МЕТОДОЛОГИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА В ИНТЕРЕСАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

12.11.2012 /Статьи

В работе представлены основные положения методологии  по рациональному размещению технических средств подвижного объекта в интересах обеспечения электромагнитной совместимости.

The paper presents the fundamentals of methodology of rational allocation of mobile object hardware to ensure electromagnetic compatibility.

Ключевые слова: методология, электромагнитная совместимость.

Key words: methodology, electromagnetic compatibility.

С развитием сетей подвижной связи в целях обеспечения обмена всеми видами информации к подвижным объектам предъявляются новые требования, которые ведут к увеличению в составе ПО технических средств (ТС), предназначенных для приема, передачи и обработки информации. Техническое средство может быть радиоэлектронным средством, средством вычислительной техники, средством электронной автоматики, электротехническим средством, а также изделием промышленного, научного или медицинского назначения [1]. Однако увеличение концентрации технических средств в подвижных объектах неизбежно влечет за собой трудности обеспечения объектовой электромагнитной совместимости (ЭМС). Острота проблемы обеспечения объектовой ЭМС определяется, с оной стороны опережающим развитием количества ТС по сравнению с их качественными возможностями, с другой стороны опережающим возрастанием потребности в частотном ресурсе по сравнению с темпами его освоения.

Решение проблемы ЭМС возможно с использованием технических и организационных мероприятий (рис. 1). Вопросы ЭМС должны подниматься на всех этапах от проектирования до создания и применения ТС в составе ПО, причем возможно на ранних стадиях. По мере завершения разработки РЭС набор доступных мер борьбы с помехами уменьшается, а их стоимость возрастает [5,7]. Исключение влияния помех на ранних стадиях проектирования ПО, дает лучшие результаты и экономически более оправдано. Своевременно принятые меры при проектировании ПО позволяют избежать значительную часть потенциально возможных трудностей связанных с влиянием непреднамеренных помех.

Рис. 1

Обобщенная классификация методов обеспечения ЭМС ТС ПО

Для технических средств, устанавливаемых в подвижном объекте нормативными документами, определен предельный уровень напряженности ЭМП при поэкземплярном стендовом контроле (рис. 2а). Однако вследствие увеличения концентрации технических средств в подвижных объектах уровень непреднамеренных помех многократно возрастает (о чем свидетельствуют результаты натурных испытаний (рис. 2б)), что приводит к трудностям обеспечения объектовой ЭМС.

Для разработки модели взаимного влияния технических средств подвижного объекта с учетом сложной геометрии граничных условий и необходимости расчета напряженности электромагнитного поля в ближней зоне излучения наиболее подходящим является метод конечных разностей во временной области (КРВО). Этот метод основан на численном решении уравнений Максвелла и предполагает использование центрально-разностных приближений вместо пространственных и временных производных электрического и магнитного полей [2, 4, 6-8]. Этим обеспечивается дискретное представление непрерывного ЭМП в рассчитываемой области пространства на некотором временном интервале

Рис. 2

(а) Максимальный уровень электромагнитных помех от технических средств, размещаемых в подвижных объектах;

(б) уровень электромагнитных помех в подвижном объекте при функционировании

технических средств

Для расчета напряженности электромагнитного поля методом конечных разностей во временной области вся рассчитываемая область разбивается на элементарные ячейки (рис. 3а), задаются начальные и граничные условия, после чего проводится последовательный расчет всех проекций составляющих электрического и магнитного полей (рис. 3б). Точность метода зависит от выбранного соотношения размера пространственной ячейки и длины волны. При дискретизации волны 1/60 погрешность не превышает 7%.

Адекватность используемого метода подтверждается результатами решения тестовой задачи о моделировании излучения электромагнитного поля элементарным диполем. При достаточно малой величине дискретизации волны (1/80) разница в результатах аналитического и численного решения не превышает 4% (рис. 4) при условии устоявшегося режима колебаний.

Рис. 3

Трехмерная ячейка КРВО в декартовой системе координат (а) и проекции составляющих электромагнитного поля (б)

Рис. 4

Сравнение результатов аналитического расчета и численного моделирования

излучения точечного излучателя

Для моделирования функционирования технического средства в ограниченный металлическими стенками объем, имитирующий его корпус, помещен точечный излучатель (рис. 5б). Характеристики точечного излучателя выбраны таким образом, что уровень напряженности электромагнитного поля на расстоянии 1 м от его корпуса не превышает значений, определенных нормативными документами для технических средств, размещаемых в НПО: