Фактори впливу та методи визначення електромагнітної обстановки офісного приміщення, Детальна інформація

Як електромагнітна завада (ЕМЗ) може сприйматись практично будь-яке електромагнітне явище в широкому діапазоні частот від одиниць, десятків герц до одиниць, десятків гігагерц. Перш ніж переходити до розгляду впливу ЕМЗ на електронну апаратуру та людину, спробуємо ввести деяку класифікацію електромагнітних завад [2].

Залежно від джерела ЕМЗ можна розділити на природні та штучні. Найбільш розповсюдженою природною ЕМЗ є електромагнітний імпульс при ударі блискавки. Штучні завади можна розділити на створювані функціональними джерелами і створювані нефункціональними джерелами. Термін функціональне джерело завади будемо використовувати у випадку, якщо для джерела створювана ЕМЗ є корисним сигналом. До таких джерел відносяться, насамперед ті, які передають пристрої радіозв'язку, а також апаратура, що використовує кола живлення для передачі інформації. Нефункціональними будемо називати джерела, що створюють ЕМЗ як побічний ефект у процесі роботи. До них можна віднести будь-які провідні комунікації, що створюють електромагнітні поля, комутаційні пристрої, ключові (імпульсні) блоки живлення апаратури і т.п. Електростатичний розряд (ЕСР) з тіла людини також може розглядатися як ЕМЗ, створювана нефункціональним джерелом. Принципова розбіжність між функціональними і нефункціональними джерелами полягає в тому, що для останніх рівень ЕМЗ часто можна знизити шляхом переробки конструкції джерела, у той час як для функціональних ЕМЗ такий шлях зазвичай виключається.

Залежно від середовища поширення ЕМЗ можуть розділятися на індукційні і кондуктивні. Індуктивними називають ЕМЗ, які поширюються в оточуючому середовищі. Кондуктивні ЕМЗ являють собою струми, які течуть по провідникам, елементам конструкції та землі.

(тобто, приблизно одну шосту довжини хвилі). Дальнім вважається поле на відстані більш (2…3)( від джерела. Особливістю ближнього поля є те, що в ньому хвильовий імпеданс ( відношення напруженостей електричного і магнітного полів ( визначається природою джерела випромінювання. В дальньому полі хвильовий імпеданс дорівнює хвильовому імпедансу середовища (для повітря і вакууму ( 377 Ом). У проміжній області між дальнім і ближнім полем відбувається поступовий перехід від одного типу поля до іншого.

.

.

.

Розподіл завад на індукційні та кондуктивні є умовним. Реально протікає єдиний електромагнітний процес, який торкається провідникового і непровідникового середовища. У процесі поширення завади можуть перетворюватися з індукційних в кондуктивні і навпаки. Так, змінне електромагнітне поле здатне створювати наведення в кабелях, що далі поширюються як кондуктивні завади. З іншого боку, струми в кабелях і колах заземлення самі створюють електромагнітні поля.

Умовність розподілу завад наочно виявляється, наприклад, в ході аналізу шляху проникнення високочастотних завад усередину електронної апаратури. Часто з'ясовується, що реальний шлях проникнення завади являє собою комбінацію металевих провідників і "доріжок" на платах апаратури ("кондуктивні ділянки") і паразитних ємнісних та індукційних зв'язків ("індукційні ділянки"). В результаті завада досягає високочутливих цифрових контурів апаратури, минаючи захисні елементи, які встановлені в розрахунку на кондуктивний характер завади.

Розподіл завад можна вважати відносно чітким лише в низькочастотній області, коли ємнісні та індуктивні зв'язки зазвичай малі. Однак і тут є виключення ( наприклад, точний аналіз розтікання струму через складний заземлювач у землю вимагає обліку як гальванічної, так і електромагнітної складової єдиного процесу.

