Конструкторско-технологические аспекты обеспечения ЭМС при разработке РЭС

УДК 666

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ЭМС ПРИ РАЗРАБОТКЕ РЭС

М.А. Ромащенко

В статье рассматриваются общности и различия при системном подходе к анализу проблемы обеспечения электромагнитной совместимости. Дан краткий обзор основных конструкторско-технологических аспектов задачи обеспечения электромагнитной совместимости при разработке РЭС

Ключевые слова: электромагнитная совместимость, конструирование, технология, качество

Системный подход к анализу комплексной и многоплановой проблемы обеспечения ЭМС

различных технических средств позволяет выявить общность подобных задач и существующие различия.

Общность проявляется в методологии анализа ЭМС, заключающейся в выявлении источников помех, определении амплитудно-частотных и временных характеристик помех, оценки ЭМО и путей распространения помех, установлении восприимчивости аппаратуры и, в конечном счете, определении обеспеченности ЭМС по

соответствующим критериям. Общность проявляется и в классификации НЭМП, относящихся главным образом к индустриальным помехам. Различие заключается в характере действия помех и обусловлено наличием или отсутствием частотной избирательности в РЭС, вследствие чего

восприимчивость к широкополосным и узкополосным помехам может различаться. Различие состоит также в том, что для функционирования некоторых РЭС используются радиоволны, несущие сигналы, а некоторые преобразует сигналы к новому виду. Также РЭС может представлять совокупность радиоустройства и средств вычислительной техники (ВТ) или ЭВМ для обработки принятого сигнала. В этом случае проявляется общность, поскольку необходимо обеспечение ЭМС каждой части этой совокупности независимо от того, объединены ли эти части конструктивно.

Процесс разработки аппаратуры можно условно разделить на три основных этапа -системотехнический, схемотехнический и конструкторско-технологический. Значительная общность обнаруживается на конструкторско-технологическом этапе разработки РЭС. Общими здесь являются методы помехозащиты с помощью экранирования, фильтрации помех и рационального по критериям ЭМС выполнения монтажных соединений и цепей заземления, способы ослабления помех от источников вторичного питания и принципы компоновки элементов и узлов аппаратуры, обеспечивающие снижение уровней внутренних помех. [1]

Ромащенко Михаил Александрович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (4732) 43-77-06, e-mail: muratovav@kipr.vorsu.ru

В связи с изложенным целесообразно систематизировать в общем виде конструкторско-технологические аспекты разработки РЭС.

Экранирование. Выбор материала экрана и выявление требований к конструкции экрана на основе знания структуры помехонесущего поля и теории поля в ближней и дальней зонах распространения; анализ принципа действия экрана на основе теории поля и радиотехнических цепей и расчет характеристик ЭМС, а именно эффективности экранирования (расчет потерь на отражение и поглощение энергии) с учетом отверстий в экране и влияния переходных контактов конструкционных соединений - стыков, спаев и уплотняющих прокладок; определение эффективности

экранирования многослойными экранами; определение эффективности экранирования

функциональных узлов аппаратуры, в том числе микросборок; определение эффективности

экранирования проводов, витых пар проводов,

кабелей, в том числе коаксиальных, соединителей и пр. на основе теории емкостных и индуктивных связей. Реализация практических рекомендаций по конструированию экранов, способам их заземления, применение уплотнителей и пр. Реализация технологических мероприятий, обеспечивающих стабильность эффективности экранирования, в том числе конструкционными соединениями, при длительном воздействии факторов окружающей

среды. Методы контроля качества и надежности действия экранов при оценке эффективности

экранирования.

Фильтрация помех. Выявление требований к фильтрации кондуктивных помех, создаваемых источниками питания; анализ принципов построения фильтров с учетом их конструкторско-

технологических особенностей и требований к эффективности фильтрации как к характеристике ЭМС, а именно вносимого затухания в функции частоты; расчет эффективности фильтрации помех различными типами помехоподавляющих элементов и фильтров; выбор фильтра для конкретных случаев применения с учетом его электрических и конструкторско-технологических характеристик и обоснования выбора типового и нетипового фильтра; выбор миниатюрного фильтра и фильтра, встроенного в разъем; определение особенностей конструкторско-технологического характера

антенных фильтров - отражательных и поглощающих. Реализация практических рекомендаций по конструированию фильтров различных типов, способам обеспечения требуемых характеристик фильтров, способам их экранирования и заземления. Реализация технологических мер по поддержанию стабильности характеристик фильтров при длительном воздействии факторов окружающей среды. Применение методов измерения характеристик ЭМС фильтров и контроля качества их изготовления.

