03 июля 2012
О лаборатории специальных исследований
Часть 26
К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов (продолжение)
Первым из них я бы назвал утверждение, что если мы измерили отношение сигнал/помеха в некой точке пространства (обычно вблизи защищаемого ТС), то в любой другой точке, на бoльшем удалении, это отношение останется таким же. Утверждение верное, но не при любых исходных условиях. Давайте рассмотрим графики ослабления («закона затухания») сигнала с увеличением радиуса. Для классического случая, то есть хрестоматийного распространения волны над проводящей поверхностью в свободном пространстве. Если мы начнём учитывать влияния строительных конструкций, стен, проводящих линий, то на анализ нам понадобится эдак с месячишко, неплохо бы иметь под руками пару «Эльбрус»-ов и т.д…..
Итак, три варианта взаимного размещения источника ОС («опасного сигнала») и сигнала САЗ (варианты понятны из рисунка 24.2). Вспомним, что электромагнитная теория не слишком строго описывая поведение поля в ближней и промежуточной зонах, тем не менее, утверждает:
- в ближней зоне поле спадает, приблизительно, обратно пропорционально кубу радиуса (~1/r3);
- в промежуточной зоне поле спадает, приблизительно, обратно пропорционально квадрату радиуса (~1/r2);
- в дальней зоне поле спадает обратно пропорционально радиусу (~1/r).
Не претендуя на точное соответствие масштабов, тем не менее, построим варианты размещения и спадания поля. Сразу обращу внимание читателя на то, что не указываю частотные границы между «ближней», «промежуточной» и «дальней» зонами. Специалисты прекрасно знают, как именно это сделано в руководящих документах.
Рисунок 24.3 Варианты затухания поля и измерения отношения сигнал/помеха
На графике «А» приведён условный закон затухания поля. Красная линия – реальное затухание, зелёная – его кусочно-линейная аппроксимация, применяемая на практике.
На графиках «Б» и «В» приведены два варианта, в которых ТС и САЗ (излучающая антенна САЗ) размещены на разных удалениях от границы КЗ. Как хорошо видно, в варианте, когда САЗ ближе к границе КЗ отношение сигнал/помеха от точки 1 к точке 2 уменьшается. То есть снижается защищённость. Кажущийся парадокс, но всё (хоть и не в масштабе) строго «по физике». А вот в варианте «В» с расстоянием (от точки 1 к точке 2) отношение сигнал/помеха только увеличивается, что «есть добро» J. Вариант с нахождением ТС и САЗ в «одной точке» не рассматривается в связи с его очевидностью. Выводы, коллеги, сделайте сами.
Второе утверждение, которое стоило бы рассмотреть, тоже относится к затуханиям сигнала и помехи, но в линиях, а не в пространстве и будет рассмотрено ниже.
Есть ещё одна особенность, которую, порою, необходимо учитывать. Всё приведённое выше в части типового затухания поля (имеются ввиду пресловутые зоны ~1/r3; ~1/r2; ~1/r1) относится только к случаю, когда излучатель (неважно, «случайный» или некая антенна) является «точечным», то есть весьма малым по сравнению с расстоянием от него до точки размещения измерительной антенны. Если Вы, например, возьметесь экспериментально проверять закон затухания с расстоянием магнитной компоненты поля на частоте 1 МГц от рамочной антенны со сторонами 5·20 м, то на первых 50 м я не возьмусь даже предсказать, какой «закон» затухания у Вас получится. Показатель степени у «r» легко может оказаться и 5, и 17/4 и т.д., причём он будет изменяться с расстоянием Это – только экспериментально. Тем более, что на реальном объекте погрешности, вносимые каркасом здания, токопроводящими коммуникациями и т.д. огромны и непредсказуемы.
На этой «мажорной» ноте позволю себе закончить с приключениями волны в пространстве и взглянуть на то, как она поведёт себя в токопроводящих коммуникациях (пользуясь терминологией, принятой в проблематике – в «линиях»)
Вначале чуток теории, которая большинством из нас сдавалась давно и …лучше промолчать и перейти к сути J
Вот и позволю себе начать с опровержения своих же (и не только моих!) слов. Цитирую: «как она поведёт себя в токопроводящих коммуникациях…». Так вот, никак себя электромагнитная волна в токопроводящих коммуникациях не ведёт. Вообще и никогда. Поскольку электромагнитное поле в проводящей среде существовать не может в принципе! Ну как, спрашивается, можно себе представить электрический вектор в проводнике???? А никак, не существует он в проводящей среде. Вспомним «скин-эффект», в любом проводнике электромагнитное поле вытесняется за пределы проводника. То, что называется «глубиною проникновения» на радиочастотах для проводника типа меди составляет сотые и тысячные мм.
Посему, уж если говорить о поле, то распространяется оно ВДОЛЬ проводника, в области пространства, к этому проводнику примыкающей. Проводник, как справедливо напоминает нам товарищ В. В. Никольский, который и по сей день остаётся одним из лучших авторов учебников по электродинамике и распространению радиоволн, является направляющей системой, не более, но и не менее. Написанное легко качественно иллюстрируется графиками напряжённости поля в проводнике и ближайшей к нему области пространства (рис 24.4).
Рисунок 24.4 Распределение поля вблизи проводника.
Нижний рисунок – при наличии диэлектрика
Как видно из рисунка, поле концентрируется либо в изоляторе проводника, либо (при его отсутствии), в ближайшей к проводнику зоне пространства. Строгое, количественное доказательство качественной картины заняло бы немало места и сложных выкладок. А вот аналогия простейшая проста, особенно для случая проводника в изоляторе. Это распространение света в пространстве между двумя коаксиальными зеркальными цилиндрами. При этом внутренний цилиндр-зеркало металлический, а внешний – диэлектрический. Разумеется, это картина только качественная и верная для случая, когда проводник весьма удалён от любых других проводников. В практике термин «весьма» означает, что это удаление много больше длинны волны. Посему, практически не бывает J
Электродинамику мы вспомнили (сие лишним никогда не бывает!), двинемся дальше. Поскольку рассмотрение вопроса посвящено оценке эффективности САЗ, то, собственно, надо рассматривать наводки на линию (будем продолжать называть «привычно неправильно») от двух независимых источников – источника «опасного сигнала» и антенны САЗ.
Общая картина иллюстрируется рисунком 24.5.
Рисунок 24.5 Условная схема возникновения сигналов в линиях
Из приведённой схемы следует, что наводка через ПЭМИН, точнее – её условия, в первом приближении, почти (за исключением просачивания ОС в отходящую линию непосредственно в самом ТС) одинакова для всех транспортирующих (направляющих) систем, которые подлежат рассмотрению. Да, расстояния от источника излучения, в общем случае – разные, что тоже должно учитываться в последующих рассуждениях. Но эти отличия, как правило, ограничиваются первыми десятками см – первыми единицами м.
Что означают с точки зрения электродинамики разность этих расстояний? Ну, прежде всего – разность энергетики. То есть на каждый, более удалённый по радиусу от ТС участок линии (любой, включая заземлённую арматуру в перекрытии пола) падает волна с меньшей энергией.
Рисунок 24.6 Суперпозиция сигналов при наводке на произвольную линию
Условное распространение сигнала слева направо
Как нетрудно видеть, к рассматриваемому участку dl1 сигналы приходят от других участков с разными амплитудами (не надо забывать и о том, что на рисунке не показано, существует и распространение сигнала в обратном направлении, от участков dln влево). Кроме того, на рисунке иллюстрировано сложение модулей, поскольку различные фазы на плоском рисунке показать невозможно. В первом приближении надо помнить, что групповая скорость распространения волны в транспортирующей системе всегда меньше, чем в свободном пространстве. Поэтому фаза волны вдоль проводника всегда отстаёт от фазы падающей из пространства волны. Из рисунка следует, что всё более удалённые по длине линии элементарные участки dln влияют на рассматриваемый dl1 тем меньше, чем дальше они расположены. Степень этого спадания зависит, в первую очередь, от погонного затухания ВЧ-сигнала в транспортирующей системе. В технике проводной связи существует понятие «электрической длины линии», как раз и определяющееся этим фактором. Обычно, с достаточной степенью приближения, она принимается равной (7-10) λ.
Продолжение следует
