Закрыть

Форма обратной связи

Отправить
mashtab

/812/309-03-21

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:

 

Рис. 5

Моделирование взаимного влияния антенн (а) и технических средств

наземного подвижного объекта (б)

Оценка степени взаимного влияния технических средств подвижного объекта проводилась по величине коэффициента развязки (8). Величина его определяется отношением мощности, наведенной в точке контроля, к мощности в точке возбуждения [4]:

При исследовании взаимного влияния антенн, размещаемых на наземном подвижном объекте (рис. 5а), необходимо введение таких граничных условий, чтобы при достижении передним фронтом волны границы расчетной области электромагнитная волна не отражалась от неё, а поглощалась. Т. е. необходимо введение границы, которая была бы прозрачной для волн, распространяющихся от излучателя. Такая структура позволит смоделировать «неограниченность» объема расчетной области. Граничные условия такого типа называют поглощающими граничными условиями (ПГУ).

Расчет дальности радиосвязи проводился по известным уровням напряженности в контрольных точках (рис. 6а).

Рис. 6

Определение координат контрольных точек (а) и напряженность

электромагнитного поля в них для обеспечения связи на заданное расстояние (б)

Минимальный уровень напряженности электромагнитного поля, при котором обеспечивается требуемый уровень полезного сигнала на входе приемника корреспондента, удаленного на определенное расстояние (рис. 5б), рассчитывается по формуле [2]