Составитель Д. Р. Ж. Уайт.
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи.
Выпуск 3.
Измерение электромагнитных помех и измерительная аппаратура
Сокращенный перевод с английского под редакцией А. Д. Князева
«Советское радио» 1979
Описываются методы измерения электромагнитных помех (ЭМП). Рассматриваются условия измерения ЭМП в открытом пространстве и в экранированных камерах. Приводятся сведения об аппаратуре, применяемой в США для измерения ЭМП. Предназначена для специалистов, работающих в области ЭМС и радиоизмерений. Может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов радиотехнических вузов.
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Вып. 3. Измерение электромагнитных помех и измерительная аппаратура: Сокр. пер. с англ./Под. .ред. А. Д. Князева.-—М.: Сов. радио, 1979. — 464 с, ил. — Перевод, изд.: A Handbook Series on Electromagnetic Interference and Compatibility. By Donald R. J. White. Published by: Don White Consultants, Inc. Germantown, Maryland, 1976.
Содержание книги
Измерение электромагнитных помех и измерительная аппаратура
Предисловие редактора перевода
Предисловие
Глава I. Обзор методов измерения электромагнитных помех
1.1. Основные положения
1.1.1. Измерения ЭМП на низшем уровне (10). 1.1.2. Измерения ЭМП на среднем уровне (10). 1.1.3. Измерения ЭМП на высшем уровне (11).
1.2. Измерения иа уровне компонентов и аппаратуры
1.2.1. Предварительные измерения в процессе разработки изделия (11).
1.2.2. Измерения на соответствие требования НТД на низшем уровне
(12). 1.2.3. Испытания фильтров и экранированных помещении (16).
1.3. Испытания систем и средств подвижных объектов
1.3.1. Испытания систем иа ЭМС (17). 1.3.2. Испытания по MIL-E-605ID (18).
Глава 2. Основные понятия
2.1. Основные понятия в области ЭМП, распространяющихся в электрических цепях и излучаемых в пространство
2.1.1. Единицы измерения мощности, напряжения и тока ЭМП в электрических цепях (проводах) (20). 2.1.2. Полное сопротивление передачи токосъемника (27).
2.1.3. Ближнее и дальнее поля (27). 2.1.4. Единицы измерения электрического поля (33). 2.1.5. Единицы измерения магнитного ноля (33).
2.1.6. Антенный фактор измерительной приемной антенны (35). 2.1.7. Антенный фактор передающей антенны (38).
2.2. Переходные процессы
2.2.1. Источники переходного процесса (42). 2.2.2. Пример переходного процесса (43).
2.3. Узкополосные и широкополосные излучения
2.3.1. Трактовка понятий «узкополосный» и «широкополосный» (44).
2.3.2. Узкополосные излучения и их определение (44). 2.3.3. Широкополосные излучения и их определение (46).
2.3.4. Когерентные и некогерентные широкополосные излучения (47).
2.4. Функции детектора измерительного приемника
2.4.1. Пиковое детектирование (50). 2.4.2. Детектирование с компенсацией (52). 2.4.3. Квазипиковое детектирование (53).
2.4.4. Детектирование среднего значения огибающей (55). 2.4.5. Детектирование среднего квадратического значения (56).
2.4.6. Распределение вероятностей амплитуд (57).
Список литературы к главам 1, 2
Глава 3. Измерительные приборы и устройства для проведения испытаний
3.1. Основные виды испытаний
3.1.1. Испытания в полевых условиях (60). 3.1.2. Частичное экранирование при полевых испытаниях (62). 3.1.3. Экранирование помещения (64).
3.1.4. Безэховые камеры (65).
3.2. Антенны
3 2 1. Антенны и пробники для измерений электрического поля, диапазон 20 Гц — 50 кГц (69).
3.2.2. Антенны и пробники для измерений магнитного поля, диапазон 20 Гц-50 кГц (69).
3.2.3. Антенны для измерений электрического поля, диапазон 14 кГц — 30 МГц (70).
3.2.4. Антенны и пробники для измерения магнитного поля, диапазон 14 кГц — 30 МГц (73).
3.2.5. Передающие и приемные антенны, диапазон 20 МГц—1 ГГц (73).
