eng
В лаборатории ЭМС АО «ТЕСТПРИБОР» проводятся испытания бортового оборудования (БО) расчетно-экспериментальным методом на стойкость к HIRF-полям в соответствии со стандартом KT-160. В настоящий момент проходит аттестацию реверберационная камера. По ее завершении будет проводиться весь спектр проверок на стойкость к HIRF-полям, соответствующий требованиям KT-160.
Теги: electromagnetic interference kt-160 standard reverberation chambe реверберационная камера стандарт кт-160 электромагнитные помехи
В лаборатории ЭМС АО «ТЕСТПРИБОР» проводятся испытания бортового оборудования (БО) расчетно-экспериментальным методом на стойкость к HIRF-полям в соответствии со стандартом КТ‑160. В настоящий момент проходит аттестацию реверберационная камера. По ее завершении лаборатория получит возможность проводить весь спектр проверок на стойкость к HIRF-полям, соответствующий требованиям КТ‑160, обеспечивая результат, близкий к натурным испытаниям.
Тема испытаний бортового оборудования на устойчивость к воздействию электромагнитных помех, наведенных излучаемым электромагнитным полем, хорошо освещена, но есть одна неочевидная проблема, с которой могут столкнуться как испытательные лаборатории, так и изготовители БО на стадии испытаний.
Проведение испытаний на соответствие требованиям основополагающего стандарта для военной и гражданской авиации (КТ‑160) на первый взгляд не вызывает трудностей: методики есть и давно отработаны, существует и подходящее техническое оснащение.
При этом есть отдельная категория наведенных электромагнитных полей, известная под аббревиатурой HIRF – High-intensity Radiated Field (высокоинтенсивные излучаемые поля). В стандарте КТ‑160 HIRF представлены для каждой категории испытуемого БО, их значения размещены в таблицах уровней воздействия второй колонкой. В качестве примера приведем конкретные значения: от 150 до 1 400 В / м в диапазоне от 400 до 1 000 МГц и от 500 до 7 000 В / м в диапазоне выше 1 000 МГц.
Стандартное оснащение лаборатории позволяет получить значения напряженности электромагнитного поля до 200 В / м на частотах до 1 000 МГц и до 1 000 В / м в гигагерцовом диапазоне. Повышение уровня напряженности поля в первом приближении является не самой просто решаемой задачей, однако на практике уже применяются методы проведения подобных испытаний.
Методы испытаний
Самым простым может показаться метод прямого воздействия поля соответствующей напряженности на испытуемое БО. Достаточно лишь взять подходящую антенну и усилитель мощности и подать воздействие…
Однако так просто это звучит лишь в теории. При попытке практической реализации такого метода возникают проблемы, связанные с технической стороной вопроса. Подходящих антенн для таких испытаний может просто не оказаться, усилителей, которые могли бы дать соответствующее усиление, либо опять же не существует, либо они являются слишком дорогим удовольствием.
В качестве варианта можно рассматривать магнетроны, но каждый магнетрон создается под конкретное значение частоты, поэтому при испытаниях во всем необходимом диапазоне частот потребуется несколько устройств, которые нужно будет переключать в течение проверки. И добавим к этому требования безопасности к испытательной площадке.
Есть и альтернативные методы, не требующие такой сложной технической подготовки.
Первый – расчетно-экспериментальный метод, основанный на измерении ослабления поля корпусом БО с последующим облучением внутренних блоков и компонентов без корпуса. Уровень воздействующего поля определяется с учетом ослабления, которое дает корпус. Это – технически легко осуществимый метод, нашедший широкое практическое применение. Однако он не может быть использован в следующих случаях:
если БО изготовлено в единственном экземпляре (опытный образец) в герметичном корпусе без возможности его вскрыть;
если отсутствует идентичный макет испытуемого БО;
если внутренние размеры корпуса БО не позволяют разместить в нем антенну для измерения экранирования корпуса.
В этих случаях прибегают к использованию реверберационных камер.
Что такое реверберация
Реверберация – это процесс многократного сложения переотраженной от поверхности волны. Речь может идти о волнах любого рода: довольно часто, например, этот термин применяется в области акустики и звукозаписи. Но так как мы говорим об ЭМС, то применяем понятие реверберации к электромагнитным волнам.
Именно принцип многократного сложения волны лежит в основе работы реверберационной камеры. Многократно переотраженные волны входят в резонанс, что приводит к значительному росту величины напряженности электромагнитного поля в рабочем объеме камеры. И значения до 7 000 В / м перестают быть недосягаемыми!
Как устроена камера
Реверберационная камера представляет собой экранированное помещение, не обшитые поглощающим материалом внутренние стенки которого обеспечивают отражение волн. Для лучшего отражения стенки и пол камеры делают металлическими. Другой важной особенностью камеры является наличие так называемого тюнера или «мешалки» – поворотного механизма с железными пластинами. От его ориентации зависят фаза и амплитуда переотраженных волн и, как следствие, процесс резонанса в рабочем объеме.
