Измерения Измерения на открытых полигонах

Измерения на открытых полигонах считаются наиболее простым методом оценки ЭМС электронной аппаратуры. Важным параметром в данном методе служит ослабление полигона или вносимые потери между источником и приемникомприёмником. Точнее говоря, определяется отношение мощности, подводимой к антенне источника (или напряжения генератора сигнала источника), к мощности, развивающейся на сопротивлении нагрузки, соединеннойсоединённой с приемнойприёмной антенной (или к напряжению на этой нагрузке).

где Р_T – полная активная мощность, передаваемая антенной источника,

Р_R – мощность принятая щупом

Gs и Gp – соответственно коэффициенты усиления ближней зоны антенн источника и щупа,

d – расстояние между антеннами в метрах

l – длина волны в метрах.

Для определения ослабления полигона над землей устанавливают пару антенн: для передачи и для приемаприёма. В качестве "земли" может использоваться металлический экран. При использовании в роли экрана земли повторяемость измерений зависит от параметров почвы (для получения надежных результатов рекомендуется пользоваться металлической пластиной или экраном). При этом разность между измеренным ослаблением полигона и теоретической величиной для идеального полигона (бесконечно больших размеров и с идеальной электропроводностью) будет служить показателем несовершенства полигона.

В этом методе удобно выполнять испытания крупногабаритных и мощных ЭУ в широком частотном диапазоне. Методу присущи и очевидные недостатки, связанные с необходимостью иметь измерительный полигон значительных размеров и с тем, что окружающая местность не должна содержать металлических объектов. Кроме того, отсутствует изоляция измерительной установки от внешних электромагнитных воздействий. На установку дополнительно влияют неблагоприятные погодные условия, возможности проведения испытаний на излучение ограничиваются уровнем внешних шумов. Существенные затруднения вызывают расхождения между действительными значениями ослабления полигона (вносимых потерь) и данными, полученными аналитическими методами. Расхождение часто выходит за пределы допусков, когда антенны располагаются в непосредственной близости одна от другой (в пределах ближней зоны). Расхождение между результатами измерений и теоретическими данными обусловлено тем, что в обычных расчетахрасчётах используются импеданс антенны в свободном пространстве и условия дальней зоны и не учитывается влияние экрана и взаимной связи между двумя антеннами.

Антенный коэффициент определяется ее размерами (отношением длины диполя к радиусу и длине волны), импедансом, рабочей частотой. Наличие экрана изменяет импеданс антенны. Учет реальных коэффициентов и факторов, должен обеспечивать достаточную точность определения неизвестной напряженностинапряжённости электрического поля по данным измерений на открытом полигоне.

камеры Камеры с поперечной электромагнитной волной (ТЕМ- камеры)

Камера разработана как развитие варианта обычной экранированной камеры для испытаний аппаратуры на ЭМС и ЭМП. Ее применение наиболее эффективно на частотах ниже нескольких сотен мегагерц (»500).

Одно из основных ограничений, характерных для всех видов испытаний на ЭМС, связано с характеристиками антенны – источника сигнала. Типичные антенны пригодны для измерений в определенной частотной области и имеют ограниченное применение для оценки ЭМС в нестационарных импульсных режимах. Для получения точных результатов измерений пространственный разнос между антенной и испытываемой аппаратурой (ИА) должен быть достаточно большим, чтобы обеспечивались условия дальней зоны. часто требования, связанные с чувствительностью и с высокими уровнями испытательных полей, вынуждают проводить измерения в полях ближней зоны. При испытаниях важно также соблюдение требования однородности поля в объеме испытательного пространства. Большинство этих трудностей можно исключить, используя ТЕМ- камеры, так как они сами выполняют роль и датчика и излучателя, тем самым позволяют обойтись без антенн.

ТЕМ- камера – отрезок прямоугольной коаксиальной линии с суженными участками на обоих концах, работающей в режиме поперечной волны. Сужение служит в качестве перехода, согласующего камеру и коаксиальную линию со стандартными коаксиальными разъемами на концах камеры. С одного из концов камера нагружается сопротивлением, а к другому в зависимости от того, используется ли камера для испытаний на восприимчивость к излучениям или на излучение помех, присоединяется источник сигнала или приемникприёмник. ТЕМ- камера образует экранированный объем, в котором отсутствуют многократные отражения, наблюдающиеся в обычных экранированных камерах. Внешние сигналы не влияют на результаты измерения слабых излучений испытываемой аппаратуры, а создаваемое внутри камеры сильное испытательное поле для испытаний на восприимчивость не воздействует на внешние электронные устройства.

Чтобы обеспечить режим поперечной волны, камера должна выполняться в виде двухпроводной системы, в которой зоной для проведения испытаний служит область между внутренним и внешним проводниками (либо верхняя, либо нижняя часть). Обычно центральная перегородка (внутренний проводник) располагается на равном расстоянии от верхнего и нижнего внешних проводников, но для расширения одной из зон испытаний перегородка может смещаться в вертикальном направлении.

ТЕМ- камеры малогабаритны, просты в изготовлении, пригодны для проведения широкополосных измерений в режиме качания частоты и обеспечивают напряженностинапряжённости испытательных полей в широких пределах – от микровольт на метр до сотен вольт на метр. Затраты на изготовление ТЕМ- камеры значительно ниже, чем для безэховых или экранированных камер. Создаваемое между внутренним и внешним проводниками поле ТЕМ- волны очень точно имитирует поле плоской волны в свободном пространстве и отличается постоянной амплитудной и линейной фазовой характеристиками.

