НЕНАВМИСНИХ РАДІОЗАВАД БЕЗ СТВОРЕННЯ НЕДОПУСТИМИХ РАДІОЗАВАД ІНШИМ РЕЗ І РВП, А СУКУПНІСТЬ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ У ПЕВНІЙ ЧАСТИНІ ПРОСТОРУ, СМУГИ ЧАСТОТ ТА ІНТЕРВАЛУ ЧАСУ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ЯКІСТЬ ФУНКЦІОНУВАННЯ РЕЗ І РВП, СТАНОВЛЯТЬ СОБОЮ ЕЛЕКТРОМАГНІТНУ ОБСТАНОВКУ В ЦІЙ ОБЛАСТІ

Лк: «Основні причини виникнення взаємних завад та їх вплив на роботу РЕЗ» Причини і шляхи виявлення електромагнітних завад. Завади штучного походження. Завади природного походження. ЕМС- ЦЕ ЗДАТНІСТЬ РЕЗ І РВП ОДНОЧАСНО ФУНКЦІОНУВАТИ З ОБУМОВЛЕНОЮ ЯКІСТЮ В РЕАЛЬНИХ УМОВАХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ З УРАХУВАННЯМ ВПЛИВУ НА НИХ НЕНАВМИСНИХ РАДІОЗАВАД БЕЗ СТВОРЕННЯ НЕДОПУСТИМИХ РАДІОЗАВАД ІНШИМ РЕЗ І РВП, А СУКУПНІСТЬ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ У ПЕВНІЙ ЧАСТИНІ ПРОСТОРУ, СМУГИ ЧАСТОТ ТА ІНТЕРВАЛУ ЧАСУ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ЯКІСТЬ ФУНКЦІОНУВАННЯ РЕЗ І РВП, СТАНОВЛЯТЬ СОБОЮ ЕЛЕКТРОМАГНІТНУ ОБСТАНОВКУ В ЦІЙ ОБЛАСТІ. 1. Причини і шляхи виникнення електромагнітних завад Електромагнітні випромінювання будь-якого радіопередавача зосереджені як у смузі його робочої частоти (основне випромінювання), так і за межами цієї смуги (неосновне випромінювання). І основне, і неосновне випромінювання при використанні, наприклад, направлених антен можуть поширюватися як у головній пелюстці діаграми направленості, так у бокових, і в задній. Не зважаючи на те, що підсилення сучасних направлених антен по головній пелюстці досягає 50 дБ, рівні задньої та бокових пелюсток їх діаграми направленості залишаються досить високими (від мінус 20 до мінус 40 дБ), внаслідок чого, наприклад, потужні радіолокаційні станції можуть випромінювати по задній та бокових пелюстках потужності, що сягають 1 кВт і більше. Причому, і в головній, і в бокових пелюстках випромінюються електромагнітні хвилі як з робочою поляризацією, так і з поляризацією, параметри якої відмінні від робочої. В зв'язку з цим у приймальній антені і в трактах радіоприймального пристрою (РПП) для виділення електромагнітних коливань робочого радіоканалу необхідно застосовувати різні Типи Селекції -Частотну, Просторову, Поляризаційну Тощо. Електромагнітна ситуація також залежить і від випромінювань, які супроводжують основне випромінювання радіопередавача і проявляються завдяки нелінійним властивостям вольт-амперних характеристик його окремих елементів, що додатково ускладнює реальну електромагнітну обстановку в місці прийому. Таким чином, щоб домогтися ЕМС при забезпеченні спільної роботи якомога більшої кількості РЕЗ у тому ж радіочастотному просторі, необхідно підвищити електромагнітну ефективність РЕЗ, тобто поліпшити ті чи інші параметри випромінювання та/або прийому. 2. Завади штучного походження Суттєвий внесок у формування електромагнітної обстановки вносять різного роду завади - електромагнітні випромінювання, які перешкоджають нормальному прийманню та/чи передаванню радіосигналів. Вони бувають штучного та природного походження. Хоча під час проведення аналізу ЕМС потрібно враховувати всі можливі види завад, пошук джерел завад штучного походження має першорядне значення, тому що ці джерела, якщо вони виявлені, завжди можна усунути за допомогою технічних або організаційних заходів з забезпечення ЕМС, оскільки джерелами завад штучного походження являються пристрої, створені людиною. За характером впливу завади штучного походження поділяються на ненавмисні та організовані (в даному виданні не розглядаються). У свою чергу, ненавмисні завади за місцем їх походження поділяються на: міжсистемні, що діють між РЕЗ різних радіосистем; системні, що діють усередині систем, наприклад, в окремих трактах та/чи блоках одного і того ж РЕЗ; індустріальні, що зобов'язані своїм походженням електричним та електронним пристроям, які не містять високочастотні тракти. Міжсистемні завади поділяються на: обумовлені основним випромінюванням РЕЗ призначеним для передачі сигналів і функціонування якого вчиняє шкідливий вплив на даний РЕЗ; небажане випромінювання, яке виникає в РЕЗ за межами необхідної смуги частот. Якщо поява міжсистемних завад пов'язана з випромінюванням, поширенням та прийманням електромагнітних хвиль, то системні завади наводяться всередині РЕЗ найрізноманітнішими шляхами, в тому числі через оточуючий простір за допомогою електромагнітних хвиль. Системні завади поділяються на: паразитні наводки, що обумовлені основним видом електромагнітних коливань в окремих вузлах радіосистеми; завади, які виникають під впливом власного випромінювання РЕЗ; контактні завади; завади, обумовлені перехідними процесами в трактах РЕЗ та самозбудженням їх окремих вузлів. Рис. 1. Класифікація завад штучного походження Паразитні наводки - це електромагнітні коливання, які появляються в будь-яких частинах радіосистеми за рахунок зв'язків по електричних колах з іншими частинами цієї системи і не передбачені ні принципом дії, ні схемою, ні конструкцією. Завади, обумовлені власним випромінюванням РЕЗ, поступають на вхід радіоприймача і в окремі його пристрої через оточуючий простір. Вони відрізняються від міжсистемних завад більш сильними зв'язками між передавальною антеною та приймачами завад, а від паразитних тим, що шлях зв'язку, по якому передається ця завада, включає до себе оточуючий простір та приймальну чи передавальну антену. Контактні завади створюються внаслідок випромінювання струмопровідних контактів при дії на них електромагнітного поля. Найчастіше виникають при дії електромагнітного поля на контакти зі змінним опором РПП, що рухаються в ближній зоні цього поля, їх рівень та характер залежать від потужності та частотного спектра електромагнітного поля. Особливість цих завад - це те, що їх джерелами служать пасивні елементи. Механізмами утворення контактних завад є: нелінійна залежність магнітної індукції від зміни напруженості зовнішнього магнітного поля, яка характерна для матеріалів на основі заліза; нелінійні властивості напівпровідникових переходів, утворених оксидованими поверхнями та металевими контактами. Контактні завади необхідно враховувати особливо при розміщенні РЕЗ та РВП на рухомих об'єктах. Перехідні процеси викликають появу специфічних завад у багатьох колах РЕЗ, що обумовлено дуже широким спектром їх коливань, внаслідок чого росте кількість можливих шляхів передачі окремих складових спектра. Завади, обумовлені самозбудженням, виникають внаслідок мимовільної генерації електромагнітних коливань електричними колами, які не призначені для цих цілей. Паразитне збудження порушує функціонування радіоелектронних вузлів, в яких воно виникає, і може стати джерелом наводок для інших блоків та пристроїв. Індустріальні завади - це електромагнітні явища, спектральні складові яких знаходяться в смузі радіочастот, а джерелами є електричні й електронні пристрої різного призначення. Вони поширюються у відкритому просторі і по дротах та погіршують роботу обладнання й каналів передавання радіосистеми. У відповідності з ГОСТ 16842 їх джерела поділяються на 11 груп: електропристрої побутового, комунального та іншого призначення, які експлуатуються в житлових приміщеннях або підключаються до їх електромереж (пилососи, холодильники, електропраски, кухонні плити, швейні електромашини, електроінструменти, ліфти, касові апарати тощо); наземний міський та залізничний електротранспорт (трамваї, тролейбуси, електровози, тягові підстанції тощо); системи запалювання двигунів внутрішнього згоряння (автомобілів, мотоциклів, моторних човнів, бензинових