических параметров мешающих радиоизлучений.
Пример 1. Пусть известны распределение ω(х) параметра
помех и число N источников излучений, для которых составлено
данное распределение. Нужно найти среднее число NМИ,
приходящееся на полосу параметра ΔХ, если ΔХ‹‹Dx, а также
определить, какой должна быть требуемая полоса ΔХТР
пропускания, чтобы число NМИ не превысило некоторого
граничного значения NМИ ГР.
Рис. 1.4. Определение среднего числа мешающих излучений NМИ по
известному распределению и числу источников излучения N
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28. 28
На рис. 1.4 изображены все упомянутые в примере
элементы. Среднее число NМИ мешающих излучений найдем как
произведение общего числа N излучений на вероятность
попадания в полосу ΔХ, равную произведению полосы ΔХ на
плотность вероятности ω(х'). Получим при условии, что ω(х) в
полосе ΔХ гладкая кривая,
NМИ = Nω(х’) ΔХ. (1.2)
Требуемая полоса рассчитывается с помощью (1.2), если
ограничить NМИ некоторым граничным значением NМИ ГР.
Найдем
ΔХТР ≤ NМИГР /Nω(х’).
Пример 2. Известно многомерное распределение
ωn(х1,х2,…хn), характеризующее распределение координат N
точек в n-мерном прямоугольном параллелепипеде,
отображающих параметры мешающих сигналов. Имеется
радиоприемное устройство, содержащее идеальный фильтр,
обеспечивающий избирательность по п соответствующих
параметров. Обобщенная полоса п-мерного фильтра
ΔV = ΔХ1 ΔХ2 … ΔХn.
Требуется найти число NМИ мешающих излучений,
способных проникнуть через обобщенный фильтр, и требуемое
значение ΔVТР обобщенной полосы пропускания приемника, при
котором число проникающих помех не превосходило бы
граничное значение NМИ ГР. Решение аналогично приведенному в
примере 1.1. Если верно (1.1), получим
' ' ' '
1 2
1
( , ... ) ( ),
n
МИ n n ii i
i
N N V x x x N П X x
=
= Δ ω = Δ ω (1.3)
'
1
.
( )
МИЗАД
ТР n
i
i
N
V
N П x
=
Δ ≤
ω
(1.4)
При этом предполагается, что
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29. 29
1
.
n
ТР i
i
ТР
V П X
=
⎛ ⎞
Δ = Δ⎜ ⎟
⎝ ⎠
В приведенных примерах ставятся две задачи: задача анализа,
сводящаяся к нахождению числа NМИ мешающих излучений, и
задача синтеза, приводящая к постановке требований к
параметрам аппаратуры. Здесь очень хорошо прослеживается
системный подход, из которого следует, что изучать объект
необходимо с учетом требований, вытекающих из условий его
использования.
Несущая частота непреднамеренной помехи является
наиболее важным параметром, поскольку главным видом
селекции в радиотехнике была и остается частотная.
Распределение частот - международная проблема; функци-
онирует ряд международных и национальных органов,
занимающихся регламентацией использования частотных
диапазонов. В основу их деятельности положена необходимость
устранения непреднамеренных помех, поэтому рекомендации,
исходящие от этих органов, обычно выполняются. Таким
образом, прослеживается основная тенденция к равномерному
распределению несущих частот.
Однако есть тенденции, противостоящие основной. Трудно
регламентировать работу радиосредств по времени, почти
невозможно определить порядок работы подвижных средств,
велики разбросы частот, обусловленные нестабильностью
частоты передатчиков и гетеродинов приемников, и т. д. С одной
стороны, используется весь диапазон, и вместе с тем образуются
провалы, положение которых на оси частот непредсказуемо.
Можно утверждать, что неравномерность распределения частот
неизбежна; конкретное значение частоты излучения отдельного
источника помех - случайная величина.
Задачи, которые возникают в связи с изучением тенденций
распределения частот, направленные на обеспечение ЭМС, в
первом приближении сводятся к следующим:
1) в процессе эксплуатации радиосредств целесообразно
производить измерения помех с целью уточнения рабочих
частот;
2) целесообразно развитие РТС с адаптацией по несущей
частоте, что равноценно выполнению пункта 1) автоматически;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30. 30
3) необходимо продолжать работу по повышению
стабильности частот;
4) по возможности следует применять жесткую
регламентацию использования частот по времени и месту,
особенно для подвижных РТС.
