Способ испытаний крупногабаритных технических средств на устойчивость к действию радиочастотного электромагнитного поля Российский патент 2024 года по МПК G01R31/265 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к методам испытаний на устойчивость (стойкость, восприимчивость) технических средств к действию радиочастотного гармонического электромагнитного поля (ЭМП) и может быть использовано для определения помехоустойчивости бортового радиоэлектронного оборудования автомобильной, авиационной и другой крупногабаритной техники, габариты которой превышают размеры испытательного объема (плоскости однородного поля), создаваемого антеннами испытательных установок.

При разработке технических средств, содержащих электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия, аппаратуру и оборудование, одной из важнейших задач является обеспечение их устойчивого функционирования при воздействии внешних гармонических ЭМП.

Для оценки соответствия разрабатываемых технических средств требованиям нормативных документов по устойчивости, стойкости, прочности и восприимчивости их оборудования к действию внешних гармонических электромагнитных полей проводят специальные испытания, заключающиеся в формировании испытательных ЭМП с нормированными характеристиками и исследовании реакции радиоэлектронного оборудования и систем объектов испытаний на воздействие этих излучений.

Уровень техники.

Известен способ испытаний технических систем на действие радиочастотных электромагнитных полей [1].

В стандарте основным методом испытаний задан метод полного облучения. Он основан на концепции формировании плоскости однородного поля (гипотетическая вертикальная плоскость, на которой отклонения напряженности испытательного ЭМП от установленного значения находятся в заданных пределах) с размером не более 1,5 м на 1,5 м. При реализации метода полного облучения лицевая сторона испытуемого технического средства должна быть полностью покрыта плоскостью однородного поля. Также предусматривается облучение каждой из четырех сторон технического средства. Кроме того, в стандарте предусмотрен ряд положений, направленных на выявление максимальной восприимчивости технического средства к воздействию ЭМП.

Для крупногабаритных технических средств, размеры (высота и ширина) которых превышают 1,5 м на 1,5 м, предусмотрено использование метода частичного облучения. Метод частичного облучения состоит из серии испытаний. В ходе каждого испытания антенна облучает часть лицевой поверхности крупногабаритного технического средства. По итогам серии испытаний за счет последовательного перемещения облучающей антенны относительно объекта испытаний вся его поверхность оказывается покрыта плоскостью однородного поля.

Основным недостатком предлагаемого метода частичного облучения является то, что он основан на предположении о перпендикулярном (относительно облучаемой поверхности) направлении максимальной восприимчивости объекта испытаний на любом участке его поверхности. Однако это утверждение справедливо только для частот, не превышающих частоту первого резонанса технического средства или оборудования, входящего в его состав.

Из патента RU 2735001 [2], который принят в качестве прототипа, известен способ испытаний, в котором испытуемое автотранспортное средство (АТС) облучается не только с четырех направлений, перпендикулярных облучаемым поверхностям, но и с других углов азимутального позиционирования относительно излучающей антенны. Антенна расположена на фиксированном расстоянии от эллипса калибровки, который, во-первых, содержит точку калибровки, расположенную на пересечении поверхностей, описывающих поверхности ветрового стекла и капота, а также вертикальной геометрической плоскости симметрии АТС, а, во-вторых, размеры которого пропорциональны геометрическому эллипсу, вписанному во внешний геометрический контур АТС. Направление облучения антенны при любом расположении антенны относительно АТС постоянно направлено на его геометрический центр.

Недостатком способа является то, что он основан на предположении о электрической симметричности оборудования и кабельных линий АТС, то есть не учитывается возможность размещения аппаратура, для которой оценивается ее помехоустойчивость, в отличном от геометрического центра АТС месте.

Раскрытие сущности изобретения.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании способа испытаний крупногабаритных технических средств, габариты которых превышают размер плоскости однородного поля, на устойчивость к воздействию внешнего гармонического ЭМП, позволяющего более полно учитывать реакцию аппаратуры, произвольно размещенной во внутреннем объеме технического средства, при реализации метода частичного облучения. Предлагаемый способ позволит наиболее полно реализовать варианты взаимодействия ЭМП и радиоэлектронной аппаратуры технического средства и, как следствие, более точно оценить устойчивость (стойкость, восприимчивость) технического средства при проведении испытаний к действию радиочастотного ЭМП.

Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе испытаний крупногабаритных технических средств реализовано облучение объекта испытаний с дополнительных (по сравнению к заявленным в патенте RU 2735001) направлений, что обеспечивает полное покрытие поверхности объекта испытаний плоскостью однородного поля из каждой позиции размещения излучающей антенны.

Отличительными признаками предложенного способа при его реализации является совокупность следующих положений:

- поверхность технического средства подвергается воздействию ЭМП с разных направлений, во-первых, за счет последовательного перемещения антенны в азимутальной плоскости относительно объекта испытаний, во-вторых, для каждой позиции размещения антенны обеспечивается последовательное полное покрытие внешней поверхности объекта испытаний плоскостью однородного поля (проекцией плоскости однородного поля на поверхность объекта испытаний) за счет поворота антенны относительно ее центра в вертикальной (горизонтальной) плоскости;

- траектория перемещения антенны относительно объекта испытаний выбирается таким образом, чтобы расстояние между любой из точек внешней поверхностью технического средства и антенной (центром антенны) было одинаковым.

