17 июля 2012
О лаборатории специальных исследований
Часть 28
К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов (продолжение)
И вновь вернёмся к вопросам измерения электромагнитных полей в радиочастотном диапазоне.
В соответствии с требованиями действующего НМД, в ряде случаев (только на объектах, естественно), требуется учитывать реальное затухание электрических (в линиях) и/или электромагнитных (в пространстве) сигналов от места размещения защищаемого ТС до границы КЗ. Вот рассмотрением именно этого вопроса (никак и нигде не в нормативной документации в необходимом объёме не изложенным) и займёмся.
Итак, самая общая схема измерения приведена в основном нашем НМД. Поскольку в ней (в схеме) абсолютно ничего «закрытого» нет и быть не может – приведём её, причём в несколько более подробной форме для обоих указанных вариантов измерения реального затухания.
Рисунок 28.1 Общая схема измерения реального затухания в пространстве
Рисунок 28.2 Общая схема измерения реального затухания в линии (с пробниками)
При рассмотрении схемы измерений в пространстве в части самого общего её построения, обычно вопросов почти не возникает. Чего никак нельзя сказать о схеме измерений в линии.
В тексте НМД отсутствуют указания (уточнения) по поводу:
- Как устанавливать индуктор, на каждый провод отдельно или на всю (в общем случае – многопроводную) линию?
- Если щуп пробника подключать к отдельно взятому проводнику линии (и в точке 1, и в точке 2), то куда подключать его «земляной» щуп (зажим)?
- Как и в каких точках осуществлять это подключение для разных линий (как выбрать точку подключения)?
- Куда (на что, на какое заземление) подключать корпуса анализаторов и генератора тест-сигнала (а этого неукоснительно требуют правила ПУЭ, которые, в отличии от наших методик, имеют силу закона)?
- Как именно подключаться к линиям электропитания «под напряжением» и какими пробниками? Как в этом случае с выполнением правил электробезопасности?
Это только самые поверхностные вопросы. Те, кто ознакомился с предыдущими публикациями цикла, наверняка спросят, а как же устранить или учесть влияние режима «стоячей волны», которая, неизбежно, образуется в линии? Как учесть наводку тест-сигналов на средства измерения (линия-то, чаще всего, неэкранированная, излучает и неслабо)?
Ну и ещё и ещё…
Отвечу сразу на большинство из них – при использовании именно приведённой в НМД схемы – не знаю! «По физике» такая схема измерения изначально имеет такой количество неопределимых и неустранимых источников погрешности, что неприменима никак. Все вопросы авторам НМД.
Читателям же я предлагаю простейший переход от измерения величины затухания тест-сигналов «по напряжению» к совершенно равному по значению затуханию «по току» Соответственно и схема модифицируется (рисунок 28.3).
Рисунок 28.3 Общая схема измерения реального
затухания в линии (с токоизмерителями)
В такой схеме измерения понятно, что на что (одну жилу, «на пару», «на пучок», на кабель) установлен индуктор – совершенно аналогично нужно устанавливать и токоизмерители. И в т. 1, и в т.2 токоизмерители перемещают по проводу (кабелю), отыскивая максимум тест-сигнала. Отношение этих двух максимумов (в «начале» и в «конце» линии) и есть затухание тест-сигнала. Сложностей с линиями электропитания ничуть не больше, чем со «слаботочными», гальванического подключения-то нет. Уровень помех при измерениях значительно меньше (токоизмерители внешних полей просто не чувствуют). Наличие тест-сигнала в элементах системы заземления влияет гораздо меньше, ну и т.д.
Главный вопрос, для обоих видов измерения затухания – это создание необходимой величины тест-сигнала. Рассмотрим его подробнее.
Понятно, что (об этом многократно упоминалось там и здесь, в более ранних публикациях цикла) в точке 2 («удалённая» точка, в общем случае размещаемая «на» или сразу «за» границей КЗ) уровень тест-сигнала должен быть таков, чтобы уверенно измерить его. А с точки зрения метролога «уверенно» – это когда сигнал «возвышается» над любыми помехами, минимум, на 10 дБ. Идеально – на 20 и более. Уровни помех при этих измерениях и существенные для измерений, прежде всего, в «дальней» точке, складываются из многочисленных радиоисточников самого разнообразного происхождения (и естественной и искусственной природы) и меняются по рабочему диапазону частот. Наиболее значительны помехи в диапазоне ниже первой сотни МГц, выше – уже, в основном, остаются только достаточно редко (по частоте) расположенные искусственные источники (радиостанции, ТВ-каналы, сотовая связь и т.д.). «Сплошная», постоянная помеха, складывается из собственных шумов тракта измерения, всякого рода атмосферных и космических шумов, из неопределимой суммы весьма удалённых источников самого разного происхождения.
