CC BY
44
Виртуальная сертификация по эмиссии кондуктивных радиопомех
Лемешко Н.В., ОАО «Корпорация «Комета» [email protected] Захарова С.С., НИУ Высшая школа экономики [email protected]
сертификационные
Аннотация В работе предложен алгоритм моделирования сертификационных
испытаний радиоэлектронных средств по эмиссии кондуктивных радиопомех. Намечены задачи, решение которых необходимо для построения целостной теории на уровне практической применимости.
1 Введение
В настоящее время методы расчетного исследования процессов широко внедрены во многие сферы науки и техники. Это обусловлено как сложностью разнородных процессов, подлежащих анализу, так и высокой стоимостью натурных
экспериментов. Не обошла стороной эта тенденция и такое направление радиотехники, как электромагнитная совместимость (ЭМС).
Как известно, в проблему обеспечения ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) обычно вкладывают две составляющие. Первая из них связана со стойкостью РЭС к внешним электромагнитным воздействиям и состоит в том, что электронные устройства должны работать без ухудшения качества сверх допустимого при воздействии внешних электромагнитных излучений и связанных с ними кондуктивных помех. Вторая составляющая ЭМС устанавливает, что эмиссия излучаемых и кондуктивных радиопомех, оцененная в регламентированных условиях, не должна превышать установленные нормы.
Измерение показателей помехоэмиссии связано с использованием дорогостоящих средств измерений и невозможно на этапе проектирования РЭС, когда закладываются основные технические решения,
нацеленные на обеспечение ЭМС. Соответственно, разработчик РЭС не имеет гарантий, что после изготовления объект проектирования пройдет
Для была
по этого теория
испытания решения развита сертификационных эмиссии излучаемых наиболее полном виде
помехоэмиссии. противоречия моделирования испытаний по радиопомех, в изложенная в [1].
Вместе с тем, аналогичная задача существует и для кондуктивных помех. Впервые она была поставлена в работе [2]. Настоящая публикация имеет своей целью дальнейшую проработку теории виртуальной сертификации по эмиссии кондуктивных радиопомех.
2 Реализация процедуры виртуальной сертификации по эмиссии кондуктивных радиопомех
Современные стандарты, в частности, [3], устанавливают порядок проведения испытаний по эмиссии кондуктивных радиопомех, проанализированный в [2] и заложенный в основу прорабатываемого подхода к моделированию.
Для выполнения расчетной оценки эмиссии кондуктивных радиопомех следует провести моделирование процесса измерений. Для этого должен быть подготовлен проект РЭС, включающий схемную и конструкторскую части. Несмотря на распространение
кондуктивных помех в проводниках, значительную роль здесь играет пластина заземления. Учет её влияния обеспечивается введением паразитных емкостных связей между элементами РЭС, проводами и пластиной заземления.
Исследуемый процесс должен анализироваться путем схемного моделирования во временной области с использованием моделей измерительных приемников, предложенных в работах [4, 5]. Они пригодны для анализа кондуктивных помех.
Концепция виртуальной сертификации РЭС по эмиссии кондуктивных радиопомех
состоит в том, что после создания схемно-топологического и конструкторского проекта РЭС формируется специальная схемная модель, включающая
представление эквивалента сети, измерительного приемника и условий измерений. Далее для выбранных частот анализа и установленных стандартами параметров измерительного приемника выполняется моделирование, дающее оценку эмиссии кондуктивных помех. Такое представление о виртуальной сертификации по эмиссии кондуктивных радиопомех необходимо формализовать в виде алгоритмизированной методики.
На рис. 1 представлена схема алгоритма методики моделирования
сертификационных испытаний по эмиссии кондуктивных радиопомех. Она начинается с постановки задач моделирования, которая в стандартном виде предполагает расчет максимальных оценок помехоэмиссии путем моделирования стандартной схемы измерений и включенного в ее состав оборудования, удовлетворяющего
требованиям стандартов [6, 7]. Расчет проводится в целях последующего сопоставления с нормами помехоэмиссии, установленными для данного класса оборудования. На этом этапе определяют общий состав оборудования и полосу исследуемых частот.
