Исследование электромагнитной совместимости радиотехнических средств, расположенных в непосредственной близости друг от друга Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396.9

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ БЛИЗОСТИ ДРУГ ОТ ДРУГА А.Н. Бабкин, С.А. Шерстюков

Рассмотрены вопросы обеспечения электромагнитной совместимости радиотехнических средств, расположенных в границах промежуточной зоны излучающих систем. Разработаны рекомендации по снижению внутрисистемных помех в действующих системах радиосвязи

Ключевые слова: электромагнитная совместимость, побочные излучения

При построении сетей подвижной радиосвязи (СПР) важными задачами являются оценка электромагнитной обстановки (ЭМО) в местах расположения базовых радиотехнических средств (РТС) и проведение мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) РТС.

Базовыми РТС являются стационарные радиостанции (СР) или ретрансляторы (РТР), антеннофидерные устройства (АФУ) которых располагаются в непосредственной близости друг от друга.

Освоение новых частотных диапазонов и необходимость размещения операторами РТС на высотных зданиях для обеспечения большей зоны покрытия, приводит к концентрации СР и РТР на ограниченной территории и ставит перед проектировщиками СПР задачу обеспечения ЭМС РТС и СПР. Практика эксплуатации СПР показывает, что АФУ СР и РТР могут располагаться друг от друга в границах промежуточной или дальней зонах излучающих систем, которые определяются выражением [1]:

2D 2 d > ■2— (м),

2

где Б - максимальный размер излучающей системы (антенны, м), X - длина волны (м). Как правило, расстояние й между АФУ РТС лежит в пределах:

2< й < 52,(м) (1)

Увеличение плотности размещения РТС при ограниченном частотном ресурсе приводит к увеличению взаимных помех и, как следствие, к ухудшению качества обслуживания абонентов.

Основными помехами, возникающими при работе РТС в данных условиях, являются помехи по соседнему и побочным каналам приема.

В [2] приводится методика анализа ЭМС РТС от влияния непреднамеренных помех, основанная на обеспечении определенных территориальных разносов между базовыми РТС.

Бабкин Александр Николаевич - ВИ МВД РФ, канд. техн. наук, доцент, е-тай: [email protected] Шерстюков Сергей Анатольевич - ВИ МВД РФ, канд. техн. наук, доцент, е-таД: [email protected]

Вначале определяется допустимая напряженность поля помехи Едоп в месте расположения приемной антенны по формуле:

Едоп = I7,6 + 2°1ё и0 + Бизб ~ 201ё 2 ~ &апрм ^фпрм

(дБ, относительно мкВ/м), (2)

где и0 - чувствительность приемника (ПРМ) РТС, мкВ; Бизб - избирательность ПРМ РТС по виду помех, дБ; X - длина волны несущего колебания, м; Сапрм - коэффициент усиления антенны ПРМ объекта воздействия помехи, дБ; Ьфпрм - потери в фидере ПРМ, дБ.

После этого определяется радиус зоны помех:

R,-,

= 10 К (км)

К =

доп

(3)

20

Данная методика применима для обеспечения ЭМС РТС, расстояния между которыми значительно превышают условие (1).

Проведем анализ электромагнитной совместимости двух РТС, расположенных в непосредственной близости друг от друга, расстояние й между которыми удовлетворяет (1).

Передатчики РТС являются источниками помех для ПРМ. Плотность мощности излучаемых ПРД на расстоянии й на входе исследуемых ПРМ Рпрм будет определяться выражением:

Р

Р

прм

4жй

2 ^апрд^апрм ! ^фпрд^фпрм (Вт ! м ) ' (4)

где Рпрд - мощность излучения ПРД, Вт; Оапрд и Ьапрд - соответственно усиление антенны и потери в фидере ПРД, Оапрм и Ьапрм - соответственно усиление антенны и потери в фидере ПРМ.

