Redirect= Испытания на устойчивость к воздействию HIRF-полей
Зависимость напряженности электромагнитного поля от угла поворота тюнера

Испытания на устойчивость к воздействию HIRF-полей

№ 2’2019
PDF версия
Сегодня мы расскажем о теме, напрямую связанной с авиацией, а именно об испытаниях бортового оборудования (БО) на устойчивость к воздействию электромагнитных помех. В частности, речь пойдет о помехах, наведенных излучаемым электромагнитным полем. Несмотря на то, что эта тема хорошо освещена, есть одна неочевидная проблема, с которой могут столкнуться как тестовые лаборатории, так и изготовители БО, выходящие на испытания.

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 существует отдельная категория наведенных электромагнитных полей, известная под аббревиатурой HIRF — High-intensity Radiated Field, или в переводе «высокоинтенсивные излучаемые поля». Если вы заглянете в КТ‑160, то увидите, что HIRF представлены для каждой категории испытуемого БО, их значения указаны в таблицах уровней воздействия второй колонкой. В качестве примера приведем конкретные значения: 150–1400 В/м в диапазоне 400–1000 МГц и 500–7000 В/м в диапазоне выше 1000 МГц.

Стандартное оснащение лаборатории позволяет получить значения напряженности электромагнитного поля до 200 В/м на частотах до 1000 МГц и до 1000 В/м в гигагерцевом диапазоне. В первом приближении повышение уровня напряженности поля 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 выглядит лишь в теории. При попытке практической реализации данного метода возникают проблемы, связанные с технической стороной вопроса. Подходящих антенн для таких испытаний может просто не оказаться, усилители, способные дать подходящее усиление, либо, опять же, не существуют, либо становятся слишком дорогим удовольствием.

В качестве варианта можно рассматривать магнитроны, но каждый магнитрон создается под конкретное значение частоты, поэтому для испытаний во всем необходимом диапазоне понадобится несколько подобных устройств, которые нужно переключать в течение проверки. И добавим к этому требования безопасности к испытательной площадке.

Есть и альтернативные методы, не предусматривающие столь сложной технической подготовки.

Первый — расчетно-экспериментальный метод. Основан он 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 поскольку мы говорим об ЭМС, то применяем понятие «реверберации» к электромагнитным волнам.

Именно на принципе многократного сложения волны основана работа реверберационной камеры. Многократно переотраженные волны входят в резонанс, что приводит к значительному росту значений напряженности электромагнитного поля в рабочем объеме камеры. Значения до 7000 В/м перестают казаться недосягаемыми!

 

Как устроена камера

Как уже было отмечено, подобные испытания проводят в специально оборудованных камерах.

Реверберационная камера представляет собой экранированное помещение, внутренние стенки которого не обшиты поглощающим материалом, что и обеспечивает 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 зависит фаза и амплитуда переотраженных волн и, как следствие, процесс резонанса в рабочем объеме.

Камера представляет собой резонатор с высокой добротностью, что предполагает формирование поля 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. Однако 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, 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: 2770×1550×1650 мм.
  • Размеры рабочей зоны: 700×700×700 мм.
  • Общий эффективный диапазон частот: 0,23–40 ГГц.
  • 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.

Схема рабочего места

Рис. 1. Схема рабочего места

В ходе измерений определялась напряженность электромагнитного поля в рабочем объеме реверберационной камеры в зависимости от угла поворота тюнера. Полученная зависимость показана на рис. 2.

Зависимость напряженности электромагнитного поля от угла поворота тюнера

Рис. 2. Зависимость напряженности электромагнитного поля от угла поворота тюнера

Измерения проводились на частоте 230 МГц с применением стандартного оснащения испытательной лаборатории ЭМС АО «ТЕСТПРИБОР». Как видно из полученной зависимости, на углу поворота 218° наблюдается напряженность электромагнитного поля 1287 В/м, также виден побочный пик напряженности 742 В/м на углу поворота 240°.

Другими словами, собранная камера позволяет создать поле большой напряженности в рабочем объеме при использовании стандартного оборудования лаборатории и без мощного усилителя.

 

Заключение

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.

Наша лаборатория проводит испытания на стойкость к HIRF-полям в соответствии с КТ‑160 расчетно-экспериментальным методом. В настоящий момент собранная нами камера проходит аттестацию. По ее завершении лаборатория получит возможность покрыть весь спектр проверок на стойкость к HIRF-полям, соответствующий требованиям КТ‑160, обеспечивая результат, близкий к натурным испытаниям.  

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *