ИМИТАЦИОННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ СРЕДСТВ РАДИОСВЯЗИ НА ПОДВИЖНОМ ОБЪЕКТЕ

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к системам контроля и испытаний радиоэлектронной аппаратуры на электромагнитную совместимость и может быть использована на предприятиях, разрабатывающих и испытывающих аппаратуру радиосвязи, устанавливаемую на подвижных объектах связи, например, судах, наземном или железнодорожном транспорте и т.п.
Имитационный стенд для испытаний и обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи на подвижном объекте предназначен для имитации электромагнитной обстановки на подвижном объекте связи, определения допустимых уровней помех на входе испытуемых радиоприемных устройств, определения минимальных частотных разносов между радиопередающими и радиоприемными устройствами, занесения их в базу данных с целью использования в процессе функционирования средств радиосвязи на подвижном объекте для обеспечения их электромагнитной совместимости.
Известны испытательные стенды для проверки и определения характеристик электромагнитной совместимости радиоприемных устройств односигнальным и многосигнальным методами: Голубев В.Н. «Частотная избирательность радиоприемников AM сигналов», изд. «Связь», М. - 1970, рис. П.1 и П.2 стр.182-183, Михайлов А.С. «Измерение параметров ЭМС РЭС», изд. «Связь», М. - 1980, рис.8.14 на стр.187 и рис.8.15 на стр.189. Указанные стенды состоят из одного генератора полезного сигнала и одного или двух генераторов, создающих помеховые сигналы для испытуемого радиоприемника. При проведении испытаний регистрируется качество приема полезного сигнала приемником в условиях воздействия помех с помощью стандартной регистрирующей аппаратуры: измерителя выхода - низкочастотного вольтметра или измерителя нелинейных искажений.
Однако указанные испытательные стенды не могут быть использованы для проведения испытаний и отработки мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости средств радиосвязи на подвижном объекте, т.к. в них отсутствуют имитаторы контактных радиопомех, характерных для подвижных объектов связи, и устройства для контроля электромагнитной обстановки на объекте и обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи.
Наиболее близким к заявляемому устройству является испытательный стенд для проверки внешней помехозащищенности радиоприемников к электромагнитному полю помех, структурная схема которого приведена на рис.4 и 5 стр.14 в «Общесоюзных нормах внешней помехозащищенности радиоприемников и приемников радиостанций сухопутной подвижной службы метрового и дециметрового диапазонов волн» (Нормы 23-88), Государственная комиссия по радиочастотам, Москва, 1989.
Испытательный стенд состоит из генератора полезного сигнала, соединенного со входом испытуемого радиоприемного устройства, к выходу которого подключен измеритель нелинейных искажений, генератора помехового сигнала с усилителем мощности и передающей антенной. Испытательный стенд позволяет измерять чувствительность радиоприемного устройства при выключенном генераторе помехового сигнала и частотную характеристику избирательности (блокирования) радиоприемника по отношению к помехам при включенном генераторе помехового сигнала. Указанный испытательный стенд является прототипом изобретения. Устройство-прототип так же как и аналоги не могут быть использованы для проведения испытаний и отработки мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости средств радиосвязи на подвижном объекте, т.к. в нем отсутствуют имитатор контактных радиопомех, характерных для подвижных объектов связи, и устройство для обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей испытательного стенда для определения характеристик электромагнитной совместимости средств радиосвязи.
Поставленная цель достигается тем, что в испытательный стенд для измерения характеристик электромагнитной совместимости радиоприемных устройств, состоящий из высокочастотного генератора стандартных сигналов, последовательно соединенных испытуемого радиоприемного устройства и измерителя нелинейных искажений, а также испытуемого радиопередающего устройства, нагруженного на эквивалент антенны, дополнительно введены регулируемый высокочастотный аттенюатор, вход которого соединен с выходом эквивалента антенны, имитатор контактной радиопомехи, устройство контроля и обеспечения электромагнитной совместимости и согласующее устройство, при этом выход генератора стандартных сигналов соединен с первым входом согласующего устройства, выход регулируемого высокочастотного аттенюатора соединен со вторым входом согласующего устройства, первый выход согласующего устройства соединен со входом испытуемого радиоприемного устройства, второй выход согласующего устройства соединен со входом устройства контроля и обеспечения электромагнитной совместимости, а вход имитатора контактной радиопомехи соединен с третьим выходом согласующего устройства.
Имитатор контактной радиопо- мехи выполнен в виде двух металлических листов, установленных параллельно друг другу и имеющих непостоянный контакт между собой, один из металлических листов заземлен, на другой металлический лист установлен источник вибраций, например, электромотор, и на него подается высокочастотное напряжение с третьего выхода согласующего устройства.
Устройство контроля и обеспечения электромагнитной совместимости представляет собой программно-аппаратный комплекс и состоит из последовательно соединенных сканирующего приемника, аналого-цифрового преобразователя и персональной электронно-вычислительной машины со специальным программным обеспечением.
Согласующее устройство выполнено на резисторах и имеет два входа и три выхода.
На фиг.1 показана блок-схема имитационного стенда для испытаний и обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи на подвижном объекте. Он состоит из следующих элементов:
1 - генератор стандартных сигналов;
2 - согласующее устройство;
3 - испытуемое радиоприемное устройство;
4 - измеритель нелинейных искажений;
5 - испытуемое радиопередающее устройство;
6 - эквивалент антенны;
7 - регулируемый высокочастотный аттенюатор;
8 - устройство контроля и обеспечения электромагнитной совместимости;
9 - сканирующий радиоприемник;
10 - аналого-цифровой преобразователь;
11 - персональная электронно-вычислительная машина (со специальным программным обеспечением);
12 - имитатор контактной радиопомехи;
13 - два металлических листа с непостоянным контактом между ними;
14 - источник вибрации (например, электродвигатель).
На фиг.2 приведена принципиальная схема одного из возможных вариантов согласующего устройства 2. Оно состоит из последовательно соединенных резисторов R1 и R2, второй вывод которого является первым выходом согласующего устройства, последовательно соединенных резистора R3, потенциометра R4 и резистора R5, второй вывод которого является вторым выходом согласующего устройства, а также резистора R6, один вывод которого заземлен, а другой вывод соединен с первыми выводами резисторов R2 и R5, и резистора R7, один вывод которого соединен с подвижным контактом потенциометра R4, а другой вывод является третьим выходом устройства согласования, при этом первый вход согласующего устройства соединен с первым выводом резистора R1, а второй вход согласующего устройства соединен с первым выводом резистора R3.
Регулируемый высокочастотный аттенюатор 7 предназначен для имитации развязки между антеннами на подвижном объекте связи. Имитатор контактной радиопомехи 12 предназначен для создания высокочастотного напряжения, спектр которого идентичен контактной радиопомехе на подвижном объекте связи, при этом уровень контактной радиопомехи регулируется с помощью потенциометра R4 в согласующем устройстве 2, а ширина спектра контактной радиопомехи регулируется скоростью вращения электромотора 14, создающего различный уровень вибрации одного из металлических листов 13. Непостоянный контакт между металлическими листами 13 может быть создан с помощью двух и более металлических шипов, установленных на одном листе и имеющих зазор относительно второго металлического листа в отсутствии вибрации и соприкасающихся со вторым металлическим листом при появлении вибрации (включении электромотора 14).
Имитационный стенд работает следующим образом.
min
прм
прм
1. При выключенном испытуемом радиопередающем устройстве 5 и выключенном источнике вибрации 14 по стандартной методике измеряется чувствительность испытуемого радиоприемного устройства 3 с помощью высокочастотного генератора стандартных сигналов 1 и измерителя нелинейных искажений 4 следующим образом. На вход испытуемого радиоприемного устройства 3 с выхода генератора стандартных сигналов 1 подают нормальный испытательный сигнал: частотно-модулированный сигнал с частотой несущей равной номинальной частоте настройки приемника, имеющий девиацию частоты равную 60% от максимально допустимой девиации (5 кГц) при частоте модуляции 1000 Гц. Измеряют коэффициент нелинейных искажений на выходе испытуемого радиоприемного устройства 3 с помощью измерителя нелинейных искажений 4. Изменяют уровень сигнала на выходе генератора стандартных сигналов 1 таким образом, чтобы коэффициент нелинейных искажений стал равным допустимому заданному в ТТЗ на испытуемое радиоприемное устройство 3. Фиксируется уровень сигнала на выходе генератора стандартных сигналов 1 и на входе испытуемого радиоприемного устройства 3 с помощью устройства контроля и обеспечения электромагнитной совместимости 8. Уровень сигнала на входе испытуемого радиоприемного устройства 3 фиксируется как чувствительность U(f) испытуемого радиоприемного устройства 3 на частоте настройки f. Увеличивают уровень входного сигнала на 3 дБ.
прд
прм
прдн
прдв
прм
прдн
прдв
прм
2. Включают испытуемое радиопередающее устройство 5, настроив его на частоту f в режиме номинальной мощности и наиболее широкополосного сигнала. С помощью регулируемого высокочастотного аттенюатора устанавливают ослабление сигнала испытуемого радиопередающего устройства 5, соответствующее развязке между антеннами на подвижном объекте, при этом уровень и спектр сигнала передатчика на входе испытуемого радиоприемного устройства 3 измеряется с помощью устройства контроля и обеспечения электромагнитной совместимости 8. Перестраивая испытуемое радиопередающее устройство 5 по частоте ниже и выше относительно частоты настройки приемника f, фиксируют частоты настройки передатчика f и f, при которых коэффициент нелинейных искажений становится равным допустимому значению на испытуемое радиоприемное устройство 3. Разности частот (f-f) и (f-f) представляют собой минимально допустимые частотные расстройки между радиопередающим 5 и радиоприемным 3 устройствами, при которых обеспечивается их электромагнитная совместимость на объекте в условиях стоянки, когда нет вибрации (источник вибрации 14 выключен).
