Методика испытаний восприимчивости приёмника к ЭМП

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 17 страниц, 3 рисунка, 1 таблицу и 1 расчетное задание.

В данной работе я рассмотрено методику испытаний а именно, испытаний приёмника к ЭМП по каналам побочного приёма. Так же рассмотрено эффект блокирования в радиоприёмниках.

     ИСПЫТАНИЯ, ПРИЁМНИК, ТРЕБОВАНИЯ, ЭМП, БЛОКИРОВАНИЕ. 
СОДЕРЖАНИЕ

1.ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ  ИСПЫТАНИЙ

   2.1 Измерение параметров ЭМС радиопередатчиков

3.ЭФФЕКТ БЛОКИРОВАНИЯ  В РАДИОПРИЁМНИКАХ

3.1 Влияние малошумящего усилителя (МШУ) по шумам  на чувствительность радиоприемника

РАСЧЕТНАЯ ЗАДАЧА

ВЫВОД

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

ВСТУПЛЕНИЕ

     Проведение  работ  по испытаниям  для обеспечения  ЭМС -  это  совокупность большого  количества  радиоизмерений,  являющаяся  сложным  и  трудоёмким процессом.  Качество  и  достоверность  измерений  базируется  на  методическом  обеспечении  и  на  комплексе  приборной  базы,  обеспечивающей  многократное гарантированное  воспроизводение  результатов  измерений. 

Основу  методического обеспечения  составляет  нормативно-техническая  документация  (стандарты  и нормы),  которая  должна  быть  научно  обоснованной.  Достоверность  и повторяемость  результатов  измерений  в  прямой  зависимости  от  качества применяемой измерительной техники.

Идеальный с точки зрения ЭМС радиоприемник должен иметь только один основной канал приема – т.е. полосу частот, предназначенную для приема основного излучения нужного РЭС. Однако в реальных супергетеродинных приемниках кроме основного, имеются также и нежелательные неосновные каналы приема, расположенные вне полосы частот основного канала приема. Поэтому помеховые сигналы могут поступать на выход приемника как через основной, так и через неосновные каналы приема.

Воздействие интенсивных помех на вход радиоприемника оказывает влияние на прием полезного сигнала даже в том случае, если помехи не попадают в основной и побочные каналы приема, вследствие возникновения нелинейных эффектов в тракте приемника. Одним из таких эффектов является блокирование, приводящее к уменьшению отношения сигнал/шум на выходе радиоприемника и, следовательно, к ухудшению его чувствительности. Блокирование обычно рассматривается в рамках проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств.

В данной работе будет рассказано о методике испытаний восприимчивости приёмника к ЭМП по каналам побочного приёма. Так же будет рассмотрен эффект блокирования в радиоприёмниках.

1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ

Существуют два основных вида испытаний радиоэлектронных средств:            1)полевые испытания в открытом пространстве — измерения ДН антенн, характеристик крупногабаритных изделий и ЭМП внутри системы;

2) испытания относительно малогабаритных изделий в ограниченном пространстве экранированного помещения. Важнейшим фактором, который необходимо учитывать, является воздействие внешних помех из окружающего пространства на испытуемое изделие и измерительную аппаратуру.

В любом случае каждое испытание может привести к неудовлетворительным результатам, если не приняты необходимые меры предосторожности

Чтобы уменьшить влияние отраженных волн, испытания следует проводить на местности без значительных наземных препятствий для радиоволн и в пределах ± 45° ДН измерительной антенны или ± две ширины ее основного лепестка. Желательно также, чтобы растительный покров местности способствовал поглощению отраженной волны от земли и наземных препятствий. Площадка для измерений должна быть открытой и ровной и находиться на значительном расстоянии от зданий, линий электропередачи, заборов и других ограждений, не иметь подземных кабелей, трубопроводов и т. д. Площадка должна быть также удалена от автотрасс.

Уровень внешних ЭМП необходимо контролировать и записывать как до, так и во время испытаний. Это особенно относится к испытаниям на частотах ниже 30 МГц, на которых условия распространения могут приводить к появлению мешающих излучений с уровнем на 20—40 дБ выше допустимого. Изложенные особенности относятся к испытаниям в дальней и ближней зонах.

