Лекция I

Структура:

1. Введение. Основные понятия.

2. Цель и основное содержание работ в области ЭМС.

3. Классификация источников ЭМ излучения.

1. Введение. Основные понятия.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) на железной дороге начала применяться в конце 80-х годов. Первые предпосылки появились с изобретением Поповым радио и развитие космонавтики.

ЭМС микроэлектронных систем управления ответственными технологическими процессами (ОТП) определяется способностью микроэлектронной аппаратуры или системы функционировать с заданными параметрами надежности и безопасности при воздействии электромагнитных помех определенного уровня и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим электронным системам. Это можно проследить через функцию выхода системы:

Где: – выходные параметры;

– непосредственно функция, связывающая входные и выходные параметры;

– входные параметры;

воздействие помех.

Согласно международному электромагнитному комитету (МЭК) ЭМС – одновременное существование полезного сигнала и помехи, которая не сопровождается потерей информации, содержащейся в полезном сигнале.

Согласно ГОСТу ЭМС – это способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.

Воздействие электромагнитных помех может быть двух видов:

Ø Внешнее – проникновение помехи в приемник через тракт передачи:

Ø Внутреннее – и приемник и источник помех находятся внутри системы:

Качество функционирования – это совокупность свойств и параметров, характеризующих работоспособность технического средства при воздействии электромагнитных помех.

Электромагнитная обстановка – совокупность электромагнитных явлений, существующих в рассматриваемом пространстве. Она описывается характеристиками источников помех и параметрами их воздействия, особенностями установленного оборудования, реализованными и нереализованными мероприятиями по повышению ЭМС, а также неэлектрическими характеристиками окружающей среды, влияющими на ЭМС.

Помеха – это электромагнитный, электрический или магнитный процесс, созданный любым источником в пространстве или проводящей среде, который не желательно влияет или может влиять на полученный сигнал при его передаче, приеме или его преобразования к заданному виду.

Допустимая помеха – это помеха, значения параметров которой не выходят за пределы, установленные в нормативно-технической документации.

Рецептор помехи – это то, что ее может воспринимать, на что она влияет. Его основные параметры:

Ø Восприимчивость – мера реакции рецептора на влияние помехи при наличии и отсутствии полезного сигнала;

Ø Помехоустойчивость – свойство рецептора противостоять помехам, которые реализуются за счет выбранной структуры сигнала и принципа построения рецептора;

Ø Помехозащищенность – свойство рецептора противостоять помехам, реализуемое за счет схемоконструкторских решений, которое не нарушает выбранную структуру сигнала и принципы построения рецептора.

Сбой – событие, заключающееся в нарушении работоспособности или исправного состояния технического средства, не приводящее к его физическому повреждению и устраняющееся самостоятельно или путем минимального вмешательства персонала без ремонта.

Сбои бывают опасные (приводящие к опасному состоянию технического средства) и защитные (приводящие к защитному состоянию технического средства).

Защита технического средства от электромагнитных помех – комплекс мероприятий и технических средств, снижающих воздействие электромагнитных помех и включающих в себя фильтрацию, экранирование, рациональное заземление, пространственное разнесение источников и приемников помех, гальваническую развязку, кодирование информации, различные виды селекции и модуляции.

Импульсная помеха – это электромагнитная помеха в виде одиночного импульса или последовательности импульсов.

Пачка импульсов – произвольные или периодически повторяющиеся импульсы в течение фиксированного интервала времени.

Уровень совместимости – допустимая вероятность сбоев, при которой обеспечивается заданные уровень надежности и безопасности в функционировании системы или устройства.

2. Цель и основное содержание работ в области ЭМС

В основном учитываются экономические и информационные аспекты.

На графике указаны зависимости затрат на обеспечении ЭМС (ось З) от вероятности возникновения электромагнитных помех (ось W).

