1 РАДИОЧАСТОТНЫЙ РЕСУРС ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Радиочастотный ресурс РЧР

1. РАДИОЧАСТОТНЫЙ РЕСУРС. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Радиочастотный ресурс(РЧР) — это радиочастотные электромагнитные сигналы(поля), создаваемые с целью передачи (приема) информации или энергии. Основные признаки РЧР — частота электромагнитных полей(полоса частот), время Т их существования и трехмерное пространство V, в пределах которого поля распространяются с энергией, достаточной для регистрации соответствующими приборами. Второстепенные признаки этих полей — поляризация поля, модуляция, направленность распространения поля и др. Использование РЧР рассматривают по отношению к некоторой части какоголибо диапазона, выделенной радиослужбе конкретного назначения, например радиовещательной, радионавигационной. Степень использования такой части РЧР характеризуется степенью использования части РЧР в i-м по счету радиоканале Yi где dfi — полоса частот i-го радиоканала, определяемая полосой частот i-го излучателя; d. Vi— трехмерная область пространства, в которой распространяются излучаемые i-м излучателем электромагнитные волны ( «радиопространство» iго радиоканала); Протяженность, площадь или объем области пространства определяется мощностью i-го излучателя и чувствительностью i-го приемника с учетом направленности передающей и приемной антенн; d. Ti— время работы i-го излучателя по отношению к одним суткам.

1. 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕСУРСА • Международный союз-электросвязи (МСЭ): • Международный комитет по регистрации частот (МКРЧ), Международный консультативный комитет по радио (МККР) Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (МККТТ). • 1. 3. УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСОМ • Под системой «управления радиочастотным ресурсом» следует понимать комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на совместное пользование радиочастотным ресурсом все возрастающим числом потребителей при обеспечении ЭМС применяемых РЭС. • Задача управления РЧР решается в трех направлениях — организационном, техническом и экономическом.

Организационные принципы • • Организационные принципы включают распределение полос радиочастот (allocation), т. е. представление радиослужбам различного назначения права пользования определенными полосами частот; выделение полос частот или частот отдельных радиоканалов. Организационные принципы распределения, выделения и назначения полос частот в международном масштабе закреплены международными соглашениями, которые являются основой для национального законодательства в масштабах каждой страны. Организационный принцип является исходным для обеспечения ЭМС в конкретных условиях эксплуатации РЭС. • • РЧР может быть распределен организационно следующим образом: разнос по частоте, когда радиосредства могут работать одновременно, в том числе в одном месте, но в разных радиоканалах ( необходимо обеспечить полосу частот излучения полезного сигнала по возможности минимальной, высокую стабильность частоты излучения); • разнос по радиопространству, когда радиосредства могут работать одновременно и в одинаковых радиоканалах, но занимать различные радиопространства; в частности, разнос по радиопространству означает возможность присвоения нескольким радиостанциям одной и той же частоты радиоканала при условии, что они размещены на определенных расстояниях друг от друга (необходимо обеспечить мощность излучения полезного сигнала достаточной для его передачи на заданное расстояние без излишнего расширения радиопространства, радиопространство должно быть минимальным, что означает необходимость совершенствования диаграммы направленности); • разнос по времени, когда средства могут работать в одних и тех же радиоканалах и (или) занимать одно и то же радиопространство, но в разное время.

• • • Технические мероприятия При управлении РЧР анализ параметров ЭМС проводится по результатам их измерений и теоретических расчетов на базе математических моделей. При этом учитываются многие эмпирические данные, накопленные в результате эксплуатации радиосредств в полосах частот, в пределах которых осуществляется назначение частоты радиоканала. Технические рекомендации нормативно-техническая документация (НТД) по назначению частот-радиоканалов формулируются на основе результатов сбора и обработки информации технического и организационного. При создании национальной НТД учитываются международные документы, в первую очередь «Регламент радиосвязи» . Важными техническими рекомендациями по управлению РЧР являются методы более эффективного пользования ресурсом (например, применение однополосных систем по сравнению с двухполосными), перспективные требования к параметрам ЭМС РЭС, методы контроля пользования ресурсом и др.