пилок, газонокосарок тощо); високочастотні установки промислового, наукового, медичного та побутового призначення; лінії електропередач та електричні підстанції; світильники з газорозрядними (люмінесцентними) лампами; електричні пристрої, що живляться від промислових енергосистем і експлуатуються за межами житлових приміщень; пристрої дротового зв'язку; телевізійні та радіомовні приймачі; електричні пристрої та обладнання, які експлуатуються разом із службовими РПП; обладнання обчислювальної техніки та інформатики. Системи запалювання двигунів внутрішнього згоряння генерують майже періодичні імпульсні сигнали складної форми. Цей вид завад особливо суттєвий на територіях шириною до 80 м, прилеглих до шляхів з Інтенсивним автомобільним рухом, причому напруженість їх електромагнітного поля різко зменшується на частотах понад 1 ГГц, а максимум знаходиться на частотах близько ЗО МГц. Середнє значення напруженості поля випромінювань від групи автомобілів складає близько 10 дБмкВ/м. Завади від ліній електропередач являють собою випадкові імпульси з більшою тривалістю і меншою частотою, ніж імпульси систем запалювання. Причиною їх походження є електричні розряди і високочастотні перехідні процеси. Максимальної інтенсивності рівень цих завад досягає при метеорологічних опадах і високій відносній вологості повітря. В сухих районах інтенсивність завад росте у зв'язку з ростом турбулентності потоків повітря і підвищеною сонячною радіацією. Завади поширюються вздовж лінії електропередачі, а їх спектр знаходиться в межах від міріаметрового діапазону (ДНЧ) до метрового (ДВЧ). Рівень напруженості електромагнітного поля завад від ліній електропередач змінюється в межах від 40 до 160 дБмкВ/м і залежить від рівня напруги в лінії та відстані від неї, спадаючи обернено пропорційно квадрату відстані. Завади від зварювальних апаратів та промислових нагрівальних пристроїв можуть мати високу інтенсивність, їх спектр частот займає гектометрові (СЧ) та декаметрові (ВЧ) діапазони, причому частоти гармонік, які генерують деякі зварювальні апарати, можуть досягати 1 ГГц. Найбільшої інтенсивності електромагнітне поле завад створюється в межах частот 750 кГц, 3 і 20 МГц. Напруженість поля радіозавад на відстані 300 м від джерела завади сягає 20 дБмкВ/м, причому їх рівень обернено пропорційний відстані від джерела до місця спостереження в ступені 3/2. Завади від електротранспорту виникають при порушенні контакту між струмопровідними дротами і знімачами струму. Спектр завад міського електротранспорту досягає 30 МГц, а електропотягів зосереджується в діапазоні ДВЧ. До інших джерел індустріальних завад відносяться різноманітні електромеханічні пристрої, які в процесі своєї роботи збуджують електромагнітні поля, в результаті чого велика кількість електротехнічних установок у містах та промислових центрах створює досить високий рівень індустріальних завад. Характерною особливістю цих електромагнітних полів є те, що їх інтенсивність зменшується з подвоєнням відстані до джерела не на 6 дБ, що властиво для поля випромінювання антени, а приблизно на 16 дБ. На поширення хвиль від джерел радіозавад суттєво впливає рельєф земної поверхні, характер рослинності, наявність на шляху поширення сторонніх предметів тощо. 3. Завади природного походження ДО ЗАВАД ПРИРОДНОГО ПОХОДЖЕННЯ ВІДНОСЯТЬСЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЗАВАДИ, ДЖЕРЕЛАМИ ЯКИХ ЯВЛЯЮТЬСЯ ПРИРОДНІ ФІЗИЧНІ ЯВИЩА. Внутрішні шуми - це електромагнітні коливання, виникнення яких обумовлено будовою речовини, фізичною сутністю електричних струмів електронних приладів, якістю та чистотою матеріалів, що застосовуються при виготовленні елементів електронних схем та електронних приладів. Шуми являють собою послідовність дуже коротких імпульсів, що повторюються хаотично