Приводить какие-либо числовые оценки не буду, каждый может сам у себя измерить. Тем более, что в крупных городах этот уровень заметно выше, да ещё и имеет явно выраженные суточные флюктуации (ночью – заметно меньше, промышленность и транспорт «спят»…). Тем не менее, при использовании хорошего малошумящего приёмника (а это настоятельно рекомендуется!) и качественных приёмных антенн (желательно – пассивных, которые сами не «шумят») и токосьёмников, в типичной полосе пропускания 10 кГц уровень помех редко превосходит значение 20-30 дБ (непосредственно на индикаторе измерителя, без учёта Ка), спадая на частотах выше 100 МГц до величин порядка 0-10 дБ.
Дальше несложно прикинуть. Если помех, ориентировочно, 25 дБ, то тест-сигнал должен иметь значение (в точке 2) не менее 35дб. Далее, нам нужно измерить (например!) затухание в 80 дБ (ну, так задано). Это означает, что в т.1 необходимо иметь значение тест-сигнала не менее 35+80=115 дБ. Величина не чрезмерная, но и немаленькая. Если ещё прибавить Ка приёмной антенны, например порядка 15 дБ (это очень хороший Ка!), то получим напряжённость поля в 130 дБ/мкВ. Не слабо…
Для этого даже на достаточно эффективную излучающую антенну нужно подать никак не меньше 1-2 Вт мощности. Так же можно прикинуть и для линии. Вот только, к сожалению, затухание в линия заметно больше, чем в пространстве. Особенно на частотах свыше 20-30 Мгц. А единственная отечественная модель индуктора ИМ-1 «не тянет» более 0,25 Вт и имеет весьма скверный коэффициент передачи в линию. Западные образцы инжекторов (так это изделие именуется в англоязычной литературе) имеют значительно лучшие коэффициенты передачи, но и дороже в разы… (пример - изделие фирмы «TESEQ», инжектор именно того диапазона, который нам удобен - CIP 9136 current injection probe 10 kHz to 400 MHz; http://www.teseq.com/com/en/products_solutions/emc_radio_frequency/current_injection_probes_clamps/index.php?navid=22). Аналогичные изделия есть и в прайсах других производителей, которые приводились при общем обзоре антенн (часть 5; http://daily.sec.ru/publication.cfm?pid=31301).
Вот теперь, подробнее, об излучающей антенне.
Без доказательств понятно, что она должна быть широкополосной, высокоэффективной «на излучение» и, желательно – малонаправленной. Чтобы меньше крутить её на штативе Хотя вопрос спорный, зато направленная значительно более эффективна в направлении главного лепестка КНД. Но это и «плюс», и «минус». Ведь эта антенна имитирует произвольное ТС, ПЭМИН которого, по молчаливому соглашению, полагают именно с отсутствием выраженной направленности. В общем, в отсутствии утверждённых методик, приходится полагаться на собственный опыт и кучу упрощений и допущений.
В нашей практике наиболее простой, дешёвой и довольно эффективной излучающей антенной (в большей части рабочего диапазона) оказалась антенна DA3000 (DA3200) от сканирующих приёмников AOR. На ней и основываемся. Разумеется, её габаритные размеры (довольно скромные) не позволяют её быть по-настоящему эффективной на частотах ниже 25 МГц. Ну, с спаданием максимально измеряемых значений затухания (естественно, раз тест-сигнал уменьшается!) – до 10-12 МГц. Однако работать можно.
Если обязательно нужно ниже по частоте и затухание нужно измерить приличное, то нужны дипольные НЧ излучающие антенны, мощные усилители тест-сигнала (антенны с размахом диполей до 3-5 м, мощность нужна до 50 Вт, сложности с ГКРЧ – «за ваш счёт»). Стоит ли игра свеч – решать Вам в каждом отдельном случае.
Продолжение следует.
