Лекція 20

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА СУМІСНІСТЬ І СПОСОБИ ЇЇ ДОСЯГНЕННЯ ПРИ КОНСТРУКТОРСЬКОМУ ПРОЕКТУВАННІ ЕЛЕКТРОННИХ АПАРАТІВ.

Як ми вже знаємо, основним принципом функціонування електронних апаратів є перетворення електромагнітних сигналів. Ці перетворення здійснюються як за рівнем самого сигналу (посилення, ослаблення), так і за частотою (розподіл і множення частот, змішувачі та перетворювачі частот). При цьому як всередині самого електронного апарату так і з його зовні виникають електромагнітні поля, певним чином взаємодіють один з одним. Згадаймо (хоча б з курсу фізики) як можна теоретично описати ці поля.

Основними такими рівняннями є рівняння Максвелла.

Перше. Рівняння, що визначає залежність вихору магнітного поля Н від щільності струмів провідності j і струмів зміщення dD / dt

(20.1)

де D - вектор електричної індукції; С - швидкість світла у вакуумі.

Друге. Рівняння, що виражає закон зміни індукції електричного поля при зміні магнітного поля:

(20.2)

Третє. Рівняння, що враховує відсутність магнітних зарядів:

div B = 0. (20.3)

Четверте. Рівняння, що зв'язує електричну індукцію D з щільністю розподілу зарядів r:

div D = 4pr. (20.4)

Ці рівняння доповнюються так званими матеріальними рівняннями поля:

D = eE, B = mH. J = sE, (20.5)

де e - діелектрична постійна; m- магнітна проникність; s - провідність середовища.

Теоретично, доповнюючи рівняння Максвелла певними граничними умовами і вирішуючи їх, можна визначити значення Е і Н для конкретних конструкцій електронних апаратів. Завдання аналізу електромагнітних полів в електронних апаратах можна розділити на внутрішні і зовнішні. Внутрішня задача формулюється так: потрібно знайти рішення рівнянь Максвелла в області V, обмеженої ззовні поверхнею /S/, що задовольняє на /S/ граничним умовам. Серед зовнішніх завдань найбільш поширеною і простою є завдання одержання заданих джерел у вільному просторі.

В реальних конструкціях ЕА проблема аналізу ускладнюється ще й тим, що електричні сигнали крім основного шляху мають і сторонні, не вимагаються за умовами роботи і як результат - додаткові паразитні зв'язку і взаємодії, які передбачити заздалегідь дуже складно, а іноді навіть і неможливо. Виникає проблема електромагнітної сумісності - проблема забезпечення працездатності ЕА або їх елементів при дії на них внутрішніх або зовнішніх випадкових, а іноді і навмисних перешкод.

При аналізі електромагнітної обстановки в цікавій для нас, частини простору завжди можна виділити джерело небажаного сигналу і приймач, на який він надає шкідливий вплив. Тоді ступінь шкідливого впливу небажаного сигналу на приймач можна кількісно оцінити величиною відносини:

n = Е_нс / Е_днс, (20.6)

де Е_днс - допустима величина енергії небажаного сигналу; Е_нс - енергія небажаного сигналу, що діє на вході «приймача».

На практиці, найчастіше використовується аналог цієї величини, так званий коефіцієнт переносу перешкод, який визначається як відношення максимального чинного напруги перешкоди на виході генератора (ІП) (з урахуванням його внутрішнього опору) до діючого значенню напруги перешкоди на вході приймача перешкод (ПП).

(20.7)

де Un - напруга перешкоди на ІП; Е_а - напруга перешкоди на ПП.

Відзначимо, що обидві діючих напруги визначаються в одній і тій же смузі частот і в загальному інтервалі часу дії перешкоди. Таким чином, еквівалентна схема впливу перешкоди на приймальний пристрій представляється складається з трьох елементів (рис. 20.1).

Рис.20.1

1 - джерело перешкод, 2 - елементи зв'язку джерела перешкоди з входом приймального пристрою 3 - приймальний пристрій.

У найпростішому випадку, коли елементом зв'язку джерела перешкоди з входом приймального пристрою є опір Z_c, то еквівалентна схема набуде вигляду (рис. 20.2).

Рис.20.2

Відповідно до рис. 20.1:

(20.8)

Аналізуючи отриманий вираз можна зробити наступні висновки: 1. коефіцієнт переносу перешкод не залежить від ЕРС джерела перешкоди і, отже, від її спектральних характеристик (це справедливо для всіх випадків, коли ланцюг перенесення є лінійною), 2. значення коефіцієнта перенесення зростає зі збільшенням Z_c і зменшенням Z_H в необхідному діапазоні частот, а це рівнозначно, по-перше заходам з придушення перешкод в місці їх виникнення, по-друге в тракті розповсюдження і по-третє, підвищення завадостійкості приймача перешкод.

Збільшення коефіцієнта переносу завжди обмежується матеріальними витратами і характеристиками електронних апаратів. Тому практична реалізація заходів щодо захисту від перешкод ведеться до досягнення деякого залишкового їх рівня, що забезпечує збереження співвідношення сигнал / шум в допустимих межах. Оптимальні вимоги до систем придушення взаємних та індустріальних радіоперешкод можуть бути отримані тільки на основі аналізу статичного матеріалу достатнього обсягу.