й у великій кількості. Джерелами внутрішніх шумів являються всі елементи РЕЗ. Одним із джерел внутрішніх шумів є тепловий рух електронів, а завади, які виникають при цьому, називаються тепловим шумом. Тепловий шум виникає у всіх елементах, які мають активний опір, внаслідок теплового хаотичного руху вільних електронів усередині цих елементів. Характеризується постійною густиною шумової напруги в дуже широкому частотному діапазоні (від нуля до міліметрових хвиль), суттєво залежить від температури. Дробовий шум виникає в електронних лампах та напівпровідникових приладах і обумовлений флуктуаціями відносно деякого середнього значення струму, що протікає через них. Ці флуктуації пов'язані з дискретною природою електричного струму та випадковим характером емісії електронів (або дірок). Спектральна густина дробового шуму постійна в широкому частотному діапазоні. Рис. 3. Класифікація завад природного походження Шуми поверхневого ефекту проявляються в різних електронних пристроях, їх загальною характерною властивістю є обернено пропорційна залежність густини розподілу потужності від частоти f, тому ці шуми часто називають низькочастотними. Фізична природа цих шумів дуже різноманітна, так, наприклад, в електронних лампах виникнення поверхневих шумів (флікер-шумів або шумів мерехтіння катода) обумовлене змінами фізико-хімічного стану матеріалу катода. Оскільки при цьому змінюється емісійна здатність окремих ділянок катода, то нестабільність емісії призводить до низькочастотних флуктуацій струму. На частотах близько десятка Гц флікер-шуми переважають на декілька порядків дробові шуми, але на частотах понад 1 кГц уже дробові шуми переважають флікер-шуми. В напівпровідникових приладах поверхневі шуми помітні до частот 1...10 кГц. У композиційних резисторах та вугільних мікрофонах ці шуми виникають через недосконалість контактів між окремими сплавленими між собою частками матеріалу, а в різного роду перемикачах, контакторах та реле - внаслідок контактних з'єднань з різних матеріалів, тому ці шуми також називають контактними. Шуми струморозподілу виникають в електронних приладах та лампах унаслідок хаотичних змін траєкторій електронів і викликаних цим флуктуацій коефіцієнтів струморозподілу. Шуми вторинної емісії обумовлені випадковим характером виходу вторинних електронів з електродів, їх амплітуда розподілена по нормальному закону, а спектральна густина не залежить від частоти. Імпульсний шум пов'язаний з виробничими дефектами напівпровідникових приладів та інтегральних схем і представляє собою неперіодичні імпульси тривалістю від декількох мікросекунд до секунд, середня швидкість повторення яких коливається від одного імпульсу за хвилину до декількох сотень імпульсів за секунду. Амплітуда імпульсів для конкретного напівпровідникового пристрою стабільна і набагато перевищує амплітуду теплових шумів. Густина розподілу потужності пропорційна 1/f2, Імпульсний шум усувається покращенням технології виробництва. Шуми генерації та рекомбінації носіїв спостерігаються в напівпровідникових приладах, є широкосмуговими і обумовлені флуктуацією концентрації носіїв, пов'язаних із статистичним характером їх генерації та рекомбінації. Джерела неземних шумів, як випливає з їх назви, знаходяться за межами Землі та її атмосфери. Радіовипромінювання Сонця - найбільш інтенсивний шум. Розрізняють дві компоненти цього шуму: теплове радіовипромінювання спокійного Сонця та нетеплове спорадичне. Перша компонента - теплове радіовипромінювання іонізованої атмосфери Сонця є джерелом радіохвиль міліметрового, сантиметрового, дециметрового та метрового діапазонів. Воно є основним у періоди мінімуму сонячної активності. Нетеплове спорадичне проявляється шляхом раптового збільшення інтенсивності (сплесків) радіовипромінювання й