Кондуктивні завади в колах, що мають більше одного провідника, прийнято також поділяти на завади "провід ( земля" ( несиметричні, загального виду, і "провід ( провід" ( симетричні, диференціального виду. У першому випадку ("провід-земля") напруга завади прикладена, як випливає з назви, між кожним із провідників кола і землею (рис. 1.1 а). В другому ( між різними провідниками одного кола (рис. 1.1 б). Зазвичай небезпечнішими для апаратури є завади "провід ( провід", оскільки вони виявляються прикладеними так само, як і корисний сигнал, до її інтерфейсних вузлів. Реальні завади найчастіше являють собою комбінацію завад "провід ( провід" і "провід ( земля". Потрібно враховувати, що несиметрія зовнішніх кіл передачі сигналів і вхідних кіл апаратури може викликати перетворення завади "провід ( земля" у заваду "провід ( провід". Це легко зрозуміти, розглядаючи спрощену схему на рис. 2: несиметрія зовнішніх кіл (Zl1\x2260Zl2) і вхідних кіл апаратури-приймача (Zi1\x2260Zi2) призводить до появи завади "провід ( провід", величина якої визначається за формулою:

, (1.1)

де Ud ( напруга завади "провід ( провід",

Uс ( напруга завади "провід ( земля",

Zі1, Zi2 ( опір зовнішніх кіл апаратури-приймача,

Zl1, Zl2 ( опір вхідних кіл апаратури-приймача.

Рисунок 1.1 ( Схема прикладання завади "провід ( земля" (а) і

"провід ( провід" (б)

Рисунок 1.2. Перетворення завади "провід ( земля" у заваду "провід ( провід".

В даному прикладі спрощення полягало в тім, що внутрішній опір приймача в режимі "провід ( провід" прийнято рівним нескінченності (тобто, як вимірник корисного сигналу включений ідеальний вольтметр). Детальніше електромагнітні завади радіоелектронних засобів розглянуті у працях [3-5].

Наступні два способи класифікації завад ґрунтуються на їхніх спектральних характеристиках. По-перше, ЕМЗ поділяються на вузькосмугові і широкосмугові. До перших зазвичай відносяться завади від систем зв'язку на несучій частоті, систем живлення змінним струмом і т.п. Їх відмінною рисою є те, що характер зміни завади в часі є синусоїдальним чи близький до нього. При цьому спектр завади близький до лінійчатого (максимальній рівень ( на основній частоті, піки меншого рівня ( на частотах гармонік).

Широкосмугові завади мають істотно несинусоїдальний характер і зазвичай виявляються у вигляді або окремих імпульсів, або їхньої послідовності. Для періодичних широкосмугових сигналів спектр складається з великого набору піків на частотах, кратних частоті основного сигналу. Для аперіодичних завад спектр є неперервним і описується спектральною щільністю. Типовими широкосмуговими завадами є:

( шум, створюваний у мережі живлення апаратури при роботі імпульсного блоку живлення;

( імпульси від блискавок та грозових розрядів;

( імпульси, створювані при комутаційних операціях;

( електростатичний розряд.

Іншою спектральною характеристикою є область частот, в якій лежить основна частина спектру завади. Умовно прийнято поділяти всі завади на низькочастотні і високочастотні. До перших зазвичай відносять завади в діапазоні до 9 кГц. У більшості випадків вони створюються силовими електроустановками і лініями. Високочастотні вузькосмугові завади (з частотою вище 9 кГц) зазвичай створюються різними системами зв'язку. Високочастотними є всі розповсюджені типи імпульсних завад.

Наведена класифікація не претендує на докладність та повноту, проте вона дозволяє ввести поняття, потрібні для подальшого викладання матеріалу. Така класифікація використовується інженерами, які працюють в області електромагнітної сумісності.

1.2 Класифікація впливу ЕМЗ по ступеню ураження приладів

Перш, ніж переходити до опису фізичних механізмів впливу ЕМЗ на апаратуру, розглянемо формальну класифікацію впливу ЕМЗ по ступеню ураження приладів. В діючих міжнародних стандартах та нормативних документах для цього використовуються так звані критерії якості функціонування апаратури під дією ЕМЗ ( сукупність властивостей та параметрів, які характеризують працеспроможність технічних засобів при дії завад. Вони використовуються для формалізації опису роботи апаратури під дією тієї чи іншої завади.