Тракт передачі перешкоди відрізняється від тракту радіозв'язку меншою протяжністю, різноманітністю та складністю структури, наявністю великої кількості випадкових елементів, що змінюють характер поширення перешкоди, можливість поширення кількома шляхами. Таким чином, в загальному вигляді, тракт перенесення перешкоди можна моделювати чотириполюсником зі змінними параметрами, зміна в часі яких може бути випадковим.

Найбільшу складність представляє аналіз тракту перенесення перешкоди, що поширюються шляхом безпосереднього їх випромінювання. В цьому випадку метод вирішення проблеми залежить від зони, в якій знаходиться приймач перешкоди: далека або ближня. При цьому необхідно підкреслити, що випромінювачами і прийомними антенами для взаємних та індустріальних радіоперешкод у багатьох випадках служать не власне антеннофідерні системи, а всілякі деталі й вузли конструкції електронних апаратів, мережі електроживлення, управління, сигналізації та ін.

Якщо характер випромінювача невідомий, то можна дати лише якісну оцінку, використовуючи загальні властивості джерела перешкод і враховуючи при цьому, що якщо еквівалентний випромінювач є електричним вібратором, то значенням магнітної складової можна знехтувати.

При відсутності можливості диференційованої оцінки складових за характером, величиною і простору, використовують більш узагальнену характеристику випромінювача: діючу висоту (площа) еквівалентної антени. Враховуючи явище спадної інтенсивності електричного поля в найближчій зоні в міру віддалення від випромінювача можна вважати:

, (20.9)

де а - коефіцієнт пропорційності та узгодження розмірностей; h_g - діюча висота прийомної антени; r - найкоротша відстань від антени до еквівалентного випромінювача; U_n - діюче значення напруги перешкоди що подається на випромінювач.

Електричне і магнітне поле в розповсюджуваної електромагнітної хвилі безперервно взаємно перетворюються. На рівних відстанях від випромінювача електричні й магнітні поля знаходяться в фазі і утворюють поверхню у вигляді сфери, звану хвильової поверхнею. Отже, поширювані в просторі електромагнітні хвилі є сферичними. При значному радіусі сфери невелика площадка на її поверхні може наближено вважатися плоскою. Тому в зоні випромінювання при незначних розмірах прийомних антен завжди оперують з плоскими хвилями, для яких відомі співвідношення між складовою поля.

Простір, в якому поширюється перешкода при випромінюванні, зазвичай не буває однорідним. Всі додаткові елементи змінюють умови розповсюдження, конфігурацію і розподіл поля. Тому точне рішення задачі є досить складним. Дуже часто в цих випадках вдаються до експерименту.

У загальному випадку при наявності на шляху поширення перешкоди з електричними параметрами відмінними від параметрів хвилі, електричне поле змінюється за рахунок вторинного поля, що розсіюється перешкодою. Практичне використання цих явищ для зменшення впливу перешкоди може мати місце як при наявності природних перешкод, що повинно враховуватися в конкретній обстановці, так і при застосуванні екранів.

Ослаблення перешкод, що поширюються в тракті перенесення шляхом випромінювання, можна також отримати використовуючи ефекти поляризації радіохвиль. Практика показує, що значного зменшення впливу джерела перешкод на приймач можна домогтися, орієнтуючи приймальню антену перпендикулярно випромінювачу і отримуючи тим самим найпростішу поляризаційну розв'язку. У деяких задачах проектування представляється доцільним використання різних матеріалів і середовищ розповсюдження радіохвиль для отримання поляризаційної розв'язки, так як відомо, що хвиля, яка пройшла з одного середовища в іншу не тільки відбивається і послаблюється, а й змінює свою поляризацію. З іншого боку, природні перешкоди не в однаковій мірі послабляють хвилі різної поляризації. Так, наприклад, при вертикальній поляризації невелике ослаблення викликає вертикальні перешкоди, а при горизонтальній - горизонтальні перешкоди. Ці явища майже завжди враховуються при проектуванні екранів.

Призначення та основні характеристики екранів

Електромагнітні екрани призначаються для локалізації в деякому обсязі простору полів створюваних випромінювачами електромагнітної енергії з метою ослаблення або виключення впливу випромінювачів на чутливі елементи електронних апаратів і апаратури в цілому. Залежно від призначення розрізняють екрани з внутрішнім збудженням електромагнітного поля в які звичайно поміщається джерело перешкоди та екрани зовнішнього електромагнітного поля, у внутрішній порожнині яких містяться чутливі до цих полях пристрої. У першому випадку екран призначений для локалізації поля в деякому обсязі, в другому для захисту від впливу зовнішніх перешкод. Екранування як технічний захід покликаний забезпечити надійність роботи електронних апаратів: придушити до необхідного рівня вплив ненавмисних випромінювань ЕЕ, що перешкоджають ефективному функціонуванню елементів електронних апаратів.

Дата добавления: 2014-01-07