охоплює практично весь РЧС, починаючи від сантиметрових хвиль. Радіовипромінювання Місяця носять тепловий характер і охоплюють в основному діапазони сантиметрових та міліметрових хвиль. Космічне радіовипромінювання поділяється на розподілене та радіовипромінювання дискретних джерел. Розподілене радіовипромінювання спостерігається з усіх точок небесної сфери. З дискретних джерел вирізняють джерела теплового радіовипромінювання, найбільш інтенсивними з яких є туманності Омеги та Оріону, та нетеплового радіовипромінювання залишків спалахів понад нових зірок та радіогалактик, які також є потужними ДРВ, і найбільш інтенсивними з яких є радіогалактики Лебідь-А та Діва-А. Наприклад, у метровому діапазоні хвиль радіогалактика Лебідь-А створює майже такий потік енергії, як і Сонце, хоча віддалена від Землі в 3*1013 рази далі. Внесок космічного шуму може бути суттєвим у частині шумів, що приймаються антенами РЕЗ, які розміщені в районах із низьким рівнем шумів, наприклад, у високих широтах. Радіовипромінювання планет Сонячної системи близьке за характером до теплового і займає міліметровий та сантиметровий діапазони. Атмосферні завади своїм походженням зобов'язані фізичним явищам, які відбуваються в земній атмосфері. Грозові розряди відбуваються між хмарами та землею під дією статичних високих напруг, які досягають мільйонів вольт, внаслідок чого струм електричного розряду може досягати декількох сотень тисяч ампер і створювати інтенсивні електромагнітні поля. Тривалість розряду знаходиться в межах τ = (0,1...0,3) мс. Амплітуда спектральних складових імпульсу із збільшенням частоти спадає. Найбільше значення амплітуди відповідає частоті f = 1/τ , яка знаходиться в межах від З до 10 кГц. Для місцевих гроз інтенсивність завади падає з ростом частоти. Основним джерелом завад цього типу являються тропічні грози екваторіальних Америки й Африки та району Зондських островів. Радіохвилі, що виникають в процесі гроз, поширюються на значні відстані. На частотах, більш високих, ніж максимальна частота радіохвилі, яка відбивається від іоносфери, джерелами завад є місцеві грози. Тому атмосферний шум вважають вузькосмуговим і залежним від географічних координат пункту прийому. В різних регіонах земної кулі в будь-який момент відбувається близько двох тисяч гроз, що обумовлює квазістаціонарний характер завад від грозових розрядів. Рівень грозових шумів повільно змінюється протягом доби та року. Для прогнозу рівня завад користуються спеціальними картами, на які нанесені медіанні рівні завад на частоті 1 МГц для чотирьох пір року та шести добових інтервалів часу. Статичні розряди виникають при накопиченні електричних зарядів під час метеорологічних опадів та при електризації приймальних антен. ЦІ завади широкосмугові, залежать від особливостей конструкції приймальної антени та умов її роботи, їх інтенсивність пропорційна силі вітру і найчастіше вони виникають в РПП літальних апаратів. Радіовипромінювання атмосфери найбільш відчутні в діапазоні метрових та більш коротких хвиль. Джерелами електромагнітного випромінювання атмосфери є молекули кисню та водяної пари. Атмосферні шуми у діапазоні від 10 до 20 ГГц переважають над космічними. Теплове випромінювання Землі за характером походження близьке до теплового випромінювання атмосфери, Завади природного походження, пов'язані з поширенням радіохвиль. Їх дія проявляється в коливаннях (затуханнях) рівня сигналу, що приймається, та його спотворенні. Затухання, що обумовлені відбиттям та розсіюванням радіохвиль, відбуваються внаслідок інтерференції хвиль у місці їх приймання. При відбитті радіохвиль від об'єктів, положення яких змінюється з часом або змінюються їх електричні параметри та конфігурація, спостерігається так звана дискретна флуктуаційна багатопроменевість. В місці