При решение задачи управления РЧР в качестве входных данных используют: • данные, определяющих электромагнитную обстановку (ЭМО), в которой может работать радиосредство с присваиваемой частотой радиоканала; • данные о радиосредствах, на которые уже выданы лицензии; данных о технических параметрах (характеристиках) ЭМС средств, находящихся в эксплуатации; данных о существующих рекомендациях, стандартах, нормах и технических требованиях, содержащихся в международной и национальной НТД; • топографические данные, учитывающие профиль местности, растительный покров и другие факторы, необходимые для расчета условий распространении радиоволн между передатчиком и приемником.

Математические модели управления РЧР • Используемые математические модели управления РЧР разделяют на следующие основные виды: • модели возможных источников помех (моделируются параметры ЭМС передатчиков, приемников и антенн); модели организационно-технических характеристик радиосредств, действующих в определенных географических условиях (используются как субмодели в моделях назначения частот); модели назначения частот, основанные на учете требований НТД организационного характера (расчеты возможного обеспечения ЭМС базируются на существующих и будущих назначениях или присвоениях частот радиоканалов); модели затухания радиоволн при распространении на действительной трассе; поскольку значения затухания зависят от частоты, то используется серия моделей; • • модели территориального размещения средств и определения площадей обслуживания передатчиками с учетом топографических данных; • модели расчетов мощностей полезного и мешающего сигналов и соответствующих отношений сигнал-помеха; если имеются данные о возможных изменениях уровней этих сигналов, то расчет критериев ЭМС выполняется в зависимости от наличия или отсутствия таких условий.

НЕПРЕДНАМЕРЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОМЕХИ • Электромагнитные помехи (ЭМП) представляют собой электромагнитные, электрические и магнитные явления (процессы), созданные любым источником в пространстве или проводящей среде, которые нежелательно влияют или могут влиять на полезный сигнал при его приеме и (или) преобразовании к определенному виду. • «Рецептором» называют любое техническое устройство, реагирующее на полезный сигнал и (или) на помеху. • При теоретическом изучении параметров НЭМП во многих случаях разрабатывают математические модели, позволяющие определять величину параметров. • Базой для моделирования является регистрация и статистическая обработка экспериментальных результатов изучения помех. • Моделирование позволяет обнаруживать общие закономерности в процессах возникновения НЭМП и их действия на рецепторы с учетом допустимых отношении сигнал-помеха на входе (или выходе) рецептора. • Моделирование НЭМП позволяет уточнять общие и частные методы измерения различных видов помех.

1. По признаку источника помехи: • • станционная, созданная радиостанцией, излучающей помеху через антенну; распространенное название такой помехи «мешающий сигнал» ; он может проявлять свое действие как на частоте настройки рецептора (приемника), так и на частоте «соседнего канала» , номинальная частота которого является соседней к частоте настройки приемника согласно принятой расстановке частот радиоканалов в данной радиослужбе; мешающий сигнал создается основным излучением мешающего передатчика, пли его гармоникой, или его шумовым излучением и т. д. ; мешающий сигнал может создать, например, «блокирующую помеху» , а два (и более) мешающих сигнала в соседних каналах могут создать «интермодуляционную помеху» ; мешающий сигнал может быть создан также излучением гетеродина приемника; индустриальная, созданная электротехническим, радиоэлектронным (помимо излучения передатчика через ВЧ тракт) или электронным устройством; как правило, индустриальная помеха имеет импульсный характер, особенности которого зависят от типа конкретного устройства промышленного, медицинского, научного и бытового назначения (электродвигатель, генератор ВЧ нагрева, электросварочный аппарат, линия электропередачи, двигатель с электрозажиганием и т. п. ); резко выраженный импульсный характер имеет «коммутационная помеха» , возникающая при размыкании и замыкании цепей электропитания (с дуговым разрядом пли без него), что приводит к нестационарным процессам в этих цепях и в итоге проявляется в виде НЭМП; перечень устройств, создающих индустриальные помехи;