Камера представляет собой резонатор с высокой добротностью, что позволяет создать поле с высокой напряженностью в рабочем объеме при подводе сравнительно небольшой мощности. То есть реверберационная камера позволяет создать HIRF-поля как в низкочастотном (до 1 ГГц), так и в высокочастотном (от 1 ГГц) диапазонах. Это позволяет исключить из состава оборудования дорогостоящий усилитель мощности. Но есть важный момент, связанный с размером камеры, – нижняя граница диапазона частот напрямую зависит от размера рабочей области.
Реверберационные камеры чаще всего применяются для испытаний на устойчивость БО к воздействию электромагнитного поля. Другими вариантами применения могут быть измерение эффективности экранирования и измерение эмиссии помех. При этом следует помнить о том, что реверберационная камера не может в полной мере заменить безэховую, в частности, если речь идет об измерении помехоэмиссии.
Результаты измерений
Проиллюстрируем работу реверберационной камеры результатами измерений. Замеры проводились в камере, собранной АО «ТЕСТПРИБОР».
Параметры камеры:
● общие габариты, мм: 2 770 × 1 550 × 1 650;
● размеры рабочей зоны, мм: 700 × 700 × 700;
● общий эффективный диапазон частот, ГГц: 0,23–40;
● коэффициент экранирования, не менее:
120 дБ (230–1000 МГц);
100 дБ (1–10 ГГц);
90 дБ (10–18 ГГц);
80 дБ (18–40 ГГц).
Схема рабочего места представлена на рис. 1.
В ходе измерений определялась напряженность электромагнитного поля в рабочем объеме реверберационной камеры в зависимости от угла поворота тюнера. Полученная зависимость с указанием точек измерений представлена на рис. 2.
Измерения проводились на частоте 230 МГц с применением стандартного оснащения испытательной лаборатории ЭМС АО «ТЕСТПРИБОР». Как видно из полученной зависимости, при величине угла поворота 218° напряженность электромагнитного поля равна 1 287 В / м. При повороте тюнера на 240° наблюдается побочный пик напряженности, равный 742 В / м.
Другими словами, собранная камера позволяет создать в рабочем объеме поле большой напряженности при использовании стандартного оборудования лаборатории и без мощного усилителя.
* * *
Можно сделать вывод, что проведение испытаний на стойкость оборудования к HIRF-полям является технически сложно реализуемой, но, тем не менее, выполнимой задачей. Метод прямых испытаний имеет альтернативы, одна из которых, расчетно-экспериментальный метод, с одной стороны, заметно проще и дешевле реализуема, но, с другой – не обеспечивает полностью достоверных результатов.
Метод с использованием реверберационной камеры имеет очевидный недостаток – стоимость оборудования. Однако на него не распространяются ограничения, справедливые для расчетно-экспериментального метода. Использование реверберационной камеры снимает с испытательной площадки требования по безопасности, о которых упоминалось в начале статьи применительно к прямой проверке изделия. И, наконец, получаемые таким методом результаты максимально близки к результатам натурных испытаний.
Тема испытаний бортового оборудования на устойчивость к воздействию электромагнитных помех, наведенных излучаемым электромагнитным полем, хорошо освещена, но есть одна неочевидная проблема, с которой могут столкнуться как испытательные лаборатории, так и изготовители БО на стадии испытаний.
Проведение испытаний на соответствие требованиям основополагающего стандарта для военной и гражданской авиации (КТ‑160) на первый взгляд не вызывает трудностей: методики есть и давно отработаны, существует и подходящее техническое оснащение.
При этом есть отдельная категория наведенных электромагнитных полей, известная под аббревиатурой HIRF – High-intensity Radiated Field (высокоинтенсивные излучаемые поля). В стандарте КТ‑160 HIRF представлены для каждой категории испытуемого БО, их значения размещены в таблицах уровней воздействия второй колонкой. В качестве примера приведем конкретные значения: от 150 до 1 400 В / м в диапазоне от 400 до 1 000 МГц и от 500 до 7 000 В / м в диапазоне выше 1 000 МГц.
Стандартное оснащение лаборатории позволяет получить значения напряженности электромагнитного поля до 200 В / м на частотах до 1 000 МГц и до 1 000 В / м в гигагерцовом диапазоне. Повышение уровня напряженности поля в первом приближении является не самой просто решаемой задачей, однако на практике уже применяются методы проведения подобных испытаний.
Методы испытаний
Самым простым может показаться метод прямого воздействия поля соответствующей напряженности на испытуемое БО. Достаточно лишь взять подходящую антенну и усилитель мощности и подать воздействие…
Однако так просто это звучит лишь в теории. При попытке практической реализации такого метода возникают проблемы, связанные с технической стороной вопроса. Подходящих антенн для таких испытаний может просто не оказаться, усилителей, которые могли бы дать соответствующее усиление, либо опять же не существует, либо они являются слишком дорогим удовольствием.