Краткое описание чертежей.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, приведенными на фиг. 1-6 и поясняющими основные отличительные черты предлагаемого способа испытаний крупногабаритных технических средств на устойчивость к действию радиочастотного электромагнитного поля.

На фиг. 1 в упрощенном виде представлена схема размещение объекта испытаний (испытуемого технического средства) и излучающей антенны при проведении испытаний крупногабаритных технических средств.

На фиг. 1 схематично показаны:

1 - объект испытаний;

2 - излучающая антенна;

3 - гипотетическая плоскость однородного поля;

4 - траектория перемещения антенны в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.3-2013 [1];

5 - траектория перемещения антенны в соответствии с положениями RU 2735001 [2];

6 - предлагаемая траектория перемещения антенны.

На фиг. 2 представлена расчетная задача для модельной цепи технического средства простейшей геометрии. В качестве облучающей антенны моделировался элементарный электрический диполь.

На фиг. 2 схематично показаны:

1 - модельная цепь (проводник длиной 5 м и диаметром 4 мм);

4 - траектория перемещения центра излучающей антенны в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.3-2013 [1];

5 - траектория перемещения центра излучающей антенны в соответствии с положениями RU 2735001 [2] совпадает для выбранной модельной цепи с предлагаемой траекторией перемещения;

6 - предлагаемая траектория перемещения центра излучающей антенны;

7 - нагрузка модельной цепи (измерительный порт, для которого выполняется расчет наведенного тока), расположен на расстоянии 1 м от правого конца модельной цепи.

На фиг. 3-6 представлены результаты расчетов амплитуды токов, наведенных в нагрузке модельной цепи (фиг.2) для первых четырех частот, соответствующих резонансу напряжений: фиг. 3 для частоты 28 МГц, фиг. 4 для частоты 58 МГц, фиг. 5 для частоты 88 МГц, фиг. 6 для частоты 118 МГц, соответственно, при воздействии ЭМП, формируемых элементарным электрическим диполем.

На фиг. 3-6 показаны:

8 - зависимость максимальной амплитуды тока, наведенного в нагрузке модельной цепи, от координат и положения излучающей антенны (соответствует заявляемому способу испытаний);

9 - зависимость амплитуды тока, наведенного в нагрузке модельной цепи при облучении ЭМП геометрического центра модельной цепи, от координат излучающей антенны (соответствует способу, заявленному в патенте RU 2735001 [2]);

10 - зависимость амплитуды тока, наведенного в нагрузке модельной цепи при облучении модельной цепи под углом 90°, от координат излучающей антенны (соответствует требованиям ГОСТ 30804.4.3-2013 [1]).

Осуществление изобретения.

На этапе подготовки к проведению испытаний следует руководствоваться положениями ГОСТ 30804.4.3-2013 [1], то есть в отсутствии объекта испытаний на заданном от антенны расстоянии проводят калибровку испытательного поля, формируемого антенной. При этом в процессе измерений определяют плоскость однородного поля, на которой отклонения напряженности испытательного ЭМП от заданного значения находятся в нормативных пределах. Рекомендуемое ГОСТ 30804.4.3-2013 [1] расстояние от антенны до плоскости однородного поля составляет от 1 м до 3 м.

По окончании калибровки излучающую антенну (позиция 2 на фиг. 1) размещают таким образом, чтобы гипотетическая плоскость однородного поля (позиция 3) совпала с поверхностью одной из сторон испытуемого технического средства (позиция 1). Указанное положение отличает предлагаемый метод от метода, изложенного в патенте RU 2735001 [2], при котором антенну устанавливают на заданном расстоянии до эллипса калибровки, который расположен внутри объекта испытаний.

Облучают внешнюю поверхность объекта испытаний (позиция 1) плоскостью однородного поля (позиция 3 в центре поверхности объекта испытаний). Затем поворачивают излучающую антенну в горизонтальной плоскости относительно ее центра на угол ϕ и повторяют облучение следующей части поверхности объекта испытаний (позиция 3 в правой части поверхности объекта испытаний). Вращение антенны и облучение поверхности объекта испытаний повторяют, пока вся его поверхность не окажется покрытой плоскостью однородно поля.

Затем антенну перемещают вдоль объекта испытаний на расстояние пропорциональное ширине плоскости однородного поля и повторяют облучение всей поверхности объекта испытаний.

Траектория перемещения антенны относительно объекта испытаний выбирается таким образом, чтобы расстояние между любой из точек внешней поверхности технического средства и антенной (центром антенны) было одинаковым (позиция 6).

Процедуру перемещения антенны и облучения поверхности объекта испытаний с разных направлений повторяют, пока антенна не вернется в начальную позицию.

