План обеспечения электромагнитной совместимости при проектировании радиоэлектронного средства

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

Под электромагнитной совместимостью (ЭМС) радиоэлектрон­ных средств (РЭС) понимают способность радиоэлектронных средств одно­временно функционировать в реальных условиях эксплуатации с тре­буемым качеством при воздействии на них непреднамеренных радио­помех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлек­тронным средствам.

В проект разрабатываемого РЭС рекомендуется включать специальный раздел, подробно излагающий пути выполнения требований межсистемной и внутренней ЭМС – план обеспечения ЭМС (ПОЭМС). Он составляется на основе действующих технических условий, стандартов, норм, правил и других документов и определяет программу обязательных работ, проведение которых обеспечит в последующем высокую надежность работы данной аппаратуры при допустимом запасе на ЭМП. При этом в ПОЭМС следует указывать возможные отклонения от установленных требований, если они технически оправданы.

Ранее такие требования к аппаратуре не предъявлялись. Однако опыт показал, что при современной насыщенности электронной аппаратурой это необходимо, причем на выполнение требований к ЭМС расходуется 5-10% стоимости радиоэлектронной аппаратуры [1].

В настоящее время в контракт (договор) на поставку аппаратуры обязательно включаются пункты, оговаривающие санкции за отсутствие ПОЭМС или несоблюдение его требований. Так, например, если разработчиком не предусмотрены все необходимые меры для того, чтобы данное устройство обеспечивало нормы на электромагнитные помехи (ЭМП) при работе в системе, заказчик должен составить рекламацию на невыполнение соответствующих требований.

Для надзора за выполнением ПОЭМС основная роль отводится специалистам по контролю ЭМС, обязанность которых заключается в обеспечении точного соблюдения установленных методов и принципов контроля. При этом в ПОЭМС указываются их права и обязанности, а также оговаривается необходимость организации повышения квалификации и регулярной консультативной помощи в вопросах ЭМП и ЭМС.

Монтаж и установку подсистем (компоновку комплекса) следует выполнять персоналу, компетентному в вопросах ЭМС.

В ПОЭМС рекомендуется ввести следующие разделы, порядок освещения которых не регламентируется.

Основные сведения. Обоснование ПОЭМС, его назначение, сфера действия, используемые ТУ, нормы, стандарты, термины, определения, аббревиатуры и т.д.

Руководство работами и ответственность. Схема организации и план-график работ, подразделения и ответственные исполнители по отдельным устройствам; организация контроля ЭМС; возможности и обязанности субподрядчиков; план организации семинаров повышения квалификации.

Основные параметры ЭМС. Выделенные рабочие частоты для данного устройства или системы; мероприятия по ограничению рабочего диапазона частот; полоса пропускания приемника; опорные частоты и гармоники генераторов; обоснование формы применяемых импульсов, крутизны их фронта и спада, скважности; спектр излучения передатчиков, минимизация мощности излучения и подавления его паразитных компонентов; восприимчивость отдельных узлов устройства.

Монтаж. Монтажная схема; прокладка и разнос силовых и сигнальных кабелей и цепей; принципы кабельного экранирования.

Данные об отдельных устройствах и узлах. Типовые элементы, узлы, блоки; методы заземления; обоснование применяемых фильтров и их характеристики; взаимное расположение и разнос блоков с учетом ориентации электромагнитных полей; критичность с точки зрения ЭМС отдельных узлов, их экранировка и изоляция.

Конструкция и ее влияние на уровень ЭМП. Выбранные при проектировании металл, тип литья, характер покрытия, габариты, секционность конструкции, методы установки и размещения узлов; устройства вентиляционных проемов и отверстий.

Дополнительные данные, обусловленные специфичностью РЭС. Полная частотная матрица всех рабочих частот приемников, гетеродинов, передатчиков; оценка влияния потенциальных источников внутрисистемных электромагнитных помех (ВЭМП) – мультивибраторов, коммутаторов, генераторов синхросигналов, стробимпульсов и т.д.; оценка степени взаимного влияния подсистем РЭС, в состав которого входит более двух антенн, и рассмотрение способов снижения этого влияния.

Методики и программа измерений характеристик ЭМС. Составляется на основе действующих стандартов и правил. Основное содержание ПОЭМС конкретизируется двумя примерами – для относительно простого устройства, не удовлетворяющего требованиям военного ведомства, и сложного комплекса.

Рассмотрим план обеспечения ЭМС простого устройства на примере двухканального радиометрического приемника с высокой чувствительностью (–165 дБм), что обусловливает весьма жесткие требования к допустимым границам восприимчивости [2].