прм
прдн0
прдв0
прм
3. Испытания по п.2 повторяют при различных частотах настройки испытуемого радиоприемного устройства 3 и при различных ослаблениях аттенюатора 7. Получают матрицу значений частотных расстроек (f-f) и (f-f), которые запоминаются в базе данных устройства контроля 8 и используются для обеспечения электромагнитной совместимости радиопередающих и радиоприемных устройств объекта при его стоянке путем выбора соответствующих антенн и частот для каналов связи.
прм
прднКП
прдвКП
прм
4. Повторяются испытания по п.п.2 и 3 при включенном имитаторе контактной радиопомехи 12. Уровень и ширина спектра контактной радиопомехи на входе испытуемого радиоприемного устройства 3 регулируются путем изменения уровня напряжения, подаваемого на металлический лист 13 с помощью потенциометра R4 и скорости вибраций в источнике вибраций 14 и контролируются устройством контроля 8. Уровень и ширину спектра контактной радиопомехи устанавливают в пределах, характерных для исследуемого подвижного объекта связи. В результате испытаний получают матрицу значений минимально допустимых частотных расстроек (f-f) и (f-f) для подвижного объекта связи в условиях воздействия на радиоприемное устройство контактных радиопомех, которые запоминаются в базе данных устройства контроля 8 и используются для обеспечения электромагнитной совместимости радиопередающих и радиоприемных устройств подвижного объекта путем выбора соответствующих антенн и частот для каналов связи, при которых частотные расстройки не должны быть меньше соответствующих допустимых частотных расстроек, хранящихся в базе данных устройства контроля и обеспечения электромагнитной совместимости 8.
5. Помимо допустимых частотных расстроек устройство контроля и обеспечения электромагнитной совместимости 8 определяет уровни сигналов и помех в заданной полосе частот, в том числе на частоте настройки приемника. При этом устройство контроля 8 может быть реализовано в двух вариантах:
- при широкополосном сканирующем радиоприемнике устройство контроля 8 вычисляет спектр принятого сигнала в широкой полосе частот с помощью использования процедуры быстрого преобразования Фурье;
- при узкополосном сканирующем радиоприемнике устройство контроля 8 вычисляет спектр принятого сигнала в широкой полосе частот с помощью последовательной перестройки сканирующего приемника в этой полосе частот.
выхп
c+ш
Будем предполагать, что устройство контроля 8 выполнено по второму варианту. Тогда при настройке приемника на каждую частоту f в анализируемой полосе частот на вход персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ) 11 поступает выборка из N значений выходного напряжения приемника U(f)=U(nΔt, f) В ПЭВМ 11 определяется выходное напряжение приемника на частоте настройки как среднеквадратическое значение элементов выборки .
Перестраивая приемник в заданной полосе, в ПЭВМ 11 получаем спектр входного напряжения радиоприемного устройства 3. На основании обработки в ПЭВМ 11 по специальным алгоритмам значений , полученных в анализируемой полосе частот, получаются следующие параметры электромагнитной обстановки, необходимые при контроле электромагнитной совместимости средств радиосвязи:
1) уровней шумов и помех на частотах, планируемых для использования в каналах связи;
2) значений отношений сигнал/шум на входе приемных устройств в действующих каналах связи; эти отношения получают путем измерения уровня сигнала с шумом на частоте канала связи
уровней шумов в соседних каналах
,
усреднения этих уровней
и получения отношения сигнал/шум по формуле
.
3) загрузки радиочастотного спектра излучениями работающих радиопередатчиков объекта и прочими источниками радиопомех как относительная доля анализируемой полосы частот, в которой уровень наведенного напряжения в антенне превышает установленный пороговый уровень.
Полученные на имитационном стенде с помощью устройства контроля 8 параметры электромагнитной обстановки используются для обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи на объекте и для повышения качества связи на основе выбора частот для каналов связи с максимальным отношением сигнал/шум.
Технико-экономический эффект от внедрения и использования имитационного стенда для испытаний и обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи на подвижном объекте по сравнению с аналогами и прототипом заключается в отработке мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости средств радиосвязи на стенде без использования ходовых испытаний объекта, что экономит несколько суток ходовых испытаний объекта и соответствующие материально-технические ресурсы, включая горюче-смазочные материалы. Кроме того, на стенде отрабатываются мероприятия, которые по результатам проведенных научно-исследовательских работ обеспечивают повышение надежности связи в KB и УКВ диапазоне с 0,5-0,7 до 0,9-0,95 и повышение вероятности обеспечения ЭМС средств радиосвязи с 0,6-0,8 до 0,95.