3.2.6. Передающие и приемные антенны, диапазон 1—40 ГГц (78)
3.3. Камеры для испытаний на восприимчивость
3.3.1. Низкочастотная камера — каркас, диапазон до I МГц (81). 3.3.2 Камера с длиннопроводной аитениой, диапазон до 30 МГц (82).
3.3.3. Камера — линия из параллельных пластин, диапазон до 30 МГц (88)
3.4. Датчики помех, распространяющихся в проводах
3.4.1. Конденсатор емкостью 10 мкФ (94). 3.4.2. Токосъемники (95). 3.4.3. Согласующий трансформатор токосъемника и инверсный усилитель (96).
3.4.4. Сетевые режекторные фильтры (98). 3.4.5. Токоизмерительные пробники (98). 3.4.6. Поголщающие клещи (100).
3.4.7. Эквиваленты сети (100). 3.4.8. Пробники напряжения (103. 3.4.9. Разделительный НЧ трансформатор (103)
3.4.10. Разделительные ВЧ цепи (104). 3.4.11. Фильтры нижних частот (105). 3.4.12. Режекторные ВЧ фильтры (106).
3.5. Приемники и анализаторы спектра
3.5.1. Приемники для измерения ЭМП (107). 3.5.2. Анализаторы спектра (120).
3.6. Калибровка приборов, используемых для измерения восприимчивости
3.6.1. Генераторы импульсов (124). 3.6.2. Генераторы остроконечных импульсов (129).
3.6.3. Свип-генераторы (132). 3.6.4. Мощные генераторы и усилители мощности (134).
Глава 4. Калибровка и корректировка измерительной системы
4.1. Спектральные характеристики и полоса измерительной системы
4.1.1. Энергетический спектр генератора импульсов (141). 4.1.2. Импульсная полоса пропускания измерительного приемника (149).
4.2. Антенные факторы
4.2.1. Высота и эффективность антенны (154). 4.2.2. Согласование условий применения антенн, указанных в различных стандартах (156).
4.2.3. Условия пользования антенной (158).
4.3. Измерения тока
4.3.1. Токосъемники (160). 4.3.2. Конденсатор развязки емкостью 10 мкФ (162). 4.3.3. Развязка с помощью эквивалента сети (164)
4.3.4 Разделительный НЧ трансформатор (165).
4.4. Измерения напряжения
4.4.1. Эквиваленты сети (168). 4.4.2. Блок связи (169)
4.5. Калибровка измерителей помех и самописцев
4.5.1. Пиковый детектор измерительных систем (170). 4.5.2. Калибровка самописцев по частоте (171).
4.5.3. Широкополосная калибровка с помощью генератора импульсов (173). 4.5.4. Узкополосная калибровка (173).
4.5.5. Контрольная калибровка бланка самописца (175). 4 56 Бланк для записи при иногодиапазонных измерениях (175).
4.5.7. Запись на бланк норм на ЭМП, распространяющиеся в проводах (179) 4.5.8. Запись на бланк норм на излучаемые ЭМП (182).
4.5.9. Пример измерения излучаемых ЭМП (183).
4.6. Калибровка комбинации детекторов пикового и среднего значений
4.6.1. Одновременное детектирование пикового и среднего значений
4.7. Калибровка анализатора спектра
4.7.1. Калибровка экрана анализатора спектра (191).
Список литературы к главе 4
Глава 5. Анализ погрешностей измерений
5.1. Типы погрешности измерений
5.1.1. Систематические погрешности (195). 5.1.2. Случайные погрешности (197). 5.1.3. Сочетание систематических и случайных погрешностей (200).
5.1.4. Источники погрешностей измерений (201).
5.2. Инструментальные погрешности
5.2.1. Погрешности, связанные с измерительной антенной (203). 5.2.2. Погрешности, обусловленные расположением антенны в экранированном помещении (210).
5 2.3. Погрешности, обусловленные токосъемниками и эквивалентами сети (218). 5.2.4. Погрешности, вносимые элементами связи датчиков с приемником (219).
5 2.5. Погрешности, обусловленные каскадами приемника до детектора (220).
5.2.6. Погрешности, обусловленные последетекторными каскадами приемника и выходными регистрирующими устройствами (223).