1. По признаку источника помехи: • • • естественная, созданная источником естественного происхождения; в зависимости от характера естественного процесса такая помеха может быть атмосферной, возникающей из-за электромагнитных процессов в атмосфере, космической, возникающей вследствие радиоизлучений космических тел (Солнце, звезды) и Галактики, и электростатической, возникающей вследствие электризации конструкционных элементов (например, летательного аппарата) и соответственно, токов стенания накопленных электрических зарядов и искровых разрядов между элементами конструкции; контактная, созданная в результате воздействия электромагнитного поля радиопередатчика на токопроводящий механический контакт с переменным сопротивлением, который является переизлучателем электромагнитного поля. Наличие таких контактов характерно для движущегося объекта (корабль, автомашина, самолет, железнодорожный транспорт и т. п. ), на котором действуют передающие и приемные РЭС. Во время работы передатчика контактные помехи влияют на рецептор, установленный на том же подвижном объекте, причем, как правило, такое влияние тем больше, чем больше скорость объекта. Первичной причиной возникновения контактной помех» является излучение передатчика, воздействующее на контакт, и вторичной — излучение от такого контакта. При классификации НЭМП по признаку источника контактные помехи нельзя отнести ни к индустриальным, ни к станционным помехам; их следует считать отдельным видом. От станционной помехи (излучение радиопередатчика) контактная помеха существенно отличается своим энергетическим спектром, а от индустриальной — наличием несовершенных механических контактов с переменным сопротивлением, что не свойственно электротехническим, радиоэлектронным и электронным устройствам.

2. По признаку среды распространения: • излучаемая, т. е. помеха, распространяющаяся в пространстве; • кондуктивная, т. е. помеха, распространяющаяся в проводящих средах, например в электрических цепях и металлических элементах конструкции изделий.

3. По частотному признаку: • высокочастотная (радиопомеха), т. е. помеха на частотах от 9 к. Гц и выше до оптического диапазона; • низкочастотная, т. е. помеха на частотах ниже 9 к. Гц; делить НЭМП по частотному признаку целесообразно в связи с тем, что электронные устройства в отличие от радиотехнических обладают значительной восприимчивостью к низкочастотным помехам.

4. По проявлению помехи во времени: • • • непрерывная, уровень которой не уменьшается ниже определенного порогового значения за время не менее 1 с; длительная, время действия которой больше 1 с; непродолжительная, время действия которой меньше 1 с; кратковременная, время действия которой меньше 0, 2 с; регулярная, появляющаяся и исчезающая через одинаковые (почти одинаковые) промежутки времени; нерегулярная, появление и исчезновение которой происходит через различные промежутки времени; случайная стационарная, текущий процесс которой имеет случайную природу, но происходит без существенных изменений во времени; такие помехи относятся к гауссовому типу, их примером являются космические шумы; случайная нестационарная, текущий процесс которой имеет случайную природу и протекает с существенными изменениям» во времени; это помехи негауссовые, их примерами являются индустриальные помехи импульсного характера от разнообразных источников, а также атмосферные помехи от грозовых процессов. При систематизации помех по их проявлению во времени в ряде случаев учитывается, что продолжительность действия помехи зависит от реакции рецептора, особенно, если помеха случайная нестационарная; при достаточно узкой полосе пропускания рецептора (сравнительно с полосой спектра помехи) на его выходе импульсы помех накладываются друг на друга даже в том случае, если на его входе импульсы разделены во времени. При систематизации помех важно знать, где по отношению к рецептору регистрируются помехи.

5. По энергетическому спектру помехи: • синусоидальная, энергетический спектр которой определяется синусоидальной (косинусоидальной) зависимостью; примером является «несущая частота» радиопередатчика с непрерывным излучением; • импульсная, энергетический спектр которой в пределах АЧХ системы во временной области является либо дискретным, если определяется единичными и разделенными во времени импульсами, либо сплошным, если определяется импульсами, перекрывающимися во времени; примером первого случая являются импульсные излучения РЛС, последовательность которых определяется тактовой частотой; примером второго — индустриальные помехи от многих видов источников и атмосферные помехи, созданные грозовыми процессами (случайные нестационарные помехи);

5. По энергетическому спектру помехи: • флуктуационная (шум), энергетический спектр которой (которого) определяется примерно постоянной величиной в пределах АЧХ системы при регистрации за сравнительно большое время; примерами являются внутренние шумы радиоприемника, космические шумы (шумовые излучения Солнца и Галактики), атмосферные шумы из-за абсорбционных процессов атмосферного кислорода и атмосферных водяных паров, а также шумовой фон индустриальных радиопомех при его интегральной оценке от многих источников на расстояниях нескольких километров; • модулированная — станционная помеха, энергетический спектр которой определяется регламентированным типом модуляции и соответствующим классом излучений; примером являются излучения радиопередающих устройств, представляющие собой полезные сигналы для определенного вида рецептора и мешающие для других рецепторов.