Применение ТЕМ-камер имеет ограничения. Полезный диапазон частот простирается от нуля до некоторого граничного верхнего значения, определяемого появлением высшей моды. Доступный для испытаний объем обратно пропорционален этому предельному значению частоты. Кроме того, размеры зоны испытаний должны быть малы по сравнению с этим предельным объемомобъёмом, чтобы структура поля, соответствующая идеальной поперечной волне в пустой камере, не претерпевала заметных возмущений.

Испытания на восприимчивость к излучениям в ТЕМ- камере.

Методика испытаний заключается в следующем:

Вначале производится установка испытываемого ЭУ и его центровка в нижней половине под перегородкой (или в верхней половине) на изолирующем диэлектрике из пенопласта толщиной около 2 2 см. Пенопласты с диэлектрической проницаемостью от 1,04 до 1,08 электрически почти "невидимы" (диэл. проницаемость воздуха 1,0) и служат хорошим опорным материалом. После размещения ЭУ производят его ориентацию относительно направления поляризации поля камеры, чтобы при необходимости испытания можно было провести повторно.

На втором этапе выполняются соединения с ЭУ, необходимые для работы и контроля характеристик. Соединения на входе и выходе ЭУ, а также кабели питания должны быть такими же, как и в рабочем режиме. Кабели должны нагружаться на эквивалентные сопротивления, обеспечивая имитацию эксплуатационных условий. Чтобы гарантировать воспроизводимость размещения кабелей, можно устанавливать в камере диэлектрические направляющие или держатели. Если для ВЧ- экранирования используется оплеткаоплётка, то она должна иметь электрический контакт с дном камеры, но не с корпусом ЭУ (если только не требуется общее для ЭУ и камеры заземление). Общее заземление может оказать влияние на результаты измерений восприимчивости. В качестве контрольных выводов для снятия данных и телеметрического исследования могут применяться линии высокого сопротивления из углепластика или волоконно-оптические линии, чтобы предотвратить взаимодействие со средой, в которой проводятся испытания. С помощью линий высокого сопротивления можно наблюдать сигналы с частотами до 1 кГц. Для контроля ВЧ- сигналов следует использовать волоконно-оптические линии.

На третьем этапе производится регистрация реакции устройства контроля ЭУ и измерительных приборов, контролирующих испытательное поле, при выключенном источнике ВЧ- сигнала. Затем включается источник ВЧ- сигнала, а уровень на выходе постепенно увеличивается, пока не будет достигнута требуемая для испытаний величина или пока устройства контроля реакции ЭУ не отметят возможность повреждения. Далее определяется профиль восприимчивости ЭУ для каждого положения и ориентации.

Размеры ЭУ должны быть малы по сравнению с внутренним объемомобъёмом испытательной камеры. Если это условие не выполняется, то ЭУ займетзаймёт значительную часть вертикального промежутка, что приведетприведёт к повышению напряженностинапряжённости поля. В таком случае - для оценки действительной напряженностинапряжённости поля может потребоваться определить эффективный промежуток, который зависит от высоты ЭУ. Результаты испытаний отражают совместное действие поля падающей ТЕМ- волны, созданной в камере, и полей рассеяния от ЭУ и его выводов, полей рассеяния датчиков контроля поля в области ближней зоны. Поле, отображаемое средствами контроля, может существенно отличаться от испытательного поля, что может привести к ошибочным заключениям. Целесообразно устанавливать датчики контроля поля в противоположной части камеры в положении (при симметричной камере), представляющем собой зеркальное отражение положения ЭУ.

Испытания на излучение. Электронная аппаратура, не рассчитанная на излучение, все же содержит источники, создающие непреднамеренные утечки энергии, электрические размеры которых можно считать малыми. Поэтому токи утечки на внешних поверхностях электронной аппаратуры, можно моделировать эквивалентными источниками в виде коротких электрических и магнитных диполей. Векторное суммирование полей этих диполей позволяет построить составной эквивалентный источник в виде трехтрёх ортогональных электрических и трехтрёх ортогональных магнитных дипольных моментов, каждый из которых характеризуется определеннымиопределёнными амплитудой и фазой (рис).

Если в центре ТЕМ- камеры поместить неизвестный источник, то его излучение наведетнаведёт основную ТЕМ- волну, распространяющуюся к обоим концам камеры. С помощью циркулятора, вводимого в контур, присоединенныйприсоединённый к выходу камеры (рис), можно измерить суммарную и разностную мощности и разность фаз между суммарным и разностным выходными сигналами.

Такой способ измерения разности фаз удобен, так как исключает необходимость в источнике эталонной фазы физически связанном с ЭУ. Для определения амплитуд и фаз неизвестных эквивалентных элементарных дипольных моментов, достаточно провести серию измерений мощности и разности фаз при шести различных ориентациях ЭУ, по результатам которых можно рассчитать детальную диаграмму излучения и полную мощность, излучаемую неизвестным источником в свободном пространстве.

В ТЕМ- камеру можно превратить обычную экранированную комнату, установив внутри плоскую пластину. Возможным вариантом ТЕМ- камер являются устройства с параллельными пластинами (на основе полосковой линии). Методика измерений та же, что и с ТЕМ- камерами, за тем исключением, что для предотвращения возможных повреждений или взаимодействия с расположенным вблизи оборудованием необходимо ограничить краевые поля параллельных пластин.