Обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств на основе оптимизации частотного ресурса и местоположения приёмного центра

А.Г.Зверев

Обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств на основе оптимизации частотного ресурса и местоположения приёмного центра__

...

Введение. Решение задач обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС) актуальна для объектов с высокой степенью концентрации этих средств на небольших площадях, например, для аэропортов, Решение этих задач позволит повысить эффективность радиотехнических систем связи, радиолокации и радионавигации и, в частности, повысить надёжность радиосвязи с самолетами, а, следовательно, и безопасность полётов. Важность решения этих задач для аэропорта Иркутск показывает анализ результатов работ [1,2]. Известный подход к решению проблемы ЭМС заключается в правильном выборе рабочих частот и удалении передающего и приемного радиоцентров [3], Однако для успешного решения вопросов взаимодействия этих центров их удаление должно быть оптимальным, т.е. не превышать минимально необходимого расстояния. Решение задач оптимизации частотного ресурса затруднено ввиду большого числа вне-полосных комбинационных составляющих спектра внепо-лосных излучений радиопередатчиков [4].

Цель работы - анализ результатов измерений в условиях нарушения ЭМС РЭС и обоснование методик оптимизации частотного ресурса и местоположения приемного центра.

Для достижения этой цели решены следующие задачи: 1) разработана методика выбора рабочих частот РЭС в заданном частотном ресурсе для уменьшения вероятности возникновения эффекта интермодуляции; 2) разработана и экспериментально проверена методика расчета напряженности поля радиопомех для различных удалений от передатчиков УКВ диапазона; 3) показано влияние широкополосного шумового излучения и 2-й гармоники радиолокатора на спутниковую радиосвязь.

• Определение рабочих частот РЭС в условиях интермодуляции

В работе [2] на основе анализа наблюдений выявлена причина нарушения радиосвязи диспетчер-самолет, обусловленная эффектом интермодуляции излучений радиопередатчиков, расположенных на передающем радиоцентре, С целью уменьшения вероятности появления этого эффекта необходимо определить частоты (выявляются частоты), для которых возможна интермодуляция третьего порядка. Эти частоты удовлетворяют равенствам

2/я ~~./р — /о ?

IБ + /г ~ /р ~ /в> где /е , , - рабочие частоты передатчиков. Затем нумеруем эти частоты в порядке возрастания, /, < /2 < .« < Л <.....< Л • используем выражение

(1) и составляем таблицу 1:

Таблица 1

Сопоставляя числа столбцов в таблице 1 от 1-го до (п-1)-го между собой, выявляем равенства, соответствующие пораженным интермодуляцией частотам:

Таким образом, предлагаемая методика позволяет определять частоты, подверженные интермодуляции 3-го порядка, что важно для решения задач планирования частотного ресурса приемо-передающих радиосредств, в том числе при создании новых радиосетей.

Номера частот для определения каналов, пораженных интермодуляциеи

N п/п Частота 1 2 3 4 п-3 п-2 п-1

канала N5 Ыг+Ыз Ы3+!Мд ^п-З+.НЗл Мп-2+Ма..

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 Л № 2Ы2

3 Л Ыг+Ыз 2Ы3

4 А N4 N2+N4 N3-^4 2Ы4

п-3 Ип-З Ыз+Ып-з Мз+Мп-э N4+N0-3 2Мп_з

п-2 /п-2 N0-2 М2+Мп.2 N3+^.2 Г\Ц+1Чп-2 2ГМг2

п-1 Л-1 Мп-, N2+Мп-1 Мз+Мп-1 Мгь2+К|П-1 2МГИ

п Л Мп N2+^ Ия+Ып ^з+Ып

2. Измерение напряженности поля шумовых радиопомех

Для оптимизации местоположения приемного центра необходимы прогнозы уровней внешних шумопо-добных радиопомех, а также прогнозы уровней широкополосных шумовых излучений радиопередатчиков [4]. Однако более надежное решение этой задачи возможно на основе измерений напряженностей поля таких источников шумовых помех. С этой целью выполнены измерения спектров излучения радиопередатчика «Фазан Р5» мощностью 5 Вт, используемого в системе управления воздушным движением для аэропорта «Иркутск». Применялось поднятое на высоту 12 м антенное устройство SIRIO с вертикальной поляризацией, работающее в диапазоне частот 108-136 МГц. Эта антенна представляет собой согласованный с передатчиком несимметричный вибратор длиной четверть волны.