приймання напруженість поля визначається шляхом інтерференції деякої (порівняно невеликої) кількості радіохвиль, що приходять різними шляхами. Внаслідок нестабільності умов відбиття змінюється кількість радіохвиль, що приходять, а також їх фазові та амплітудні співвідношення, в результаті електромагнітне поле в місці приймання зазнає більш-менш глибоких коливань амплітуди напруженості поля. Радіозавади цього типу інтенсивно проявляються в діапазонах гектометрових та декаметрових хвиль. Наприклад, в гектометровому діапазоні напруженість поля сигналу змінюється в десятки разів, а тривалість затухань досягає десятків секунд. На хвилях коротших 10м завади, викликані відбиттям радіохвиль, спостерігаються в районах з інтенсивним рухом транспорту. Поширення радіохвиль, внаслідок їх відбиття, багатьма траєкторіями, призводить до додаткових завад та спотворень сигналів. Через відмінність довжин шляхів поширення радіохвиль один сигнал може настільки запізнюватися по відношенню до другого, що виникають повторення сигналів, які порушують роботу фототелеграфних та радіотелеграфних систем. При розсіюванні радіохвиль спостерігається дифузійна багатопроменевість. Типовим прикладом завад такого типу є затухання сигналу в каналах зв'язку, що використовують розсіювання радіохвиль неоднорідностями тропосфери або іоносфери. Зміна напруженості поля в місці приймання при тропосферному поширенні радіохвиль має нестаціонарний характер, а при іоносферному розсіюванні спостерігається швидка флуктуація сигналу. Крім затухань, виникають спотворення сигналів, які обумовлені неодночасністю приходу радіохвиль. При цьому спостерігаються флуктуації групового часу запізнення та амплітудно-частотні спотворення. Завади, обумовлені флуктуаціями поглинання радіохвиль, виявляються у виді завмирань. Причинами флуктуацій поглинання радіохвиль є зміни інтенсивності метеорологічних опадів уздовж шляху їх поширення, коливання коефіцієнта поглинання при зміні стану різних шарів атмосфери, флуктуації довжини шляху поширення радіохвиль в поглинальних шарах тощо. Обертання площини поляризації відбувається при поширенні радіохвиль в іоносфері внаслідок ефекту Фарадея. Оскільки електронна концентрація іоносфери на шляху поширення радіохвиль безперервно змінюється, то в місці приймання радіохвиля має випадкові поляризаційні характеристики, тому використання лінійно-поляризованих антен спричинює поляризаційну неузгодженість і рівень сигналу коливається. У тропосфері внаслідок різноманітних причин метеорологічного характеру відбувається зміна вертикального градієнта діелектричної проникності, що призводить до зміни умов рефракції радіохвиль, при цьому також змінюються траєкторії променів. Якщо радіохвилі в пункт приймання попадають, поширюючись поблизу якихось перешкод, то девіація траєкторії викликає зміну рівня напруженості поля. Повільні завмирання сигналу, що обумовлені дифракційним ослабленням унаслідок зміни траєкторії променю, досягають 20...30 дБ і тривають від кількох десятків хвилин до декількох годин. Більш швидкими є завмирання, що обумовлені інтерференцією між прямим і відбитим від поверхні Землі променями, їх. тривалість не перевищує декількох десятків хвилин. Спотворення сигналів за рахунок ефекту Доплера спостерігаються в лініях радіозв'язку, що використовують розсіювання радіохвиль на неоднорідностях іоносфери або ретрансляцію на штучних супутниках Землі. У зв'язку зі швидким переміщенням супутника або турбулентних неоднорідностей в іоносфері відбувається зміна частоти сигналу внаслідок ефекту Доплера - доплерівський зсув частоти. Максимальний зсув на частоті 50 МГц може скласти 6 кГц. При проведенні радіозв'язку через штучні супутники допплерівський зсув частоти змінюється закономірно і може враховуватися завчасно.

Схожі: