Глава 12. Индустриальные радиопомехи

Классификация индустриальных радиопомех и их нормирование

Общие сведения об индустриальных радиопомехах

Индустриальные помехи (ИРП) – это электромагнитное излучение в диапазоне радиочастот, создаваемое электрическими и электронными устройствами всех видов и назначений, кроме радиопередающих устройств, работающих на присвоенных им частотах. Индустриальные помехи возникают при работе электроустройств вследствие резких изменений тока и напряжения в электрических цепях, что, как правило, сопровождается искрением. В результате создается практически непрерывный спектр радиопомех. ИРП, как правило, имеют меньшую мощность на радиочастотах, чем помехи от радиостанций. Тем не менее ИРП также влияют на ЭМО, а их уменьшение является одной из основных задач в обеспечении нормальной работы РЭС. Поэтому допустимые уровни ИРП регламентируются нормативными документами (Нормами ГКРЧ, ГОСТ-ами и др.). Кроме того, устройства - источники ИРП подвергаются контролю качества по параметрам ЭМС при их производстве и сертификации. Для уменьшения влияния ИРП используют различные средства: экраны, искрогасители, отражающие и поглощающие фильтры, дроссели, заземление и др. Важность проблемы ИРП признана и на международном уровне. В частности, в состав Международной электротехнической комиссии (МЭК) входит специальный комитет по радиопомехам (СИСПР), в рамках шести подкомиссий которого рассматриваются теоретические и практические способы и меры уменьшения ИРП. В общем случае ИРП воздействуют как на РЭС, так и на различные электронные приборы и устройства. При воздействии на РЭС основным каналом их проникновения является антенна и фидерный тракт, а неосновным – цепи питания и управления. Воздействие ИРП на электронное устройство происходит только по цепям питания и управления. Поэтому международный комитет по радиопомехам декларирует, что главный объект его внимания и защиты от ИРП – РЭС.

Классификация ИРП

ИРП делятся на множество групп по различным классификационным признакам. По функциональному назначению устройств, создающих ИРП, эти помехи бывают следующих видов: - созданные бытовыми приборами и устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …1000 МГц); - созданные электрическим световым оборудованием (создает ИРП в диапазоне 0,15 …600 МГц) ; - созданные двигателями внутреннего сгорания (создают ИРП в диапазоне 0,15 …4000 МГц); - созданные промышленными, научными и медицинскими высокочастотными устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …20 ГГц); - созданные высоковольтными ЛЭП и электроподстанциями (создают ИРП в диапазоне 20 …30 МГц); - созданные электродвигателями и транспортными средствами на электрической тяге (создают ИРП в диапазоне 0,15 …2000 МГц); - созданные оборудованием информационных технологий (создает ИРП в диапазоне 0,15 …10 ГГц).

По месторасположению устройств, создающих ИРП, эти помехи бывают: - созданные техническими средствами, находящимися в промышленных зонах; - созданные техническими средствами, находящимися в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением; - созданные техническими средствами, расположенными на специально выделенных территориях; - созданные техническими средствами, размещающимися совместно с РЭС.

По спектральному составу различают: - широкополосные ИРП. ИРП считается широкополосной, если ширина ее энергетического спектра по уровню 3 дБ шире полосы пропускания приемного устройства (по этому же уровню), на которое она воздействует. Такие ИРП создаются большинством источников таких помех, особенно теми, где имеется искрение контактов, электрическая дуга и т.д.;

- узкополосные ИРП. ИРП считается узкополосной, если ширина ее энергетического спектра по уровню 3 дБ меньше полосы пропускания приемного устройства (по этому же уровню), на которое она воздействует. Узкополосные ИРП создаются, например, группой промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных устройств. Такие источники ИРП в международных источниках относятся к группе IMS (Industry-Medicine-Science).

По времени действия ИРП бывают: - длительные: помехи, длительность которых превышает 1 с.; - прерывистые (кратковременные) помехи, длительность которых не превышает 0,2…1 с. В зависимости от механизма распространения ИРП бывают: - излучаемые, т.е. ИРП, распространяющиеся в пространстве. Поскольку в источниках ИРП нет специальных устройств для их излучения, то мощность излучаемых ИРП весьма мала и, как правило, на расстояниях в несколько метров (десятков метров для мощных источников) ее влияние на РЭС уже можно не учитывать. - кондуктивные, т.е. ИРП, распространяющиеся по проводам. Это основной путь распространения ИРП, поскольку провода имеют весьма значительную проводимость, поэтому затухание помехи в них происходит значительно медленнее, чем в пространстве.

Нормирование ИРП Как известно, для обеспечения заданного качества радиоприема с надежностью (вероятностью) a исходят из условия, что реальное отношение сигнал/помеха должно в заданном проценте времени быть больше минимально допустимого, т.е. больше защитного отношения:

a = р (Ес/Еп ≥ А0) , (12.1)

где Ес -- минимальная гарантированная напряженность поля полезного сигнала; Еп – напряженность поля помехи; А0 –защитное отношение. Из (12.1) следует, что надежность α можно повысить следующими способами: - увеличением Ес, т.е. увеличением мощности передатчика, что, очевидно, является крайне нежелательной мерой; - уменьшением А0 , что связано с конструированием более совершенной аппаратуры и требует больших затрат; - уменьшением величины Еп , т.е. ограничением (нормированием) уровня ИРП от источника помех. Это наиболее рациональный путь, именно он и применяется на практике. Нормы на уровень ИРП определяют по методике, рекомендованной комитетом СИСПР и состоящей из следующих этапов: - определение защитных отношений для различных РЭС и для различных типов помех; эти сведения содержатся в документах МСЭ; - зная требуемую минимальную напряженность поля полезного сигнала Ес и защитное отношение для данного типа РЭС, с помощью (12.1) вычисляют допустимую напряженность поля ИРП в месте расположения приемной антенны данного РЭС; - определяют минимально допустимое расстояние между данным РЭС и источником ИРП; - используя статистические данные о случайном характере потерь полезного сигнала и помехи при их распространении от источника ИРП до приемной антенны, определяют процент времени, в течение которого с заданной вероятностью отношение сигнал/помеха будет больше защитного отношения.

Конечным результатом расчета и является так называемая расчетная норма на уровень ИРП. Эта расчетная норма затем используется для определения рабочей нормы, которая, как правило, находится в результате компромисса: радиослужбы допускают определенную степень влияния помех на процесс приема радиосигналов, но уровень ИРП не должен превышать рабочей нормы (допускающей более высокий уровень этой помехи по сравнению с расчетной нормой). Основой этого компромисса является экономический баланс между затратами на мероприятия по снижению уровня ИРП и затратами на разработку РЭС, требующих меньшего защитного отношения.

Нормы на уровень ИРП устанавливаются для серийно выпускаемых устройств. При этом по результатам испытаний определяются статистические параметры уровня ИРП, т.е. с достоверностью р в партии устройств должно быть не менее q процентов изделий, отвечающих норме на уровень ИРП. Комитет СИСПР рекомендует принимать правило q = p = 80%, т.е. по крайней мере 80% серийных изделий должны соответствовать норме на уровень ИРП с вероятностью не менее 80%.

12.2 Измеряемые параметры индустриальных радиопомех

Реальные уровнииндустриальных радиопомех контролируются с помощью различных типов измерительных приборов. Измеритель ИРП представляет собой измерительный приемник со специальными входными устройствами, служащими для подсоединения приемника к источнику ИРП, и выходными – для регистрации результатов измерений. Измерительный приемник должен измерять квазипиковое, пиковое, среднее и среднеквадратическое значения. В табл. 12.1 приведены измеряемые параметры ИРП и типы входных устройств.

Таблица 12.1

Нормируемый параметр ИРП	Полоса частот, МГц	Тип входного устройства
Напряжение на сетевых и дополнительных зажимах	0,009…30	Пробник напряжения, Эквивалент сети
Мощность	30…1000	Поглощающие клещи
Напряженность поля	30…300 300…1000	Антенны магнитные Антенны электрические
Мощность излучения	1000…12500	Антенны СВЧ
Сила тока	0,009…30	Токосъемник

Квазипиковое значение используется в основном при оценке уровня широкополосных ИРП на частотах ниже 30 МГц. Пиковое значение также??? используется в основном при оценке уровня широкополосных ИРП на частотах выше 30 МГц. Уровень узкополосной ИРП характеризуют средним значением. При оценках гауссовских шумов наиболее часто применяемой энергетической характеристикой ИРП является их среднеквадратическое значение. В таблице 12.2 приведены нормы напряжения ИРП на сетевых зажимах оборудования информационных технологий (ПЭВМ, принтеры, сканеры, копировальные устройства и т.д.) класса А, предназначенного для применения в промышленной обстановке, и класса Б, предназначенного для применения в бытовой обстановке.

Таблица 12.2

Полоса частот, МГц	Напряжение, дБ/мкВ
Квазипиковое значение	Среднее значение
Класс А	Класс Б	Класс А	Класс Б
0,15…0,5		66…56
0,5…5
5…30
П р и м е ч а н и я. Пр. 3. На граничной частоте нормой является меньшее значение напряжения ИРП. 5. В полосе частот 0,15…0,5 МГц допустимые значения напряжения вычисляют по формулам: - для квазипиковых значений: U = 66 – 19,1ℓg(f/0,15); - для средних значений: U = 56 – 19,1ℓg(f/0,15), где f – частота, МГц.

В таблице 12.3 приведены значения допустимой напряженности поля ИРП на расстоянии 10 м от оборудования информационных технологий.

Таблица 12.3

Полоса частот, МГц	Напряженность поля, дБмкВ/м, квазипиковое значение
Класс А	Класс Б
30…230
230…1000
На граничной частоте нормой является меньшее значение напряженности поля.

Нормативные документы

В рамках международных организаций разрабатываются единые методы оценки ИРП и методы контроля их источников. Это дает возможность создавать единые нормы на допустимый уровень ИРП и предъявлять единые требования к измерительной аппаратуре для их контроля. В России основными нормативными документами по ИРП являются следующие ГОСТы:

-ГОСТ Р 513112.14.1-99 (СИСПР 14-1-93). Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от бытовых приборов, электрических инструментов и аналогичных устройств. Нормы и методы испытаний; -ГОСТ Р 513112.11-99 (СИСПР 11-97). Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных устройств. Нормы и методы испытаний; -ГОСТ 22012-85. Радиопомехи индустриальные от линий электропередачи и электрических подстанций. Нормы и методы измерений; -ГОСТ 22505-912. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от радиовещательных приемников, телевизоров и другой бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Нормы и методы испытаний;-ГОСТ Р 51320-912. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств - источников индустриальных радиопомех.