Эффект, достигаемый при реализации предлагаемого способа испытаний, поясняется примером расчетной оценки амплитуды наведенного тока в нагрузке (позиция 7 фиг. 2), проведенным для модельной цепи технического средства (позиция 1) на резонансных частотах. В расчетах положение излучающей антенны относительно модельной цепи выбиралось таким образом, чтобы расстояние между центром антенны и ближайшей точкой модельной цепи было одинаковым при любых вариантах их взаимного расположения. В этом случае траектория перемещения центра антенны на отрезке с координатами по оси х≈1 м и по оси у от минус 2,5 м до 2,5 м представляет прямую линию, а для координат по оси у от минус 3,5 м до минус 2,5 м и от 2,5 м до 3,5 м - сегмент окружности радиусом 1 м, как это представлено на фиг. 2 пунктирной линией (позиция 6).

Следует отметить, что для выбранной модельной цепи траектория перемещения излучающей антенна в соответствии с предлагаемым способом (позиция 6) совпадает с траекторией (позиция 5), указанной в патенте RU 2735001 [2], а также частично совпадает с траекторией (позиция 4), определенной в соответствии с ГОСТ 30804.4.3-2013 [1]. Поэтому можно количественно оценить эффект, достигаемый при реализации предлагаемого способа испытаний крупногабаритных технических средств на устойчивость к действию радиочастотного электромагнитного поля.

Шаг перемещения излучающей антенны составлял не более 0,5 м. В каждой точке моделировалось облучение модельной цепи под разными углами за счет вращения диполя вокруг своего центра с шагом 10° в плоскости, содержащей ось диполя и ось модельной цепи, и для каждого описанного варианта вычислялась амплитуда наведенного тока. Из полученного набора амплитуд наведенных токов выбиралось максимальное значение, которое использовалось для формирования показанного на фиг. 3-6 графического представления зависимости максимального значения наведенного в модельной цепи тока (позиция 8) от координат излучающей антенны. Полученный результат соответствует наведенному току при реализации заявляемого способа испытаний. Также на фиг. 3-6 представлены результаты расчетов амплитуды наведенного тока (позиция 9), соответствующие способу, заявленному в патенте RU 2735001 [2], и амплитуды наведенного тока при облучении модельной цепи под углом 90° (позиция 10), соответствующие требованиям ГОСТ 30804.4.3-2013 [1].

Анализ представленных данных показывает, что для заявляемого способа испытаний на рассмотренных резонансных частотах 28 МГц (фиг. 3), 58 МГц (фиг. 4), 88 МГц (фиг. 5), 118 МГц (фиг. 6) амплитуда тока от 1,5 до 1,9 раз больше тока, наведенного при облучении центра модельной цепи (соответствует положениям патента RU 2735001 [2]) и в 1,6-1,9 раз больше тока при облучении модельной цепи под углом 90° (соответствует требованиям ГОСТ 30804.4.3-2013 [1]).

Таким образом, результаты проведенных расчетных исследований подтверждают, что предлагаемый способ испытаний крупногабаритных технических средств позволит наиболее полно реализовать варианты взаимодействия ЭМП и радиоэлектронной аппаратуры технических средств и, как следствие, более точно оценить устойчивость (стойкость, восприимчивость) технического средства при проведении испытаний к действию радиочастотного ЭМП.

Источники информации

1. ГОСТ 30804.4.3-2013 (IEC 61000-4-3:2006). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний. - Москва: Стандартинформ. 2014. - 44 с.

2. RU 2735001, G01M 17/00, G01M 15/00, G01R 35/00, опубликовано 27.10.2020 г. Способ испытаний автотранспортных средств на восприимчивость к излучаемому электромагнитному полю.

Изобретение относится к методам испытаний на устойчивость технических средств к действию радиочастотного электромагнитного поля. Способ испытаний крупногабаритных технических средств на устойчивость к действию радиочастотного электромагнитного поля заключается в формировании антенной плоскости однородного поля, последовательно перемещаемой по поверхности объекта испытаний за счет поворота антенны относительно ее центра в горизонтальной и вертикальной плоскостях и перемещения антенны вдоль поверхности объекта испытаний таким образом, чтобы расстояние между центром антенны и любой из точек поверхности объекта испытаний было одинаковым. Технический результат – повышение точности оценки устойчивости крупногабаритного технического средства к действию радиочастотного электромагнитного поля. 6 ил.

Способ испытаний крупногабаритных технических средств на устойчивость к действию радиочастотного электромагнитного поля, заключающийся в формировании плоскости однородного поля ограниченного по сравнению с поверхностью объекта испытаний размера, отличающийся тем, что в процессе испытаний траектория перемещения антенны относительно объекта испытаний выбирается таким образом, чтобы расстояние между любой из точек внешней поверхности технического средства и центром антенны являлось постоянным, а поверхность технического средства подвергается воздействию электромагнитного поля с разных направлений за счет последовательного перемещения антенны в азимутальной плоскости относительно объекта испытаний на расстояние, пропорциональное ширине плоскости однородного поля, и за счет поворота антенны относительно ее центра в горизонтальной и вертикальной плоскостях.