В качестве варианта можно рассматривать магнетроны, но каждый магнетрон создается под конкретное значение частоты, поэтому при испытаниях во всем необходимом диапазоне частот потребуется несколько устройств, которые нужно будет переключать в течение проверки. И добавим к этому требования безопасности к испытательной площадке.
Есть и альтернативные методы, не требующие такой сложной технической подготовки.
Первый – расчетно-экспериментальный метод, основанный на измерении ослабления поля корпусом БО с последующим облучением внутренних блоков и компонентов без корпуса. Уровень воздействующего поля определяется с учетом ослабления, которое дает корпус. Это – технически легко осуществимый метод, нашедший широкое практическое применение. Однако он не может быть использован в следующих случаях:
если БО изготовлено в единственном экземпляре (опытный образец) в герметичном корпусе без возможности его вскрыть;
если отсутствует идентичный макет испытуемого БО;
если внутренние размеры корпуса БО не позволяют разместить в нем антенну для измерения экранирования корпуса.
В этих случаях прибегают к использованию реверберационных камер.
Что такое реверберация
Реверберация – это процесс многократного сложения переотраженной от поверхности волны. Речь может идти о волнах любого рода: довольно часто, например, этот термин применяется в области акустики и звукозаписи. Но так как мы говорим об ЭМС, то применяем понятие реверберации к электромагнитным волнам.
Именно принцип многократного сложения волны лежит в основе работы реверберационной камеры. Многократно переотраженные волны входят в резонанс, что приводит к значительному росту величины напряженности электромагнитного поля в рабочем объеме камеры. И значения до 7 000 В / м перестают быть недосягаемыми!
Как устроена камера
Реверберационная камера представляет собой экранированное помещение, не обшитые поглощающим материалом внутренние стенки которого обеспечивают отражение волн. Для лучшего отражения стенки и пол камеры делают металлическими. Другой важной особенностью камеры является наличие так называемого тюнера или «мешалки» – поворотного механизма с железными пластинами. От его ориентации зависят фаза и амплитуда переотраженных волн и, как следствие, процесс резонанса в рабочем объеме.
Камера представляет собой резонатор с высокой добротностью, что позволяет создать поле с высокой напряженностью в рабочем объеме при подводе сравнительно небольшой мощности. То есть реверберационная камера позволяет создать HIRF-поля как в низкочастотном (до 1 ГГц), так и в высокочастотном (от 1 ГГц) диапазонах. Это позволяет исключить из состава оборудования дорогостоящий усилитель мощности. Но есть важный момент, связанный с размером камеры, – нижняя граница диапазона частот напрямую зависит от размера рабочей области.
Реверберационные камеры чаще всего применяются для испытаний на устойчивость БО к воздействию электромагнитного поля. Другими вариантами применения могут быть измерение эффективности экранирования и измерение эмиссии помех. При этом следует помнить о том, что реверберационная камера не может в полной мере заменить безэховую, в частности, если речь идет об измерении помехоэмиссии.
Результаты измерений
Проиллюстрируем работу реверберационной камеры результатами измерений. Замеры проводились в камере, собранной АО «ТЕСТПРИБОР».
Параметры камеры:
● общие габариты, мм: 2 770 × 1 550 × 1 650;
● размеры рабочей зоны, мм: 700 × 700 × 700;
● общий эффективный диапазон частот, ГГц: 0,23–40;
● коэффициент экранирования, не менее:
120 дБ (230–1000 МГц);
100 дБ (1–10 ГГц);
90 дБ (10–18 ГГц);
80 дБ (18–40 ГГц).
Схема рабочего места представлена на рис. 1.
В ходе измерений определялась напряженность электромагнитного поля в рабочем объеме реверберационной камеры в зависимости от угла поворота тюнера. Полученная зависимость с указанием точек измерений представлена на рис. 2.
Измерения проводились на частоте 230 МГц с применением стандартного оснащения испытательной лаборатории ЭМС АО «ТЕСТПРИБОР». Как видно из полученной зависимости, при величине угла поворота 218° напряженность электромагнитного поля равна 1 287 В / м. При повороте тюнера на 240° наблюдается побочный пик напряженности, равный 742 В / м.
Другими словами, собранная камера позволяет создать в рабочем объеме поле большой напряженности при использовании стандартного оборудования лаборатории и без мощного усилителя.
* * *
Можно сделать вывод, что проведение испытаний на стойкость оборудования к HIRF-полям является технически сложно реализуемой, но, тем не менее, выполнимой задачей. Метод прямых испытаний имеет альтернативы, одна из которых, расчетно-экспериментальный метод, с одной стороны, заметно проще и дешевле реализуема, но, с другой – не обеспечивает полностью достоверных результатов.
Метод с использованием реверберационной камеры имеет очевидный недостаток – стоимость оборудования. Однако на него не распространяются ограничения, справедливые для расчетно-экспериментального метода. Использование реверберационной камеры снимает с испытательной площадки требования по безопасности, о которых упоминалось в начале статьи применительно к прямой проверке изделия. И, наконец, получаемые таким методом результаты максимально близки к результатам натурных испытаний.
Отзывы читателей