6. По отношению помехи к рецептору: • узкополосная, ширина спектра которой меньше или раина ширине полосы пропускания рецептора (например, мешающий сигнал от однотипной радиостанции, работающей в соседнем канале); • широкополосная, ширина спектра которой больше ширины полосы пропускания рецептора (например, контактная помеха или индустриальная импульсная помеха); • внешняя, источник которой находится вне рецептора; • внутренняя, источник которой находится внутри рецептора (например, шумы входного тракта приемника); • межсистемная, источник которой находится в системе, не относящейся к рассматриваемой системе, включающей рецептор; • внутрисистемная, источник которой находится внутри рассматриваемой системы, но вне рецептора; • аддитивная, действие которой на рецептор проявляется в сложении с полезным сигналом (например, флуктуационная помеха);

6. По отношению помехи к рецептору: • мультипликационная, действие которой на рецептор, изменяет комплексную структуру полезного сигнала за счет наложения ее на комплексную огибающую некоторого случайного процесса, например, при замираниях полезного и (или) мешающего сигналов; • симметричная, действие которой на рецептор проявляется между двумя зажимами источника индустриальных помех или между фазовыми проводами сети питания рецептора (или любой другой электрической цепи); • несимметричная, действие которой на рецептор проявляется между зажимом источника индустриальных помех (или сети питания, или любой другой электрической сети) и землей.

7. По отношению рецептора к помехе: • • • блокирующая, проявляющаяся в изменении коэффициента усиления принимаемого сигнала и (или) отношения сигнал-шум и возникающая в нелинейном тракте приемника при действии мешающего сигнала, частота которого находится вне полосы пропускания приемника; перекрестная, проявляющаяся в изменении структуры принимаемого сигнала и возникающая в нелинейном тракте приемника при действии модулированного мешающего сигнала, частота которого находится вне полосы пропускания приемника; интермодуляционная — помеха в полосе пропускания приемника, возникающая в его нелинейном тракте при преобразовании двух или более мешающих сигналов, частоты которых находятся вне полосы пропускания приемника; допустимая, действие которой не снижает требуемое качество функционирования радиоэлектронного или электронного средства; недопустимая, действие которой снижает требуемое качество функционирования радиоэлектронного или электронного средства; приемлемая, действие которой снижает требуемое качество функционирования радиоэлектронного или электронного средства до уровня, принятого удовлетворительным в конкретно заданных условиях.

ПАРАМЕТРЫ • Для детерминированных НЭМП (регулярные помехи одного источника или внеполосные излучения через антенну радиопередающего тракта) представления эти параметры мощность, напряжение, ток, напряженность ноля, энергетический спектр и др. • Для нестационарных электромагнитных процессов или одновременного использования помех от нескольких источников для описания необходимы: • усредненная за определенное время мощность Рср помехи, измеренная в эффективной полосе частот Δf мощность, • эффективное значение напряжения Uэфф помехи.

Для случайной стационарной помехи • Характерный параметр случайной стационарной помехи (флуктуационный шум), являющейся внешней и аддитивной помехой по отношению к приемнику, - «эффективная шумовая температура антенны» радиоприемного устройства ( «антенной температуры» ). • Под этим подразумевают усредненную спектральную плотность мощности шума, выраженную как температура в градусах Кельвина некоторого сопротивления, равного входному сопротивлению антенны, которое выделяет на входе источника такую же мощность, что и внешний источник помех. • При малом уровне внешних шумов, а также при достаточно точных расчетах учитывают собственную шумовую температуру антенны, зависящую от потерь в антенне и антенном тракте. • При значительном уровне внешних шумов можно пренебречь собственной шумовой температурой антенны. С учетом такого условия «антенная температура» . • Антенную температуру флуктуационных помех (шумов) практически измеряют с помощью измерителя напряженности поля с малым уровнем собственных шумов.

• пиковое значение Un напряжения помехи. Например, импульсные приемные устройства и цифровые средства электронной техники, действующие на импульсном принципе (устройства электронной автоматики, ЭВМ и др. ), реагируют не только на усредненную мощность импульсной помехи, но и на максимальную амплитуду импульса. Влияние помех на электронные устройства следует оценивать в первую очередь но параметру Un помехи, особенно в тех случаях, когда помеха имеет явно выраженный импульсный характер. Этот параметр измеряют с помощью пикового вольтметра, детекторная цепь которого имеет очень малое значение постоянной времени заряда и большое (до 100 с) — постоянной времени разряда. Квазипиковое значение напряжения импульсных индустриальных радиопомех измеряют квазипиковым вольтметром с детектором, нагрузка которого имеет стандартные значения постоянных времени заряда тэ и разряда.