Выполнение этих задач в конечном итоге ведет к
установлению равномерного распределения несущих частот
РТС. Поэтому в дальнейшем в примерах часто будет
использоваться равномерное распределение несущих частот
непреднамеренных помех, соответствующее основной
тенденции, направленной на обеспечение ЭМС. Эта же
тенденция определяет распределение азимутов, параметров
поляризации и т. д. Особое положение занимает вопрос о
распределении углов места. Если в простейшем случае считать,
что рассматриваемая РТС расположена на поверхности Земли, то
в отношении распределений ω(ε) углов места источников помех
можно высказать следующие соображения:
- остается в силе стремление к равномерному
распределению;
- возникают энергетические трудности, связанные с
подъемом носителей РТС на большие высоты; в этом отношении
большие углы места менее вероятны, чем малые;
- большинство объектов, несущих радиосредства при
больших углах места, являются подвижными.
Рис. 1.5. Геометрическая связь геоцентрических координат R3+h и γ с
координатами r и ε
На рис. 1.5 изображена геометрическая связь гео-
центрических координат R3+h и γ с координатами r и ε, центр
которых перенесен в точку О' расположения РПУ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
31. 31
рассматриваемой РТС. Распределения ω(R3+h) и ω(γ) можно
определить или достаточно правдоподобно постулировать.
Поскольку имеются функциональные связи r=f1(R3+h, γ) и
ε=f2(R3+h, γ), то можно рассчитать ω2(r, ε), а далее найти ω(ε).
Однако этот путь нахождения ω(ε) здесь не конкретизируется,
поскольку требуются громоздкие преобразования. Ясно, что при
равномерном распределении ω(γ) кривая ω(ε) должна быть
быстро падающей, а это значит, что при работе с большими
углами места (в частности, при связи через спутники-
ретрансляторы) создаются определенные преимущества с точки
зрения ЭМС, если обеспечена хорошая избирательность по углу
места. Влияние этих преимуществ будет постепенно падать по
мере увеличения числа источников радиопомех, имеющих
большие значения углов места.
1.5.4. Распределения энергетических параметров
непреднамеренных помех
К энергетическим параметрам непреднамеренных помех
относят энергию как отдельных помех, так и совокупности
мешающих сигналов на входе РПУ, а также мощность,
плотность потока мощности, напряжения, токи, отношение
сигнал/шум и т.д. Удобными энергетическими параметрами
являются мощность Р и плотность потока мощности П, которые
будут широко использоваться в дальнейшем.
Определению вероятностных распределений энергетических
параметров посвящен ряд работ, среди которых следует
отметить статью А.П. Биленко. Ограничим свое рассмотрение
условиями «идеальной радиосвязи».
В точке расположения РПУ изучаемой РТС можно рас-
считать плотность потока мощности, обусловленную работой
передатчика одиночной мешающей РТС. Получим
П=РИGу (φ, ε)/4πR2
= АРоб /R2
, (1.5)
где Роб – обобщенная мощность излучения передатчика, в
направлениях φ и ε на РПУ; у(φ,ε) - нормированная, снятая по
мощности двумерная диаграмма направленности передающей
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32. 32
антенны; R - дальность до источника излучения; А= 1/4π-
коэффициент пропорциональности.
Чтобы воспользоваться формулой (1.5), надо иметь сведения
о случайных величинах R и Роб. В первом приближении можно
воспользоваться их вероятностными распределениями, в виде
ω(R) и ω(Роб) соответственно. Выражение (1.5) представим в
виде
П = х у, (1.6)
где х = АРоб; у = 1/R2
.
По известному ω(R) можно найти ω(у). Воспользуемся
известной из теории вероятностей формулой и получим искомое
распределение
0
( ) ( ) ( / ) .
dx
П x П х
x
∞
ω = ω ω∫ (1.7)
Операция (1.7) довольно сложна в вычислительном
отношении для величин х и у, заданных в ограниченных
диапазонах. Выполним вычисления для ряда упрощенных
случаев.
Ситуация 1. Для источника сигнала, расположенного
равномерно по прямой, проходящей через РПУ, получено
распределение дальностей. Мощность Роб источника излучения,
установленного на самолете, занимающего случайное
положение, будем считать постоянной и равной РП. Таким
образом, для расчета по (1.7) имеем
( ) 1/ ( ),МИН МАКСr Dr r r rω = ≤ ≤
( ) ( ).ОБ ПР Рω = δ
После вычислений получим
3
1
( ) ( ).
2( )
МАКС МИН
МИН МАКС
МАКС МИН
П П
П П П П
П П П
ω = ≤ ≤
−
(1.8)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