Мы видим, что кривая – характеризуется тем, что нет значительных вкладов вначале. Кривая же характеризуется максимальными вложениями в начале. Из двух этих графиков можно строят третий . Он самый оптимальный и характеризуется общим минимумом затрат.

Принципиальные мероприятия по повышению ЭМС технических средств:

1 – подавление возникновения электромагнитных помех путем воздействия на источник помех;

2 – подавление (ослабление) помех в тракте передачи (распространения);

3 – подавление помех на входе приемника;

4 – разнесение (разделение) во времени появления помехи и функционировании чувствительного элемента.

3. Классификация источников ЭМ излучения.

Электромагнитное поле – это вид материи, определяющейся в точке между двумя векторами напряженностью электрического поля и напряженностью магнитного поля. Электромагнитное поле обладает свойством дуальности. Ему присущи:

- квантовые свойства: – энергия; - постоянная Планка; – скорость распространения волны;

- волновая природа: : - длина волны; частота; – удельная электропроводимость; – магнитная постоянная в вакууме; – относительная магнитная проницаемость среды. В проводящей среде: .

Скорость распространения света: ( - электрическая постоянная).

Процессы электромагнитного поля описываются уравнениями Максвелла:

1 – электрическое смещение в точке (возникновение в ней тока) приводит к вихрю напряженности магнитного поля, то есть любое изменение электрического поля порождает магнитное поле:

где: – вектор напряженности вихревого магнитного поля;

– вектор плоскости тока;

– вектор электрического смещения;

2 – любое изменение магнитного поля ведет к изменению электрического поля, то магнитное поле порождает электрическое:

где: – вектор напряженности электрического поля;

– вектор напряженности магнитного поля.

Все электромагнитные поля в зависимости от частоты распространения волны можно классифицировать.

№ диапазона	Диапазон частот	Частотные границы диапазона	Диапазон радиоволн	Волновые границы диапазона
-	Инфразвуковая частота	До 3 Гц	-	Более 105 км
	Крайне низкая частота	3-30 Гц	Декамегаметровые	105-104 км
	Сверхнизкая частота	30-300 Гц	Мегаметровые	104-103 км
	Инфранизкая частота	0.3-3 кГц	Гектрокилометровые	103-100 км
	Очень низкая частота	3-30 кГц	Мериаметровые	100-10 км
	Низкая частота	30-300 кГц	Километровые	10-1 км
	Средняя частота	0.3-3 МГц	Гектрометровые	1-0.1 км
	Высокая частота	3-30 МГц	Декаметровые	100-10 м
	Очень высокая частота	30-300 МГц	Метровые	10-1 м
	Ультравысокая частота	0.3-3 ГГц	Дециметровые	1-0.1 м
	Сверхвысокая частота	3-30 ГГц	Сантиметровые	10-1 см
	Крайне высокая частота	30-300 ГГц	Миллиметровые	10-1 мм
	Гипервысокая частота	300-3000 ГГц	Децимиллиметровые	1-0.1 мм

 

Связь напряженности электрического поля и напряженности магнитного поля через волновое сопротивление, равное 377 Ом:

Если отношение , то преобладает магнитное поле (низкоомный источник помехи, который имеет малое входное сопротивление, но работает при больших токах). Такую связь на схемах замещения изображают в виде индуктивности.

Если отношение , то преобладает электрическое поле (высокоомный источник помехи, который имеет большое входное сопротивление и работает на больших напряжениях). Такую связь на схемах замещения изображают в виде конденсатора.

Все источники электромагнитных помех можно классифицировать на:

o Природные:

ü Поля земли;

ü Радиоволны;

o Антропогенные

ü Волны частотой от 0 до 3 кГц (системы радиосвязи, линии электропередач (в радиусе 1 м под ними электрическая составляющая более 500 кВ/м), трансформаторные подстанции, электрический транспорт: железнодорожный, трамвай, троллейбус);

ü Волны частотой от 3 кГц до 300 ГГц (коммерческие организации: телевидение, радиосвязь, телефонная связь, спутники, радиолокация).