Испытания на электромагнитную совместимость

Явления, связанные с терминами "электромагнитная совместимость" и "электромагнитные помехи" имеют широкое распространение вследствие постоянно расширяющегося использования электроники и цифровых устройств в таких изделиях, как телевизоры, персональные ЭВМ, СВЧ- печи, транспортные системы и автомобили и т.д. ЭМС и ЭМП определяются следующим образом:

электромагнитная совместимость (ЭМС): Способность электронной аппаратуры или систем функционировать в предполагаемой рабочей электромагнитной обстановке при расчетных значениях параметров.

электромагнитные помехи (ЭМП): Искажение полезного электромагнитного сигнала электромагнитным возмущением.

Электромагнитные помехи (ЭМП) имеют сложный характер, поэтому важно их определение экспериментальными методами в процессе испытаний. Методика испытаний на электромагнитную совместимость ЭМС и защищенность к ЭМП существенно зависят от условий эксплуатации испытываемых ЭУ, их схемотехнических и конструктивных характеристик, частотного диапазона испытаний.

Один из первых зарегистрированных случаев ЭМП был описан в 1927 г. Федеральным управлением авиации США. Под действием помехи, создаваемой системой зажигания самолета, его высотомер давал неверные показания. В 1945 г. был опубликован первый военный стандарт ЭМС "Измерение помех; радиоаппаратура; методы для частот 150 кГц-20 МГц (для компонентов и блоков аппаратуры)"[12].

Часть электронного оборудования, например, передатчики, специально предназначены для подачи сигналов высокой частоты в антенны. Сигналы, которые излучаются на частотах, отличных от выбранных, нежелательны и называются паразитными, образуя одну из форм ЭМП. Другие виды электронного оборудования, например ЭВМ, проектируются из расчетарасчёта отсутствия излучения. В идеальном случае ЭВМ должна выполнять свои функции так, чтобы генерируемые в системе сигналы не излучались за ее пределы. Однако некоторые из внутренних сигналов не остаются целиком в системе и излучаются как ЭМП.

Основная цель испытаний на восприимчивость к излучениям заключается в установлении факта и причин воздействия ЭМ- энергии на электронное устройство, способного вызвать ухудшение характеристик этой аппаратуры. Поэтому сначала устанавливается критерий, позволяющий оценить степень ухудшения.

Установление электромагнитной совместимости (ЭМС) с электронным оборудованием обычно занимает два этапа. Первый заключается в проведении измерений, чтобы определить, не превышают ли пределы, заданные пользователем нежелательные сигналы, излучаемые аппаратурой (излучаемые ЭМП) и появляющиеся на шинах питания, шинах управления или шинах данных аппаратуры (ЭМП по шинам). На втором этапе электронная аппаратура подвергается воздействию электромагнитных полей (ЭМ) определенногоопределённого уровня на различных частотах, чтобы установить, может ли она удовлетворительно функционировать в заданных условиях эксплуатации. Проверка путемпутём воздействия на аппаратуру ЭМ - полей различной напряженностинапряжённости называется испытанием на восприимчивость или защищенностьзащищённость.

Помимо обязательных норм государственных и международных стандартов, существует ряд стандартов необязательного характера.

Применимость методов измерений, пригодных для проведения испытаний на ЭМС и ЭМП, зависит от следующих факторов:

1) диапазона частот,

2) габаритов испытательной аппаратуры;

3) пределов испытаний,

4) типов измеряемых полей (электрического или магнитного);

5) поляризации поля;

6) электрических характеристик испытательного сигнала (в частотной или временной области)

Т.к. каждому методу присущи те или иные ограничения, ни один из них не может считаться идеальным для всех видов испытаний. Далее рассматриваются методы, связанные с использованием:

1) открытых полигонов,

2) камер с поперечной электромагнитной волной (ТЕМ-камер),

3) реверберационных камер;

4) безэховых камер

Комплекс измерительных задач, возникающих при решении проблемы электромагнитной совместимости, достаточно широк. В него входят: измерение спектральных параметров излучений, измерения характеристик побочных излучений радиопередающих устройств; напряженности электромагнитного поля; частоты и стабильности частоты; диаграмм направленности антенн, уровней помех различного происхождения и др. При этом перечень основных измеряемых электрических величин невелик. Это частота, напряжение, ток, мощность. Одно из главных мест при измерении электромагнитной совместимости занимает измерение напряженности электромагнитного поля.

Электромагнитные волны, излучаемые антенной передатчика, и помехи на большом расстоянии от источника можно рассматривать в первом приближении как плоские волны. Электромагнитное поле плоской волны характеризуется системой трехтрёх взаимно перпендикулярных векторов.

где Е – вектор напряженностинапряжённости электрического поля; Н – вектор напряженностинапряжённости магнитного поля; П – вектор плотности потока мощности (вектор Пойнтинга), указывающий направление распространения электромагнитных волн. Численные значения этих векторов однозначно связаны между собой соотношениями Е/Н = 120p; П = Е×Н.

При измерениях напряженностинапряжённости электромагнитного поля достаточно измерить только одно из значений – Е, Н или П. НапряженностьНапряжённость электромагнитного поля оценивают по величине вектора электрического поля Е (мВ/м, мкВ/м). В диапазоне сантиметровых волн напряженностьнапряжённость поля более удобно определять по плотности потока мощности и измерять в ваттах на квадратный метр (Вт/м²).

Методы измерения напряженностинапряжённости поля зависят от величины измеряемого поля. Для измерения напряженностинапряжённости сильных полей используется метод непосредственной оценки, т.е. прямого измерения ЭДС, индуцированной в приемнойприёмной антенне. НапряженностьНапряжённость слабых электромагнитных полей измеряется методом сравнения ЭДС, индуцированной измеряемым полем в приемнойприёмной антенне с напряжением той же частоты, вводимым в антеннуот калибровочного генератора сигналов. При измерениях на частоте до 30МГц применяют рамочную (одновитковую или многовитковую) или штыревую антенну. В полосе частот от 30 до 300 МГц используют антенну в виде симметричного полуволнового диполя, а на частотах свыше 300 МГц – рупорные антенны.