Анализ задач выполнения моделирования направлен на определение потенциальной возможности их осуществления. На этом этапе на основе экспертных мнений оценивается возможность получения адекватных результатов оценки
помехоэмиссии с учетом сложности РЭС и других факторов.
В ходе анализа исходных данных проверяют наличие информации, на основе которой может быть построена схемная модель РЭС и эксперимента в целом в полноте, достаточной для получения оценок помехоэмиссии. Сюда следует отнести модели компонентов РЭС, задействованных в моделировании и необходимых для расчета токов и напряжений в модели схемы измерений, информацию об электрофизических свойствах пластины заземления и материалов РЭС. Для проведения моделирования необходимо иметь данные о конструкции РЭС.
Следующим пунктом алгоритма выступает определение конкретных частот, на которых будет выполняться оценка уровня помехоэмиссии. В случае, если РЭС создает широкополосные помехи, целесообразно воспользоваться
рекомендациями стандарта [3], который устанавливает обязательность измерений на частотах 0,010; 0,015; 0,025; 0,04; 0,06; 0,07; 0,10; 0,16; 0,24; 0,55; 1,0; 1,4; 2,0; 3,5; 6,0; 10; 22; 30 МГц. Эта норма применяется в основном для излучаемых помех, но ее действенность подтверждена и при измерениях кондуктивной помехоэмиссии.
Начало
Постановка задач
выполнения моделирования
Анализ достаточности исходных данных
I
т
Анализ задач выполнения моделирования
Определение частот анализа помехоэмиссии Формирование задания на моделирование
Определение режима функционирования РЭС
Дополнение схемы элементами, моделирующими наличие пластин заземления
Рис. 1. Схема алгоритма методики моделирования сертификационных испытаний РЭС по эмиссии кондуктивных радиопомех
Далее формируется задание на моделирование и определяется
необходимый режим функционирования
РЭС, который должен характеризоваться наибольшей помехоэмиссией. На практике такой режим обычно определяется экспериментально, однако для проекта РЭС его, очевидно, следует выбирать по другим критериям.
Следующий этап алгоритма очень важен для получения качественных результатов моделирования, и он связан с определением границ исследуемой схемы РЭС. Очевидно, что сложные РЭС затруднительно промоделировать целиком на уровне электрической схемы, что связано с большими вычислительными и временными затратами. Кроме того, на эмиссию кондуктивных помех точки подключения РЭС проверяют по отдельности. Помехи, формируемые в удаленных от контрольной точки узлах РЭС, будут значительно ослаблены при прохождении к этой точке. Поэтому целесообразно для анализа выбирать только часть схемы, близко расположенную к текущей контрольной точке.
На следующих этапах выполняется построение схемы замещения РЭС и дополнение его элементами,
моделирующими наличие пластин заземления. Вероятнее всего, с учетом невысоких частот это будет совокупность сосредоточенных емкостей.
Далее, на основе информации, приведенной в стандарте [3], а также в книге [4] выбирают схемные модели эквивалентов сети и измерительных приемников. Проведенные ранее исследования показали чувствительность моделей измерительных приемников в смысле снижения точности к шагу по времени, который следует выбирать с учетом в т.ч. и текущей частоты анализа. В составе модели измерительного приемника должна использоваться подходящая схема замещения детектора. При исследованиях кондуктивных помех обычно используются детекторы квазипиковых и средних значений.
Моделирование во временной области дает оценку помех на конкретной частоте анализа. Далее, согласно алгоритму на рис. 1, в случае выполнения всех задач моделирования переходят к оценке неопределенности результатов оценки помехоэмссии по модели. Это необходимо для корректного сопоставления результатов
моделирования и норм на помехоэмиссию. Если неопределенность выше 4 дБ для частот от 9 до 150 кГц или выше 3,6 дБ для частот от 0,15 до 20 МГц (эти значения считаются стандартными), то нормы помехоэмисии ужесточаются
соответствующим образом.
По результатам сопоставления с нормами помехоэмиссии для ряда исследованных частот формулируется вывод о соответствии проекта РЭС нормам по эмиссии кондуктивных радиопомех.