Для измерений использовался анализатор спектр NEX1 Future NS-265, работающий в диапазоне частот 9 кГц - 26.5 ГГц с полосой пропускания фильтров 1кГц, подключённый к четвертьволновому вибратору с высотой подъёма 3.5 м, согласованный с измерительным прибором. Частотные зависимости напряженностей поля внешних радиопомех и уровней излучений передатчика измерялись на расстоянии 500 метров от излучающей антенны.

Нижняя изломанная кривая на рис.1 соответствует результатам измерений, полученным при отсутствии излучения передатчика, и показывает результаты измерений напряженностей поля внешних помех. С учётом логарифмической шкалы прибора и действующей длины антенны среднее значение напряжённости поля внешних радиопомех составляет 1.4 мкВ/м,

Верхняя кривая на рис. 1 дает средний уровень суммы шумового внеполосного излучения передатчика и шумовой внешней помехи. В данном случае этот суммарный уровень составляет 4 мкВ/м. Полоса частот соответствует спектру излучения в основной полосе излучения передатчика. Так как суммируются мощности шумов, пропорциональные квадратам напряжённости поля, то передатчик создаёт шумовое излучение с напряжённостью поля 3.7 мкВ/м,

NFX1 Tufa-e НЗ-?вО Tfw Mar 23 11\?8 68 ?008 - «—«««•

—--^-жг-^^ттг—жсл—поьоис mhz—

84.1 dBuV LOG 10 dB/ В t» 66,62 dBuV

few»» 50.00 kte «W i kHz _tin ti

" " _ ..........JFG W.-.V

Рис.1. Результаты измерений спектров

Анализ приведённых на рис. 1 данных подтверждает целесообразность использования критерия оптимизации местоположения приёмного центра, предложенного в работе [4]. Согласно этому критерию удаление приемного центра должно обеспечивать близость средних значений для верхней и нижней кривых, соответствующих шумовым помехам на рис.1. Поэтому необходимо уменьшить напряжённость поля шумового излучения передатчика до 1.4 мкВ/м, для чего согласно рекомендациям [4] достаточно удалить приёмный центр на расстояние 500x3.7/1.4=4300 м от передающего центра.

3. Влияние внеполосных излучений радиолокатора на спутниковую радиосвязь

В работе [1] экспериментально показано ухудшение отношений сигнал/помеха для земных станций спутниковой связи (ЗСС) в период работы обзорного трассового радиолокатора (ОРЛ-Т). В данной работе выполнен анализ причин этого эффекта на основе данных таблицы 1. С этой целью рассмотрим характеристики приёмо-передающего устройства ЗСС АИАБАТ Апасот, которое имеет мощность 0,63 Вт, частоту излучения 6400 МГц и частоту приёма 4075 МГц. Полоса пропускания фильтра входного каскада ЗСС составляет 300 МГц. Отношения сигнал/помеха измерялись с помощью модема спутниковой связи БОМ-ЗООА. В состав ОРЛ-Т входит 5 передатчиков (2980, 2830, 2710, ЗОЮ, 3100 МГц) с мощностью излучения в импульсе 1 МВт. Радиолокатор излучает последовательности радиоимпульсов прямоугольной формы с длительностью 1 мкс и частотой повторения 375 Гц.

Таблица 2

Результаты измерений отношений сигнал/шум

Переда тчик № Рабочая частота, МГц ЗСС Братск ЗСС Ирк тс:<

Отношение сигнал/помеха, дБ Причина помехи от РЛС Отношение сигнал/помеха, дБ Причина помехи от РЛС

От ЗСС На ЗСС ! На ЗСС

1 »80 12,2 8,9 Шунсвое изд. 11,7

2 2710 12,4 3,1 Шумовое изл 11,В

3 ЗОЮ 12,2 1 Шумовое изл 11,9

4 3100 9,1 8 2я-гармониха 11,9

5 2830 12,1 12,7 Шумовое изл 11,9

1.2 2980,271 Б ,9 Шумовое юл 11,9

1,2,3 2980,2710,30 1 0 6,7 Шумовое изл 8,1 Шумовое изл

1,2,3,4 2980,2710,3010,3100 6/ Шумовое изл 7,7 Шумовое изл

Включены передатчики 1-5 6,8 BJ5 Шумовое изл

Радиолокатор выключек 12,3 12

ОРЛ-Т находится на расстоянии 25 м от антенны ЗСС. При вращении антенны излучение локатора периодически попадает в приёмный тракт ЗСС. Значения отношений сигнал/шум фиксировались модемами ЗСС в Иркутске и Братске. Показания средств измерения модемов ЗСС снимались при поочередно включаемых передатчиках локатора, затем при 2-х, 3-х, 4-х и всех работающих передатчиках. Анализ приведённых в таблице 2 результатов показывает, что ухудшение отношений сигнал/помеха объясняется влиянием широкополосного шумового излучения ОРА-Т, а также 2-й гармоники ра-

диоизлучения его 4-го передатчика, частота которой 6200 МГц. Ухудшение отношения сигнал/шум на ЗСС в Иркутске при работе 3-х и более радиопередатчиков ОРЛ-Т обусловлено воздействием шумового излучения ОРД-Т на приёмо-передающий тракт ЗСС Братск.

Заключение. Таким образом, анализ приведённых выше результатов показывает возможности решения проблемы ЭМС РЭС на основе: 1) оптимизации рабочих частот, что позволит исключить помехи, обусловленные эффектами интермодуляции и 2-ой гармоникой излучений радиопередатчиков; 2) оптимизации местоположения приёмного центра, что позволит исключить помехи из-за шумовых излучений передатчиков.

Библиографический список

1. Агарышев А.И., Зверев А.Г. О влиянии ближнего поля радиолокатора на спутниковую Радиосвязь. - Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем: Труды Четвёртой Всероссийской научно-практической конфе-

ренции (с участием стран СНГ). - Ульяновск: УлГТУ, 2004. -С.108-111.

2. Зверев А.Г., Агарышев А.И. Вопросы электромагнитной совместимости радиолокатора и спутниковой радиостанции. -Современные проблемы радиоэлектроники: Сборник научн. тр. I Под ред. А.И. Громыко, А.В, Сарафанова. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. - С. 56-60.

3. Петровский В,И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств, - М.: Радио и связь, 1986. - 216 с.

4. Агарышев А.И., Зверев А.Г., Емельянова О.В Возможности решения проблем электромагнитной совместимости для аэропортов гражданской авиации при использовании вынесенного приемного центра. Современные проблемы радиоэлектроники: Материалы 5 Межвузовской научно технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной Дню Радио,-Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006 - С. 18-27.

Статья принята к публикации 21.05.07

В.И.Муратов

Об электромагнитной и акустической эмиссии частич-ных разрядов в изоляторах _

На осциллограммах частичных разрядов

иГъ

т

Сх Сд

Свкл

Кизм 50

Рис.1. Эквивалентная схема частичного пробоя в диэлектрике

где Сх - ёмкость изолятора (примерно 30 пф), СВКЛ1 -ёмкость пробиваемого включения, и Сд - активное сопротивление и ёмкость, взаимодействующая с разрядным промежутком, то можно, анализируя данные измерений тока, протекающего по (?изм, ближнего электромагнитного поля, излучаемого пробойным промежутком, и угол запаздывания, рассчитать значения емкости вклю-

чения, сопротивления, линейные размеры промежутка, напряжение и энергию пробоя.

Электрическое поле измеряется антенной с действующей высотой 0,05м на расстоянии 0,3 м от изолятора. Напряженность поля определяется формулой

Е=л 1 ,,

Аксореаг

где I - амплитудное значение тока разряда конденсатора Свкл:

шр - круговая частота напряжения, генерируемого

ЧР;

еа - диэлектрическая проницаемость воздуха,-г - расстояние от антенны до изолятора. Ток разряда можно вычислить, полагая, что пробой происходит за полпериода высшей гармоники

2С О

вкл пр

Длина пробойного промежутка определяется как / ЕАя2бУ

итСОБ<рС1

Анализируя экспериментальные данные, представленные на рис.2, получаем следующие результаты:

I = 610>], ипр = 120 В, Свкд = 1,5-10"9ф, У/ = 11-Ю"6 Дж, Р =1100 Вт, О = 180-10"9 Кл.