Если местность сильно пересеченная, то площадку для измерений не следует выбирать в долине, окруженной холмами или горами. Если испытание приходится проводить на площадке в холмистой местности, следует иметь в виду, что холмы должны быть покрыты лесом, желательно с листвой (летнее время) для лучшего поглощения.

На практике малогабаритную аппаратуру, блоки и компоненты редко испытывают в открытом пространстве. Большая длительность таких испытаний, связанная с необходимостью транспортировки обслуживающего персонала, испытуемых изделий и измерительных приборов, а также с переменными погодными условиями, из-за которых приходится приостанавливать и начинать вновь измерения, существенно повышает стоимость измерений и во многих случаях приводит к нецелесообразности полевых испытаний. Вследствие этого малогабаритную аппаратуру испытывают в экранированных помещениях в более чем 99% случаев.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ

Испытания на соответствие требованиям настоящего стандарта проводят при нормальных условиях испытаний в соответствии со стандартами в области ЭМС и стандартами, распространяющимися на группы однородной продукции или в соответствии с технической документацией изготовителя. Значения температуры, относительной влажности воздуха и напряжения электропитания должны находиться в пределах, установленных изготовителем. Условия испытаний должны быть отражены в протоколе испытаний.

Конфигурация и режимы функционирования испытуемого оборудования должны быть отражены в протоколе испытаний и соответствовать использованию оборудования по назначению.

При проведении испытаний на электромагнитные помехи и помехоустойчивость учитывают требования в отношении модуляции сигналов, условий испытаний и порядка подачи испытательных сигналов.

• Меры подачи сигналов при испытаниях:

1)Источник сигналов, обеспечивающий подачу на испытуемый радиопередатчик модулирующих сигналов, должен быть размещен вне помещения для испытаний. Внутренний или внешний источник модулирующих сигналов должен обеспечить необходимые параметры полезного сигнала.

2) Аппаратура для измерения параметров радиочастотных сигналов на выходе испытуемого радиопередатчика должна быть размещена вне помещения для испытаний.

Для радиопередатчиков со встроенной антенной радиочастотные сигналы, применяемые для создания линии радиосвязи, должны быть приняты дополнительной антенной, расположенной в помещении для испытаний. Указанная антенна должна быть подключена коаксиальным кабелем к измерительной аппаратуре, размещенной вне помещения для испытаний.

Для радиопередатчиков со съемной антенной радиочастотные сигналы, применяемые для создания линии радиосвязи, должны быть поданы от антенного разъема к внешнему измерительному оборудованию с применением экранированной линии передачи, например, коаксиального кабеля. Должны быть приняты меры для исключения влияния нежелательных общих несимметричных токов на внешнем проводнике линии передачи при ее подключении к антенному порту радиопередатчика.

Уровень выходных радиочастотных сигналов в режиме передачи должен соответствовать максимальной номинальной выходной мощности испытуемого радиопередатчика при нормальной модуляции.

3)Источник сигналов, обеспечивающий  подачу на испытуемый радиоприемник  входных радиочастотных сигналов, должен быть размещен вне помещения  для испытаний.

4)Аппаратура для измерения выходных  сигналов испытуемого радиоприемника  должна быть размещена вне  помещения для испытаний.

При проведении испытаний в области ЭМС на испытуемый радиопередатчик должен быть подан полезный сигнал с нормальной модуляцией.

Ограничения полос частот при испытаниях применяют к техническим средствам радиосвязи (ТС РС), работающим на частотах не выше 2,7 ГГц, а также к ТС PC, работающим на частотах свыше 2,7 ГГц, у которых полоса рабочих радиочастот включает частоты ниже 2,7 ГГц. Для ТС PC, работающих на частотах свыше 2,7 ГГц, а также ТС PC, полоса рабочих радиочастот которых не включает в себя частот ниже 2,7 ГГц, полосы частот при испытаниях не ограничивают.