Конструкция и ее влияние на уровень ЭМП. Наружный кожух для размещения оборудования необходимо проектировать цельносварным, из металла с хорошей проводимостью, что обеспечит экранирование и изоляцию от внешних электромагнитных полей, а также позволит уменьшить уровень собственного излучения. Для уплотнения дверки в кожухе приемника используется зазубренная пружина на штифтах пли, что более предпочтительно, проволочная плетеная прокладка. Для ремонта или подстройки предусматриваются окна. Если вал управления проходит внутрь кожуха, то длину втулки следует выбрать такой, чтобы втулка служила предельным волноводом. Любое покрытие (покраска, грунтовка и т. д.) на соприкасающихся металлических поверхностях устраняется. Это обеспечит падежный электрический контакт. Для экранирования отверстий, в которых установлены шкалы индикаторов, счетчики и т. д., используется металлическая сетка. Рекомендуется избегать использования токопроводящего стекла.

В качестве экрана для вентилятора используется металлическая сетка. Неиспользуемые соединительные гнезда должны закрываться колпачками.

Цепи питания. Поскольку линия питания переменного тока действует одновременно как среда передачи энергии от сети и как приемная антенна, на входе силовых кабелей необходимо обеспечить фильтрацию. Фильтр следует установить сразу же после ввода кабеля в кожух приемника. Емкость фильтра должна выбираться с учетом полной нагрузки цепи питания (и том числе контрольно-измерительными устройствами).

При этом падение линейного напряжения не должно превышать 2%. Частота среза фильтра должна быть по возможности ниже. Фильтр на входе силовой линии должен обеспечить на промежуточной частоте (ПЧ) приёмника затухание не менее 90 дБ. Вследствие очень высокой чувствительности приемника после фильтра необходимо обеспечить дополнительную развязку от помех из силовой сети. Так, например, импульсы, обусловленные возможными переходными процессами в силовой сети, или помехи, формируемые близко работающими электродвигателями, проникающие в оборудование через эквивалентную приемную антенну, могут быть причиной появления пиков мощности порядка 100 Вт (+50 дБм). Так как эффективное подавление переходных помех, паразитных сигналов и других видов ЭМП при помощи фильтров обычно не превышает 100 дБ, необходимо использовать развязывающий трансформатор с электростатическим экраном.

В проекте размещения монтажных проводов следует предусмотреть полное разделение слаботочных цепей (управляющих и контрольных сигналов) и цепей питания. Цепи питания по постоянному и переменному току выполняются в виде скрученных экранированных пар проводов. В этом случае переходные помехи существенно уменьшаются из-за уменьшения уровня паразитных магнитных полей и исключения общих цепей по «земле». Экран для силовых вводов должен заземляться на обоих концах. Слаботочные цепи необходимо экранировать, выполнять коаксиальным кабелем и заземлять на обоих концах цепи.

Все монтажные пересечения должны проходить только под прямым углом. Для обеспечения электростатической развязки внешние шланги монтажных проводов нужно экранировать и заземлять на обоих концах цепи. Как для сигнальных, так и для силовых выводов в качестве обратного провода нельзя использовать экран или заземление.

Входные цепи приемника. Рассматриваемый приемник может использоваться как в лабораторных, так и в полевых условиях. При этом напряженность поля помех в диапазоне 3–300 МГц может достигать порядка 10 В/м. Если затухание, вносимое внешним кожухом приемника, составляет 100 дБ, то внутри приемника напряженность поля достигнет 100 мкВ/м (40 дБмкВ/м). С учетом примерного значения антенного эффекта AF = –40 дБ на силовые кабели, кабельные вводы или отдельные элементы конструкции этим полем может наводиться напряжение порядка 0 дБмкВ (–107 дБм) при входном сопротивлении приемника 50 Ом). Таким образом, на входе приемника необходимо обеспечить подавление помех в этом диапазоне не менее чем на 60 дБ (например, с помощью ФНЧ).

В трактах ПЧ приемника трудно обеспечить подавление побочного излучения гетеродина более чем на 100 дБ. При мощности сигнала от гетеродина на входе первого преобразователя частоты порядка нескольких милливатт соответствующий уровень высокочастотного (ВЧ) сигнала должен быть более –100 дБм. Сравнивая это значение с возможным уровнем проникающего паразитного излучения, получаем, что в предварительном усилителе необходимо обеспечить усиление полезного сигнала не ниже 60 дБ при подавлении побочного приема порядка 70, а еще лучше 80 дБ. Кроме того, для защиты от проникающего излучения от РЛС необходимо одновременно обеспечить подавление мешающих сигналов на 100 дБ.

Измерения ЭМП. При измерениях ЭМП на стадиях макетирования и лабораторных экспериментов приемник необходимо помещать внутри экранированной камеры. Все работающие поблизости энергосиловые установки и электромоторы вызывают скачки напряжения электрической сети, которые искажают результаты измерений. Надо учесть близко расположенные радиовещательные и телевизионные передатчики. Необходимо предусмотреть экранирование камеры со следующими габаритами: высота 2,5 м, ширина 2,5 м, длина 4 м.

Литература:

1. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. / Под. ред. А. И. Сапгира; Сов. радио, М, 1978. 272 с.

2. Обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. / Под. ред. Смирнова В. В. Балт. гос. техн.ун-т. – СПб., 2008. – 111 с.