Зная мощность излучения ПРД и мощность сигнала на входе исследуемого ПРМ, можно определить потери сигнала Ьп на расстоянии й:

Р

прд

Р

(дБ)

(5)

прм

Обозначим уровни побочных излучений и излучений в соседнем канале на выходе ПРД соответственно Рск и Рпк, на входе ПРМ Рп

В соответствие с выражением (5)

и Р

прмск 1 прмпк•

Р = Р / т

х прмск х ск ' ^п ’

Р = Р / т

х прмпк х пк ' ^п ■

\У

■е—

В свою очередь

Рпрмск = Рпрд / Qск,

Рпрмпк = Рпрд / Qпк,

где Qск и Qпк - соответственно, ослабления уровней излучений по соседнему и побочным каналам приема ПРД.

В соответствии с [3, 4] уровень побочных излучений и излучений в соседнем канале ПРД при работе в СПР с шагом сетки рабочих частот 25 кГц и выходной мощностью не более 25 Вт составляет не более 2,5 мкВт, с шагом сетки рабочих частот 12,5 кГц уровень побочных излучений составляет не более -60 дБ, уровень излучений в соседнем канале -не более 2,5 мкВт.

Критерием ЭМС РТС является защищенность сигнала на входе исследуемого ПРМ по видам помех.

ЗС = Р / Р

пк х прм1 х прмпк

ЗС = Р / Р

-’^‘ск 1 прм 1 прмск

При этом

ЗС > К э^пк — эмс’

ЗС > К э^ск — эмс’

(7)

(8)

где Кэмс - критерий эффективности ЭМС РТС СПР.

Перепишем выражения (4) - (6) в относительных единицах.

Рпрм = Рпрд ^ (Оапрд ^ Оапрм ) -

1 (9)

- (Тфпрд ^ Тфпрм ) ^ 10 ^ 2 (дБм),

4жС

(10) (11) (12)

Тп Рпрд Рпрм(дБ),

Р,

Рп

прмск

= Рск - Тп (дБм),

прмпк Рпк Тп(дБм).

После преобразования (9) - (12) получим выражения для расчета (6) и (7) и оценки (8):

Рпрмск = Рск + Оа - Тф - 20^с - 11(дБм), (13)

Рпрмпк = Рпк + Оа - Тф - 20^С - 11(дБм), (14)

где

Оа = Оапрд ^ Оапрм (дБ),

Тф = Тфпрд ^ Тфпрм (дБ).

Решая (13) и (14), можно определить минимальные расстояния С между РТС СПР, обеспечивающие ЭМС в отношении помех по соседнему и побочным каналам приема.

Проведем анализ ЭМС двух РТС, расположенных на расстоянии, удовлетворяющих условию (1). На рис. 1 представлена структурная схема расположения РТС.

Пусть Рпрд=25 Вт (44 дБм), а чувствительность ПРМ РТС2 Рч=0,5 мкВ (-113 дБм). Защищенность сигнала (8) должна быть не менее 12 дБ (для аналоговых СПР).

ПРД ПРМ

\ -к Рщ

р мск

РТС1

РТС2

Рис. 1. Структурная схема расположения РТС

В соответствие с [3,4,5] Рск=Рпк<2,5 мкВт (-26 дБм). Положим, что Оа=Ьф=0 дБ.

Из (13) следует, что на расстоянии й=1 м

Рп

-37 дБм, а на расстоянии ё=5 м Рщ

к=-47

дБм.

Из [4, 5] следует, что для выполнения (8) защищенность сигнала должна быть для аналоговых систем не менее 12 дБ, цифровых систем не менее 6 дБ. На практике принимают защищенность сигнала, равную не менее 20 дБ (для обеспечения защиты от непредвиденных факторов: плохих разъемных соединений, погодных условий и т.д.).