Если при испытаниях на устойчивость к радиочастотным помехам отмечают несоответствие радиоприемника установленному критерию качества функционирования, необходимо установить, чем вызвано указанное несоответствие - узкополосной или широкополосной реакцией. Для этого увеличивают частоту испытательного сигнала на значение, равное удвоенной номинальной ширине полосы пропускания на уровне 6 дБ фильтра промежуточной частоты радиоприемника, непосредственно предшествующего демодулятору, или, если это значение неизвестно, на значение, равное ширине полосы пропускания приемника, указанное в технической документации изготовителя. Затем испытание повторяют при уменьшении частоты на такое же значение. Если радиоприемник при одном или обоих сдвигах частоты соответствует установленному критерию качества функционирования, реакцию классифицируют как узкополосную.

Если радиоприемник не соответствует установленному критерию качества функционирования, это может быть вызвано тем, что в результате отстройки частота испытательного сигнала стала равной частоте другой узкополосной реакции. В этом случае процедуру повторяют при сдвиге частоты испытательного сигнала, в два с половиной раза превышающем значение ширины полосы пропускания, указанное выше. Если несоответствие радиоприемника установленному критерию качества функционирования не исчезает при одном или обоих сдвигах частоты, реакцию классифицируют как широкополосную и, следовательно, радиоприемник считают не выдержавшим испытаний.

Узкополосные реакции радиоприемника, отмеченные при испытаниях на помехоустойчивость, не рассматривают как нарушение нормальной работы испытуемого оборудования.

• При направлении оборудования на испытания изготовитель должен указать следующие сведения для отражения в протоколе испытаний:

- основные функции, выполняемые  ТС PC, которые должны подлежать  контролю при воздействии и  после прекращения воздействия  электромагнитных помех;

- назначение ТС PC, которое должно  соответствовать указанному в эксплуатационных документах;

- перечень операций управления, выполняемых пользователем, и состав  данных, хранимых в памяти оборудования, а также описание метода, который  должен быть использован для  подтверждения, что указанные операции  управления (хранимые данные) не  нарушаются после воздействия  электромагнитных помех;

- вид модуляции и характеристики  передаваемого сигнала, который  должен быть использован при  испытаниях (параметры случайного  потока данных, формат сообщений  и т.д.), а также состав необходимого  оборудования, которое должен поставить  изготовитель для оценки функционирования  испытуемого оборудования;

- вспомогательное оборудование, которое  должно быть подключено к испытуемому  оборудованию при испытаниях (при  необходимости);

- исчерпывающий перечень портов, классифицируемых как порты электропитания, связи, антенные, сигналов и управления, а также сведения о максимальных  длинах кабелей, которые могут  быть к ним подключены. Порты  электропитания должны быть отнесены  к входным/выходным портам электропитания  переменного и постоянного тока;

- ширину полосы пропускания  фильтра, предшествующего демодулятору  радиоприемника;

- описание метода, который должен  быть использован для подтверждения, что линия радиосвязи, создаваемая  при проведении испытаний, не  нарушается при воздействии помех (при создании линии радиосвязи);

- рабочие полосы частот оборудования;

- сведения о возможном перегреве  оборудования, который может воспрепятствовать  длительным испытаниям;

- сведения об электромагнитной  обстановке, для применения в  которой предназначено оборудование.

Дополнительные сведения, относящиеся к испытаниям оборудования конкретного вида

- сведения об условиях испытаний  в соответствии с разделом;

- порядок оценки соответствия  оборудования при испытаниях  на помехоустойчивость, как указано  в разделе;

- критерии качества функционирования  оборудования при испытаниях  на помехоустойчивость.

• Критерии качества функционирования используют для принятия решения о том, проходит или не проходит приёмник  испытания на помехоустойчивость.

Для целей настоящего стандарта применяют следующие категории критериев качества функционирования:

- критерии качества функционирования  при воздействии непрерывных  помех на радиопередатчики;

- критерии качества функционирования  при воздействии помех переходного  характера на радиопередатчики;

- критерии качеств функционирования  при воздействии непрерывных  помех на радиоприемники;

- критерии качества функционирования  при воздействии помех переходного  характера на радиоприемники.