5.3. Погрешности калибровки
5.3.1. Погрешности уровня сигнала генератора импульсов (224). 5.3.2. Погрешности выходного уровня генератора сигналов (224).
5.3.3. Погрешности из-за разной длины ВЧ кабеля (224). 5.3.4. Погрешности при измерении импульсной полосы пропускания (225).
5.3.5. Погрешности источников когерентных и некогерентных сигналов (225). 5.3.6. Погрешности из-за нестабильности коэффициента усиления (225).
5.3.7. Пример расчета. Суммирование погрешностей калибровки и инструментальной погрешности (226).
5.4. Погрешности испытательной установки и методики измерения
5.4.1. Погрешности из-за градиента поля, зависящие от размещения испытуемого изделия (226).
5.4.2. Погрешности из-за градиента поля, связанные с шириной основного лепестка измерительной антенны (229).
Список литературы к главе 5
Глава 7. Методы измерения уровней помех, распространяющихся в проводах
7.1. Измерения уровней помех, распространяющихся в проводах питания постоянного и переменного токов
7 1.1. Метод СЕ01. Испытания проводов сети питания, диапазон 30 Гц — 20 кГц (278).
7.1.2. Метод СЕ01. Испытания проводов сети питания постоянного тока, диапазон 30 Гц —50 кГц (290).
7.1.3. Метод СЕОЗ. Испытания проводов сети питания, диапазон 20 кГц — 50 МГц (291).
7.1.4. Метод СЕ07. 1. Испытания проводов питания. Остроконечные импульсы, временная область (292).
7.2. Измерение ЭМП, распространяющихся по проводам управления и сигнала
7.2.1. Метод СЕ02. Испытания проводов сигнала и управления, диапазон 30 Гц — 20 кГц (296).
7.2.2. Метд СЕ04. Испытания проводов управления и сигнала, диапазон 20 кГц — 50 МГц (301).
7.3. Измерение уровней помех, распространяющихся через антенный разъем
7.3.1. Стандартные нормы метода СЕ06 (304).
7.3.2. Схемы испытаний методом СЕ06 и подготовка к ним (306). 7.3.3. Методика испытаний СЕ06 (309).
Глава 8. Методы испытаний восприимчивости к помехам, распространяющимся по проводам
8.1. Испытания восприимчивости проводов питания
8.1.1. Метод CS01. Испытания проводов питания, диапазон 30 Гц — 50 кГц (313).
8.1.2. Метод CS02. Испытания проводов питания, диапазон 50 кГц — 400 МГц (318).
8.1.3. Метод CS06. Испытания иа восприимчивость к остроконечным импульсам в сетях питания (322).
8.2. Испытания восприимчивости приемников
8.2.1. Метод CS03. Интермодуляция, диапазон 30 Гц (15 кГц) — 10 ГГц (328).
8.2.2. Метод CS04. Каналы побочного приема, диапазон 30 Гц (15 кГц) — 10 ГГц (336).
8.2.3. Метод CS05. Перекрестная модуляция, диапазон 30 Гц (15 кГц) — 10 ГГц (341).
8.2.4. Сводка характеристик восприимчивости приемника (344).
8.3. Испытание восприимчивости цепей бесшумной настройки
8.3.1. Стандартные нормы метода CS07 (315). 8.3.2. Схема испытаний методом CS07 и подготовка к ним (345). 8.3.3. Методика испытаний CS07 (345).
Глава 9. Методы измерения помех, излучаемых в пространство
9.1. Методы измерения магнитного поля
9.1.1. Метод RE0I. Измерение магнитного поля (348). 9.1.2 Метод RE04. Измерения магнитного поля (354).
9.2.1. Стандартные нормы метода RE02 (357). 9.2.2. Схема измерений методом RE02 и подготовка к ним (363).
9.2.3. Методика испытаний RE02 (370) 9.2 4. Техника измерений с помощью поглощающих клещей (372)
9.3. Метод RE03. Измерение побочных излучений и гармоник
Q3 1 Стандартные нормы метода RE03 (376). 9.3.2. Подготовка к измерениям и выбор измерительного оборудования (377).
9.3.3. Схема измерений методом RE03 и подготовка к ним (381). 9.3.4. Методика испытаний RE03 (384).
9 4. Метод RE05. Измерение помех, излучаемых транспортными средствами и оборудованием с приводными двигателями
9.4.1 Стандартные нормы метода RE05 (387). 9.4.2. Схема измерений методом RE05 и подготовка к ним (388). 9.4.3. Методика испытаний RE05 (390).
9 5. Метод RE06. Измерение уровня помех, излучаемых воздушными линиями электропередачи
9 51 Стандартные нормы метода RE06 (393). 9.5.2. Схема измерений методом RE06 и подготовка к ним (394). 9.5.3. Методика испытаний RE06 (396).
Глава 10. Методы измерения восприимчивости к помехам, излучаемым в пространство
10.1. Метод RS01. Измерение восприимчивости к магнитному полю
10.1.1. Стандартные нормы метода RS01 (399). 10.1.2. Схема измерений методом RS01 и подготовка к ним (406). 10.1.3. Методика измерений RS01 (406).
10.2. Метод RS02. Измерение восприимчивости к магнитной индукции
10.2.1. Стандартные нормы метода RS02 (408). 10.2.2. Схема измерений методом RS02 и подготовка к ним (408). 10.2.3. Методика измерений RS02 (411).
10.3. Метод RS03. Измерение восприимчивости к электрическому полю
10.3.1. Стандартные нормы метода RS03 (412). 10.3.2. Схема измерений методом RS03 и подготовка к ним (414).
10.3.3. Методика измерений RS03 (418).
10.4. Метод RS04. Измерение восприимчивости к электрическому полю
Глава 11. Автоматические измерительные системы
11.1. Этапы развития автоматических систем
11.1.1. Автоматические системы для измерения ЭМП (422). 11.1.2. Автоматические системы измерений восприимчивости (423).
11.2. Модель 120А — автоматическая система измерений ЭМП, диапазон 20 Гц — 1 ГГц
11.2.1. Программирующее устройство (424). 11.2.2. Калибровка самописца (425). 11.2.3. Входные устройства (425). 11.2.4. Приемники (428).
11.2.5. Тракт промежуточной частоты (429). 11.2.6. Детектор и самописец (430). 11.2.7. Точность записи (431). 11.2.8. Заключение (432).
11.3. Модель 130А — автоматическая система измерений ЭМП, диапазон 20 Гц — 1 ГГц
11.3.1. Сетевые фильтры и измерительные приборы (435). 11.3.2. Датчики и переключатели (435). 11.3.3. Блок ВЧ (135).
11.3.4. Блоки настройки и преобразования частоты (436). 11.3.5. Блок обработки сигнала (437).
11.3.6. Программирующее устройство с блоком памяти и управляющий центр (438). 11.3.7. Вспомогательный программирующий блок (439).
11.4. Модель FSS-250 — автоматическая система измерений ЭМП, диапазон 20 Гц — 1 ГГц
11.4.1. Модель FSS-250DL (441). 11.4.2. Модель FSC-350 (442).
11.5. Модель 140А — автоматическая система измерений ЭМП, диапазон 1—10,5 ГГц 443
11.6. Полуавтоматические системы измерений ЭМП
11.6.1. Модель 7899, диапазон 3 Гц — 1 ГГц (445). 11.6.2. Модель RS-160, диапазон 2 МГц—1 ГГц (447). 11.6.3. Модель ESR-810, диапазон 1 — 18 ГГц (449).
11.7. Модель 320А — автоматический испытатель восприимчивости РЭС, диапазон 15 Гц — 1 ГГц
11.7.1. Краткое описание модели 320 А (451). 11.7.2. Структурная схема модели 320 А (453). 11.7.3. Особенности записи результатов измерений (454).
11.8. Модель 320AH/AVH — автоматический испытатель восприимчивости, диапазон 1—18 ГГц
11.9. Некоторые характеристики приемников для измерений ЭМП
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять». Эти слова Д. И. Менделеева с полным основанием можно отнести к возникшему направлению радиоэлектроники — теории и практике обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС). Значение техники радиоизмерений для развития этого направления трудно переоценить. Определение электромагнитной обстановки, уровней электромагнитных помех и технических "характеристик, влияющих на ЭМС, разработка методов и способов ослабления электромагнитных помех, стандартизация и совершенствование характеристик ЭМС, испытания на ЭМС радиокомплексов и отдельных РЭС, получение данных для расчетов условий, при которых обеспечивается ЭМС — все это базируется на возможностях техники радиоизмерений.
В свою очередь, развитие проблемы ЭМС не только расширяет область радиоизмерений (новые методы испытаний, новые типы радиоизмерительных приборов), но и приводит к необходимости совершенствовать научные основы радиоизмерений. Так, например, возникла потребность в развитии теоретических основ измерений электромагнитных помех в ближнем поле, испытаний различных средств (радиоэлектронных, электронных и электромеханических) в искусственных условиях, антенных измерений в широком (несколько октав) диапазоне частот. Сложность и большая трудоемкость радиоизмерений, связанных с определением ЭМС, привели к необходимости создания новых типов измерительной аппаратуры — автоматизированных измерительных комплексов.
Предлагаемый вниманию читателей третий выпуск справочно-методического пособия «ЭМС радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи» представляет собой сокращенный перевод 2-го тома многотомного справочника, составленного Д. Уайтом. Второе издание этого тома вышло в США в 1976 г. Его материалы тесно связаны с известными стандартами на ЭМС MIL-STD-461A/462, действующими в США с 1967—1968 гг., и их некоторыми модификациями, опубликованными в виде извещений к стандартам в 1969— 1973 гг. Глава 11, добавленная к выпуску, подготовлена по гл. 8 т. 4 того же справочника, выпущенного в США в 1971 г. Списки литературы, несколько сокращенные, помещены, как и в оригинале, в конце глав.
Как отмечено в вып. 1 настоящего справочно-методического пособия (с. 271), упомянутые стандарты, получившие широкую известность, содержат новые по сравнению с распространенными методы испытаний изделий. Подробные описания этих методов, а также авторские комментарии к ним интересны не только специалистам по радиоизмерениям, но и широкому кругу радиоспециалистов. Внимание могут привлечь методы испытаний в ближнем поле, особенности измерений в диапазонах, начинающихся от частот 20—30 Гц (распространенная практика от 150 кГц), измерения токов электромагнитных помех вместо измерений напряжений, применение специальных испытательных камер с высокой напряженностью поля (200 В/м) для измерений восприимчивости изделий, методы измерений помех от переходных процессов, специфика измерений уровней излучений в экранированной камере, описания генераторов импульсных сигналов, токосъемников, мощных генераторов сигналов, автоматизированных измерительных комплексов.
Вместе с тем следует заметить, что материалы выпуска в основном соответствуют стандартам MIL-STD-461A/462. Методы и техника измерений, разработанные CISPR, МЭК, МККР, RTCA, ARINC и другими организациями, в той или иной мере связанными с проблемой ЭМС РЭС, не затрагиваются, за некоторым исключением (описания, например, квазипикового детектора и поглощающих клещей). Не описываются также особенности натурных испытаний на ЭМС радиокомплексов и систем различных назначений.
Значительную трудность для перевода представляла неустановившаяся в отечественной литературе терминология в области ЭМС. Некоторые неточности оригинала были исправлены при переводе и редактировании. По ряду вопросов, нуждающихся в разъяснениях, в том числе связанных с терминологией, даны примечания редактора перевода.
Над переводом выпуска работал коллектив переводчиков: Б. В. Дашков, М. О. Левит, Л: А. Попова, Л. Г. Пучко, Т. О. Сергеева, О. М. Сироткина и В. М. Сотников.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Техника измерения и уменьшения уровня электромагнитных помех (ЭМП), ранее названных радиошумом, электрическим шумом или высокочастотными помехами, быстро развивается. Диапазон этих измерений — от нулевой частоты примерно до 40 ГГц. Электромагнитные помехи являются причиной, мешающей совместной работе средств радиовещания, телевидения, радиосвязи, радиолокации, навигации и множества радиоэлектронных, электрических и электромеханических устройств, аппаратов и систем в условиях общей электромагнитной обстановки. ЭМП могут нарушить радиоприем и функционирование стимуляторов сердечной деятельности, вызвать навигационные ошибки и много других неприятных, а иногда и катастрофических событий. Поэтому проблема «загрязнения» помехами радиочастотного спектра стала международной, и ее следует решать, соблюдая разумное соотношение между достигаемым эффектом и экономическими затратами.
В специальных журналах, трудах симпозиумов и т. д. публикуется много материалов, относящихся к ЭМП. Большинство из них — обзоры по разнообразным, не связанным между собой темам. Это огорчает как тех, кто впервые знакомится с проблемой ЭМП или электромагнитной совместимости (ЭМС), так и тех, кто уже получил в этой области полезные сведения и знает «как это делать». Поэтому одной из главных причин объединения взаимосвязанных сведений по проблеме ЭМС в серию справочников было желание, чтобы читатель не был введен в заблуждение ранее опубликованными, часто противоречивыми, запутанными и неполными материалами. Многое из изложенного в этих справочниках ранее не публиковалось.
Эта серия справочников названа «Электромагнитные помехи и совместимость». Том 1 охватывает вопросы ЭМП и нормативно-техническую документацию по ЭМП. В нем приведены перечень организаций и комитетов, занимающихся ЭМП, а также рассмотрены планы измерения и регулирования уровней ЭМП и технические отчеты об измерениях.
В томе 2 «Методы и процедуры измерения ЭМП» описаны калибровка измерительной аппаратуры, способы возбуждения и нагрузки испытуемых устройств, методы измерения ЭМП, распространяющихся в проводах и излучаемых в пространство, а также измерения восприимчивости к ним. При этом рассмотрены измерения на уровне узлов и блоков аппаратуры, а также систем.
В томе 3 «Методы и техника регулирования уровня ЭМП» рассмотрены методы прогнозирования ЭМП и борьбы с помехами внутри систем, а также устройства и материалы, используемые для подавления ЭМП. Основное внимание здесь обращено на применение заземлений и скрученных проводов, способы экранирования, фильтрации и подавления помех от нестационарных процессов.
Том 4 «Приборы и системы для измерения ЭМП» посвящен электромагнитной обстановке, в которой проводятся измерения, экранированным помещениям, измерительным приборам и датчикам, а также автоматическим измерительным системам. В томе 5 «Методы-прогнозирования и анализа межсистемных ЭМП» рассмотрено математическое моделирование характеристик антенн, передатчиков, приемников и среды распространения радиоволн. В нем приведены исходные данные для расчета и критерии оценки ЭМС, а также ручные и машинные методы расчета, иллюстрируемые большим числом примеров.
Второй том «Методы и процедуры измерения ЭМП» содержит сведения о большом количестве способов измерения. Описания типа «как это делать» иллюстрируются многочисленными рисунками, таблицами и примерами.
В него входит: обзор принципов измерений ЭМП и особенностей соответствующих измерительных приборов; основные определения, идеи, положенные в основу измерений и факторы, влияющие на калибровку измерительных приборов; способы подготовки испытуемых устройств к измерениям, включая их возбуждение и нагрузку; методы измерений ЭМП, распространяющихся в проводах и излучаемых в пространство, в соответствии с MIL-STD-462, а также сведения об используемых приборах. Кроме того, содержится анализ погрешностей измерительных приборов и самих измерений, приведены сведения о методах измерений по некоторым другим MIL-STD, указаны особенности измерений на уровне систем и устройств, используемых в подвижных объектах, и дан обзор электромагнитной обстановки в местах, где проводятся измерения.
Автор приглашает читателей этих томов и тех, кто будет использовать имеющуюся в них информацию, поддерживать с ним связь. Он особенно ждет их отзывы, вопросы и пожелания о необходимости дальнейших разъяснений. Поскольку планируются последующие издания этих и дополнительных томов, то любая дополнительная полезная информация, которая может быть доведена до инженеров, работающих в области ЭМС, и тех, кто проводит измерения, будет способствовать повышению уровня знаний и расширению опыта по проблемам ЭМП и ЭМС.
Джормантаун, Мэриленд, США
Октябрь 1974 г. Дональд Уайт
Скачать книгу Измерение электромагнитных помех и измерительная аппаратура. Москва, Издательство Советское радио, 1979
|