3 О необходимости научной
проработки отдельных вопросов теории виртуальной сертификации по эмиссии кондуктивных радиопомех
На пути практического использования представленного алгоритма имеется одна существенная проблема. Поскольку в сфере ЭМС моделирование сертификационных испытаний ранее касалось только излучаемых радиопомех, то, скажем, задача моделирования измерительных приемников уже решена. С другой стороны, многие вопросы еще не проработаны. В частности:
- не определены принципиальные ограничения для виртуальной сертификации по эмиссии кондуктивных радиопомех и границы применимости рассматриваемой теории;
- не вполне ясен принцип расчета номиналов элементов, моделирующих наличие пластин заземления как протяженных проводящих структур вблизи РЭС, хотя совершенно очевидно, что в них будут индуцироваться токи, в т.ч. за счет емкости;
- отсутствуют критерии выбора режима функционирования РЭС, для которого помехоэмиссия будет максимальной, что может привести к неоднозначности трактовки результатов моделирования;
- отсутствуют критерии выбора фрагмента схемы РЭС для анализа кондуктивных помех, которые были бы основаны на оценке ослабления радиопомех в цепях РЭС за счет естественной фильтрации и формировались бы в терминах количественных оценок;
- не разработаны модели элементов РЭС, учитывающие формируемые ими радиошумы (диапазон частот - до 30 МГц);
- отсутствуют модели эквивалентов сети, позволяющие учесть потери, характерные для них на частотах выше 20 МГц и связанные с неидеальностью элементов эквивалентов сети;
- существующие схемные модели измерительных приемников не оптимальны с точки зрения вычислительных затрат, и максимально допустимый шаг моделирования во временной области будет зависеть от текущей частоты анализа. Возможно, модели измерительных приемников могут быть упрощены и усовершенствованы;
- отсутствует методика оценки неопределенности результатов расчетной оценки эмиссии кондуктивных радиопомех.
Таким образом, виртуальная
сертификация РЭС по эмиссии кондуктивных радиопомех может быть развита до уровня практического применения только в случае качественной проработки этих вопросов.
4 Заключение
На текущий момент рассматриваемое научное направление находится в стадии становления. Несмотря на существенный прогресс в области математического моделирования, задача расчетной оценки эмиссии кондуктвиных радиопомех на стадии проектирования РЭС до настоящего времени не решена.
Предложенный в работе алгоритм может быть признан применимым в инженерном деле в случае наличия однозначных рекомендаций по выполнению каждого из его этапов, в т.ч. основанных на решении указанных научно-практических задач.
Виртуальная сертификация РЭС по эмиссии излучаемых радиопомех как научно-прикладное направление будет прорабатываться как целостность в ближайшее время.
Список литературы
1. Лемешко Н.В. Теоретические основы моделирования сертификационных испытаний радиоэлектронных средств по эмиссии излучаемых радиопомех. Монография. — М.: МИЭМ, 2012. — 196 с.
2. Лемешко Н.В., Захарова С.С., Пронина И.А. Виртуальная сертификация по эмиссии кондуктивных помех: постановка проблемы.
— Труды НИИР, сборник научных статей / Под ред. Бутенко В.В. — М.: НИИР, 2016, №2. — с.65-70.
3. ГОСТ 51320-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств — источников индустриальных помех» — М.: Издательство Стандартов, 2000. — 39 с.
4. Лемешко Н.В. Теоретические основы моделирования сертификационных испытаний радиоэлектронных средств по эмиссии излучаемых радиопомех. Монография. — М.: МИЭМ, 2012. — 196 с.
5. Лемешко Н.В. Методология моделирования сертификационных испытаний радиоэлектронных средств по эмиссии излучаемых радиопомех. — Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук, 2014 г.
6. ГОСТ Р 51319-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний». — М.: Издательство Стандартов, 2000. — 57 с.;
7. ГОСТ Р 51318.16.1.1-2007 «Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к аппаратуре для измерения параметров индустриальных радиопомех и методы измерений. Часть 1-1. Аппаратура для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости. Приборы для измерения индустриальных радиопомех».
— М.: Стандартинформ, 2008. — 58 с.