Критерии качества функционирования в общем случае зависят от вида приёмника. Поэтому в настоящем стандарте установлены лишь общие критерии качества функционирования, обычно применяемые при оценке

2.1 Измерение параметров  ЭМС радиопередатчиков

Экспериментальному определению в общем случае подлежат параметры основного и нежелательных радиоизлучений. К ним относят - уровень основного излучения, отклонение частоты, занимаемая полоса частот, уровни и спектральная плотность внеполосных и шумовых излучений, уровни и частоты различных видов побочных излучений, уровни излучения корпусами устройств и фидерным трактом, а также уровень помех, распространяющихся в цепях электропитания, контроля и управления.

Измерение параметров радиопередающих устройств осуществляется как по электромагнитному полю, так и трактовыми методами. В первом случае оценка параметров оказывается более достоверной. Однако практические возможности проведения этих измерений ограничены рядом факторов, в том числе требований расположения приемной и передающей антенн в дальней зоне по отношению друг к другу. На частотах, соответствующих метровым и более длинным волнам, при исследовании радиопередающих устройств СВЧ с остронаправленными антеннами условие дальней зоны требует проведения измерений либо на открытых площадках, либо в безэховых камерах значительных габаритов, что не всегда возможно.

Несмотря на то, что при измерениях по электромагнитному полю достигается наибольшее соответствие реальным условиям, данному методу измерений присущи погрешности измерений, связанные со следующими причинами. Во-первых, мощность нежелательных колебаний на выходе передатчика зависит от сопротивления нагрузки на частотах указанных колебаний. Она определяется не только типом антенны, но и объектом, на котором устанавливается антенна, составом, конфигурацией и длиной фидера. Повторить в условиях эксперимента значение и частотную зависимость реальной нагрузки передатчика в случае измерений его параметров, влияющих на ЭМС, вне объекта сложно даже при использовании реальных штатных антенн. Во-вторых, состав распространяющихся волн на частотах гармоник основного радиоизлучения также зависит от типа и конфигурации фидера. Вследствие этого состав волн, поступающих в антенну при измерении, будет отличаться от реального, что может вызвать изменение формы диаграммы направленности и коэффициента усиления передающей антенны. Это обстоятельство, также зависимость характеристик излучения от объекта, на котором устанавливается радиопередающее устройство приводят к отличию уровней излучаемых полей в реальных условиях и в эксперименте.

При трактовых измерениях излучение исследуемого передатчика отсутствует, и все измерения производятся в его выходном тракте или фидере. В этих случаях вместо антенны подключается поглощающая нагрузка, называемая эквивалентом антенны, причем входные сопротивления антенны и ее эквивалента должны совпадать во всем интересующем диапазоне частот. Суть трактовых измерений состоит в том, что волна, распространяющаяся в сторону нагрузки, частично ответвляется направленным ответвителем и поступает в устройство, измеряющее ее мощность. Эти измерения значительно проще измерений по электромагнитному полю, не требуют наличия безэховых камер, облегчают биологическую защиту персонала, слабо подвержены действию внешних помех.

Недостатком трактовых измерений является принципиально большая методическая погрешность. Прежде всего, она обусловлена приближенностью самой модели явления, сводящей определение уровней радиоизлучений к измерению соответствующих мощностей в тракте передатчика. Составляющая погрешности, связанная с реализацией трактовых измерений, вызвана рядом, причин. Во-первых, практически не удается добиться совпадения входных сопротивлений антенны и ее эквивалента в широкой полосе частот. Они приблизительно равны друг другу в необходимой полосе частот и ближайшей ее окрестности и, как правило, заметно различаются на частотах гармоник и других побочных излучений. Во-вторых, принцип трактовых измерений основан на том, что ответвляется и измеряется известная доля проходящей мощности, что также хорошо соблюдается только в окрестности необходимой полосы частот. На более высоких частотах, значительно отстоящих от нее, в тракте нередко существует более одного типа волн, и ответвленная доля мощности зависит от их состава. Таким образом, результаты измерения оказываются зависимыми от числа, типов волн и их относительных амплитуд, а они, в свою очередь, зависят от частоты, типа иконфигурации фидера и сопротивления нагрузки. Для ослабления этих явлений разработан ряд мер раздельное ответвление и измерение мощностей различных типов распространяющихся волн, использование многоволновых ответвляющих устройств и др.

Несмотря на перечисленные недостатки, трактовые измерения чаще всего используются при экспериментальном определении параметров радиопередатчиков. Исходя из технических и экономических соображений, нормативной документацией на целый ряд типов аппаратуры предусмотрен контроль параметров с помощью трактовых методов измерений. Для проведения таких измерений, а также измерений по электромагнитному полю разработано значительное число конкретных методов. Методики этих измерений и технические средства, используемые во многих конкретных ситуациях, стандартизованы.

Измерения параметров побочных излучений. Измерения уровней побочных излучений проводятся в основном для оценки РЭС на соответствие их параметров требованиям нормативной документации. Эти результаты могут также использоваться при анализе и прогнозировании ЭМС.

Следует учитывать, что для индивидуальных изделий, входящих в состав оборудования, могут применяться различные стандарты ЭМС, устанавливающие разные нормы помех.

Таблица 1 - Применение норм электромагнитных помех для вспомогательного оборудования при измерениях.

3. ЭФФЕКТ БЛОКИРОВАНИЯ В РАДИОПРИЁМНИКАХ

В реальных условиях эксплуатации радиоприемных устройств на них могут воздействовать одновременно с полезным достаточно сильные мешающие радиоизлучения, влияние которых проявляется в виде нелинейных эффектов блокирования, перекрестных и интермодуляционных искажений полезного сигнала, его вторичной модуляции. Частоты мешающих сигналов при этом могут иметь различные значения, не совпадающие с частотами основного и побочных каналов приема. Образующиеся каналы приема помех называются внеполосными. Помехи, вызывающие эффекты блокирования и перекрестной модуляции, проявляют себя только в присутствии полезного сигнала, что отличает их от помех по побочным каналам.

Частота мешающего  сигнала  при  блокировании fбл находится  вне  полосы  пропускания фильтра основной избирательности, но может попадать в полосу предварительной  избирательности,  быть  равной  частот  соседнего  канала fс.к = fбл,  а  также  лежать  за этой  частотой.

Полоса частот,  в которой  наблюдается  явление  блокирования,  называют полосой  блокирования.

Значение этой полосы находится в прямой зависимости от мощности мешающего сигнала и восприимчивости приемника к  сигналам блокирования. Для  определения  допустимой  количественной  величины радиопомехи  введен коэффициент  блокирования  ( - амплитуды  напряжения  сигнала  на  выходе радиоприемника при отсутствии и при наличии радиопомехи соответственно),  за  который  принято  отношение  задаваемой разности уровней сигнала на выходе радиоприемника при отсутствии и при наличии радиопомехи  на  входе  к  уровню  этого  сигнала  при  отсутствии  радиопомехи.

Блокирование обычно рассматривается в рамках проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств. Поскольку чувствительность является одной из основных характеристик радиоприемника, то эффект блокирования необходимо учитывать и оценивать при проектировании и эксплуатации радиоприемных устройств (РПУ), предназначенных для функционирования в условиях сложной электромагнитной обстановки.

Часто блокирование определяется как изменение уровня сигнала на выходе радиоприемника под действием внеполосных помех. Однако, под действием внеполосных помех происходит также изменение мощности шума на выходе приемника. В связи с этим существует другое определение блокирования, охватывающее оба эти эффекта, как изменения уровня сигнала или отношения сигнал/ шум на выходе радиоприемника под действием внеполосной помехи.

Блокирование радиоприемника по шумам складывается из двух эффектов: изменения коэффициента усиления и изменения уровня шумов на выходе под действием помехи. При оценке изменения чувствительности РПУ вследствие блокирования изменение уровня выходных шумов зачастую рассматривается только как следствие изменения коэффициента усиления приемника и его отдельных каскадов. Собственные шумы каскадов, подвергающихся воздействию помех, считаются неизменными и равными линейным, имеющим место в отсутствие помех.

1. Влияние малошумящего усилителя (МШУ) по шумам на чувствительность радиоприемника.