В связи с этим, для выполнения (8) необходимо ослабить сигнал на входе ПРМ РТС2 при расстоянии 1 м на 96 дБ, при расстоянии 5 м - на 86 дБ. Это возможно сделать при применении специальных устройств (фильтров) в антенно-фидерных трактах РТС1 и РТС2. Фильтры применяются как в приемном, так и передающих трактах. Применение конкретного типа фильтра зависит от канального разноса РТС, требуемого ослабления помех.

Для узкополосных СПР, канальный разнос в которых составляет 25 кГц или 12,5 кГц (конвенци-альные сети одночастотного или двухчастотного симплекса, транкинговые сети) обеспечить требуемое подавление сигналов помехи по соседнему каналу в рассматриваемом примере достаточно проблематично. Это связано с трудностью изготовления фильтров с узкой полосой пропускания или режек-цией и, соответственно, требуемой величиной затухания помехи (даже при применении нескольких последовательно включенных фильтров). В этом случае обеспечение ЭМС должно быть только за счет территориального разноса РТС (й >>5Х).

Структурная схема обеспечения защиты ПРМ РТС от помех по побочным каналам приема с применением полосовых фильтров (ПФ) на выходе ПРД РТС представлена на рис. 2.

На этом рисунке Ьос1 - ослабление, вносимое ПФ в отношении помех по побочным каналам приема. Суммарное ослабление Ьос^ будет определяться выражением:

П

росЪ = Р1 + Р2 +...+ =X (дБ^

1=1

где п - количество ПФ.

Для рассмотренного выше примера (й=5м, Рос^>86 дБ) с типичной характеристикой затухания ПФ, представленного на рис. 3, потребуется 5 ПФ и обеспечение канального разноса между РТС1 и РТС2, равного 500 кГц.

PTCl PTC2

Рис. 2. Структурная схема обеспечения защиты OTM РТС от помех

f„ ОМГц

f„ \а,5мгц

Частота, МГ ц

Рис. 3. Характеристика затухания и КСВН ПФ: 1 - затухание; 2 - КСВН

Для ослабления помех по побочным каналам приема канальный разнос СПР должен составлять не менее 100 кГц (определяется характеристиками применяемых полосовых или режекторных фильтров на выходе ПРД или на входе ПРМ).

Исследование ЭМС РТС, расположенных в непосредственной близости друг от друга, должен включать мероприятия по измерению уровня помех в месте расположения ПРМ РТС, в отношении которых проводятся мероприятия по защите от помех.

Литература

1. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: Учебник для вузов / Г.А. Ерохин, О.В. Чернышев, Н.Д. Козырев, В.Г. Кочержевский; под ред. Г.А. Ерохина. - 2-е изд. Испр. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 491 с.

2. Пучков Г.Ю., Сергеев С.В. Методические рекомендации по частотно-территориальному планированию радиосетей и обеспечению электромагнитной совместимости РЭС ОВД /ГУ НПО «Спецтехника и связь» МВД РФ - М.: РИО ГУ НПО «Спецтехника и связь» МВД РФ, 1999. - 90с.

3. ОСТ 78.01.0004-2000. Стандарт отрасли. Наземные радиостанции с угловой модуляцией стационарные, возимые и перевозимые автомототранспортом, носимые и переносные, предназначенные для работы в радиосетях органов внутренних дел и внутренних войск МВД России. Виды, основные параметры, технические требования.

4. ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы.

5. ETSI 300 113 - 96. Radio Equipment and Systems Land mobile service. Technical characteristics and test conditions for radio equipment intended for the transmission of data and speech and having an antenna connector.

Воронежский институт Министерства внутренних дел Российской Федерации

INVESTIGATION OF ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY RADIO EQUIPMENT LOCATED IN CLOSE PROXIMITY TO EACH OTHER A.N. Babkin, S.A. Sherstukov

The problems of electromagnetic compatibility of radio aids, located within theintermediate zone of radiating systems. Recommendations to reduce thintra-interference in the existing radio systems

Key words: electromagnetic compatibility, spurios emissions