Заземление. Определение электрических и конструкторских требований к системе заземления как к цепи распространения помех на основе знаний особенностей защитного и высокочастотного заземления РЭС. Определение характеристик ЭМС заземления, а именно импедансов шин заземления, перемычек и металлизации с учетом возможных способов их минимизации и конструкторско-технологического исполнения; выбор схемы заземления из вариантов одноточечного, многоточечного и гибридного типов; обоснования применения изолирующих трансформаторов, разделения цепей заземления, выбора схемы заземления источников электропитания и др. Реализация практических рекомендаций по конструированию цепей заземления и технологических мероприятий по поддержанию стабильности их параметров при влиянии факторов окружающей среды. Применение методов измерения характеристик цепей заземления и контроля их параметров в эксплуатации.

Монтажные соединения. Определение путей проникновения помех в монтажных соединениях на основе теории емкостных и индуктивных связей; расчет параметров линии передачи сигнала и помех с учетом возможных искажений сигнала в зависимости от быстродействия и степени рассогласования импедансов цепей; анализ электрически длинных и коротких линий и причин возникновения помех отражения. Проведение классификации монтажных соединений: кабели, провода, скрученные пары, печатный монтаж, разъемные и неразъемные соединения, экранированные соединители, гибкие монтажные соединения, стежковый монтаж и пр.; расчет влияния помех в некоторых видах монтажных соединений. Разработка методов проектирования помехозащищенных печатных плат - однослойных и многослойных; учет требований

помехозащищенности печатного монтажа при использовании САПР печатных плат. Разработка рекомендаций по конструированию рационального внутрисистемного и внутриаппаратурного монтажей. Реализация рекомендаций по конструированию монтажных соединений с учетом их ЭМС и поддержанию стабильности параметров монтажа при влиянии факторов окружающей среды.

Перечисленные конструкторско-

технологические аспекты усложняются из-за необходимости учета характеристик ЭМС

элементной базы. [2]

Элементная база. Выявление взаимосвязи между характеристиками ЭМС РЭС и характеристиками ЭМС радиокомпонентов. Определение требований к характеристикам ЭМС помехоподавляющих элементов (конденсаторов, катушек индуктивностей, диодов), высокочастотных транзисторов, тиристоров, электровакуумных приборов, микросхем, микросборок и пр. Определение параметров быстродействия и инерционности, а также частотных характеристик элементной базы. Учет процессов образования импульсов внутренних помех в цепях питания, вызванных коммутацией цифровых микросхем, и оценка степени восприимчивости микросхем к таким помехам; оценка восприимчивости микросхем общего и частного применения к внешним помехам (частотные и амплитудные характеристики ЭМС); характеристики статической и динамической помехоустойчивости цифровых микросхем. Реализация рекомендаций по учету характеристик ЭМС элементной базы при конструировании микросборок, печатных плат, узлов и блоков РЭС.

Отмеченные конструкторско-технологические аспекты разработки РЭС можно проиллюстрировать задачей обеспечения ЭМС РЭС при конструировании источников вторичного электропитания (ИВЭ) и средств ВТ. В качестве примера можно отметить задачу обеспечения помехозащиты РЭС от ударов молнии, поскольку ее конструкторские аспекты недостаточно освещены в литературе.

Источники вторичного электропитания. Анализ принципов построения ИВЭ как источников индустриальных помех и оценка факторов, определяющих характеристики ЭМС ИВЭ. Особенности построения ИВЭ импульсного типа и способы снижения создаваемых ими помех за счет рациональной компоновки элементов,

экранирования, фильтрации и качественного монтажа элементов и цепей заземления. Методы контроля характеристик ЭМС ИВЭ с целью оценки его качества. Учет требований к качеству электроэнергии. Методы помехоподавления в контактных устройствах, используемых в цепях электропитания; основные схемоконструкторские решения, обеспечивающие помехоподавление.