    Изменение чувствительности РПУ под действием внеполосной помехи в большинстве случаев практически полностью определяется эффектом блокирования МШУ по шумам, который состоит в изменении двухсигнальный коэффициент шума (ДКШ) под действием помехи. Количественно этот эффект описывается коэффициентом блокирования МШУ по шумам, который определяется как отношение двухсигнального КШ усилителя при действии на его входе радиопомехи к КШ того же усилителя в отсутствии радиопомехи:

где - линейный КШ МШУ, обозначавшийся выше как  . Или в децибелах:

Зависимости или от мощности помехи представляют собой амплитудные характеристики блокирования МШУ по шумам, типовой вид которых показан на рис. 3.1

Рисунок 3.1 Амплитудная характеристика блокирования МШУ по шумам.

С точки зрения ЭМС имеет значение допустимая мощность помехи , при которой МШУ способен исполнять свои функции в составе радиоприемника. Критерий, по которому определяется Рпомдоп., состоит в соответствии данной величины заданному допустимому значению Кб.ш. , как показано на рис. 3.1. Стандартом порог восприимчивости МШУ по блокированию шумов введен в качестве одного из параметров ЭМС МШУ под названием «верхняя граница динамического диапазона (ВГДД) МШУ по блокированию шумов». Численные значения Рпомдоп. устанавливаются по критерию: = 1дБ для усилителей с КШ > 3дБ и = 0.5дБ для усилителей с КШ < 3дБ. Минимальные значения параметров ЭМС в полосе пропускания МШУ регламентируются ГОСТом для основных типов выпускаемых МШУ.

При измерении амплитудных характеристик имеет значение частота полезного сигнала и частота помехи. Частота полезного сигнала обычно совпадает с центральной частотой полосы пропускания МШУ. Частота помехи является параметром амплитудной характеристики и для полноты картины требуется иметь семейство характеристик, измеренных или рассчитанных для разных частот помехи. Зависимости параметров ЭМС МШУ от частоты помехи приняты в качестве характеристик ЭМС МШУ и называются характеристиками частотной избирательности (ХЧИ) по соответствующим нелинейным эффектам. Так в число ЭМС характеристик МШУ входит ХЧИ по блокированию шумов, представляющая собой зависимость от частоты помехи . Типовой вид этой зависимости представлен на рис. 3.2, где — центральная частота МШУ.

Рисунок 3.2 ХЧИ по блокированию шумов

Существуют методики и измерительные комплексы, в том числе и автоматизированные, для измерения ДКШ и .

Однако, измерительные методы применимы только к готовым изделиям. На этапах научных исследований и конструкторских разработок необходимо использовать теоретические методы. Все эти методы, исходя из определения ДКШ, основаны на расчете выходных шумов МШУ в полосе ОКП в присутствии внеполосной помехи.

На рис. 3.3 показаны типичные амплитудные характеристики блокирования МШУ.

Рисунок 3.3 Амплитудные характеристики блокирования МШУ

Изменение чувствительности радиоприемника прямо влияет на важнейшие параметры радиосистем, например, на дальность действия РЛС.

Решающее значение в ухудшении чувствительности радиоприемника под действием внеполосной помехи играет явление блокирования МШУ по шумам. Это явление включает в себя изменение внешних и собственных шумов МШУ под действием помехи, а также появление в полосе приемника интермодуляционных шумов за счет нелинейного взаимодействия помехи с внешними и собственными шумами МШУ. Разработанная система параметров и характеристик позволяет количественно описывать блокирование по шумам МШУ. На численном примере продемонстрировано применение параметров и характеристик блокирования МШУ по шумам для оценки изменения чувствительности радиоприемника под действием внеполосной помехи.

ВЫВОДЫ

Цель испытаний — проверить, не вызывают ли ЭМП сбои в работе систем или ухудшение их свойств, а также определить необходимое уменьшение уровня помех для обеспечения ЭМС. При испытаниях системы работают в типовых рабочих режимах.

Измерениям подвергаются компоненты аппаратуры, аппаратура и подсистемы. Задача измерений — определение уровня ЭМП, чтобы установить, находятся ли они в допустимых пределах и не будут ли мешать работе взаимосвязанных или присоединенных к общему источнику питания устройств.