Средства ВТ. Учет особенностей ЭМО в местах эксплуатации средств ВТ; виды внешних помех и статистика помех. Пути влияния внешних помех по цепям питания, информационным линиям связи и через недостаточную экранировку элементов аппаратуры. Конструкторско-технологические

способы помехозащиты: рекомендации по

помехозащите внешних соединений, экранированию узлов и блоков аппаратуры и фильтрации помех в цепях питания. Характеристики ЭМС ЭС, в том числе восприимчивость ЭС и ее составных частей. ЭС как источник помех и требования к допустимым уровням помех от ЭС. Особенности обеспечения ЭМС микроЭВМ и микропроцессоров, электронных блоков роботов, технологического оборудования

(станков с ЧПУ). Анализ причин возникновения внутренних помех в средствах ВТ и влияние помех на выполнение вычислительных операций, работу дисплеев и графопостроителей. Способы

помехозащиты линий связи - проводных, кабельных, печатных и волоконно-оптических; влияние помех отражения в зависимости от степени быстродействия; способы помехозащиты и подавления помех от электродвигателей, реле и электронных ключей; обеспечение помехозащиты логических элементов, накопителей информации, устройств ввода-вывода информации. Причины возникновения помех от статического электричества и меры по исключению влияния таких помех в средствах ВТ.

Защита от молнии. Анализ необходимости защиты РЭС от ударов молнии. Характеристики прямых и непрямых ударов молнии, представляющих собой пример мощных ЭМИ. Эффект действия ЭМИ на РЭС и расчетно-экспериментальные методы оценки помехозащищенности РЭС. Оценка помехозащищенности радиокомпонентов

(транзисторов, микросхем и др.) во входном тракте РЭС; конструкторские решения по защите от молнии РЭС в наземных сооружениях, подвижных службах, летательных аппаратах; общие рекомендации по проектированию защищенных от мощных ЭМИ аппаратов; пример схемотехнического и конструкторского решений задачи защиты телевизионного приемника от ударов молнии. Разработка рекомендаций по методике испытаний на

защищенность от ЭМИ и по контролю качества защиты РЭС от ударов молнии.

Задача защиты от молнии обострилась при использовании во входных трактах РЭС транзисторных микроузлов. Особое значение она имеет для летательных аппаратов, поскольку связана и с защитой от излучений мощного наземного радиопередатчика при полете на близком от него расстоянии. Это приводит к необходимости контроля параметра электромагнитной безопасности РЭС, характеризующего в заданной полосе частот максимально допустимый уровень электромагнитной помехи, при превышении которого возникает опасность выхода из строя аппаратуры. Контроль такого параметра и меры по блокированию (защиты) входного тракта РЭС должны быть автоматизированы. [3]

Литература

1. Конструирование радиоэлектронной и электронновычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости / А. Д. Князев, Л.Н. Кечиев, Б.В. Петров. М.: Радио и связь, 1989. 224 с.

2. Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. М.: ИД «Технологии» , 2003. 540 с.

3. Князев А. Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1984. 336 с.

Воронежский государственный технический университет

THE DESIGN AND TECHNOLOGICAL ASPECTS OF THE MAINTENANCE ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY RADIOELECTRONIC MEANS

M.A. Romashchenko

In article are considered a generality and distinction at the system approach to the analysis of a problem of maintenance of electromagnetic compatibility. The short review of the basic design and technological aspects of a problem of maintenance of electromagnetic compatibility is given by working out radioelectronic means

Key words: electromagnetic compatibility, designing, technology, quality

Служебный адрес - 39402б, Воронеж, Московский пр-т, 14, ВГТУ, кафедра КИПРА. Тел - 43-77-0б

Домашний адрес - 394053, Воронеж, Московский пр-т, д.95, кв.42, Ромащенко М.А. Тел - бб-89-92