• • • Квазипиковое значение Uкп напряжения — это показание инерционного вольтметра, постоянные времени которого близки к величинам задержки во времени, характерной для инерционности реакции человеческого слуха на появление и исчезновение звукового импульса. При измерениях флуктуационных помех квазипиковый вольтметр показывает значения, превышающие Uэфф. При измерениях кратковременных (длительностью менее 200 мс) импульсных помех, например коммутационных в виде серии коротких импульсов слученного характера, квазипиковый вольтметр действует как накопитель энергии и значение Uкп зависит от таких факторов, как число импульсов в пачке, отношение между частотой повторения импульсов и полосой пропускания линейного тракта измерителя, раздельное или с перекрытием по времени прохождение импульсов через тракт и других [51]. Вследствие вероятностной природы коммутационных помех для определения их значений Uэфф и Uср посредством квазипикового вольтметра необходимо проводить специальный анализ. Среднее значение Ucp напряжения является усредненным значением мгновенных уровней огибающей помехи за время T, достаточное для выявления ее статистических свойств. Многие регистрирующие приборы, например в оборудовании летательных аппаратов, включенные на выходе РЭС, более восприимчивы к воздействию Ucp, чем Un

• • • МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Создание математических моделей параметров НЭМП — сложная задача, особенно для помех негауссового типа. Многие математические моделиоснованы на эмпирических моделях, разработанных по результатам статистических измерений параметров помех. Однако эмпирическая модель отражает частный случай, относящийся к конкретному источнику (виду) помехи, и может не соответствовать общей закономерности. Создание канонических моделей ( подход Миддлтона), т. е. таких моделей, которые выражают основные закономерности и независимы от особенностей конкретного источника помехи с его количественными параметрами и, следовательно, являются обобщающими. Согласно данному подходу все виды помех, в том числе импульсные, делит на три класса: класс А— узкополосная помеха, полоса частот которой не превышает полосы пропускания приемника и широкополосная помеха при условии, что она когерентная, т. е. импульсная регулярная (например, импульсы РЛС), и, во-вторых, удовлетворяет неравенству Dfr*Tn» 1, где Dfr— эффективная полоса пропускания линейного ВЧ тракта приемника и TN — длительность когерентного импульса. Это неравенство подразумевает, что в узкополоснои приемнике эффекты нестационарных процессов незначительны. К этому классу относят также некогерентную импульсную широкополосную помеху с малой длительностью импульса относится к классу Вив отличие от когерентной отвечает условию Dfr*Tn=1 (или даже Dfr*Tn<<1); класс В—широкополосная помеха; класс С — помеха в виде сочетания помех класса А и класса В. При этом предполагается, что помеха класса А не приводит к возникновению нестационарных процессов во входном тракте и после преобразователя частоты приемника, являющегося линейным по отношению к помехе. Наоборот, помеха класса В создает нестационарные процессы в приемнике, который по отношению к помехе находится как бы под «ударным возбуждением» .

• В моделях Мидлтона используются две категории параметров: параметры, общие для всех канонических моделей данного класса, и параметры, характерные для тех эмпирических моделей, которые связаны с каноническими моделями этого класса. • Если для некоторой канонической модели общие параметры определены, то характерные параметры могут быть определены или уточнены из этой эмпирической модели. В моделях помех класса А имеется 3 общих и 3 характерных параметра, в моделях класса В соответственно по 6 параметров. Подход Миддлтона к построению моделей базируется на анализе действия помех на приемное устройство и имеет целью изыскать возможности снижения его восприимчивости к помехам.

2. 4. НЕКОТОРЫЕ ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПОМЕХИ • • • Естественные ЭМП подразделяются на атмосферные, космические и электростатические. Для атмосферных и космических помех, созданных электромагнитными процессами в атмосфере в космическом пространстве, накоплен обширный статистический материал. Электростатические помехи ( могут нарушить работу самолетного радиоприемногог устройства) возникают в результате накопления и последующего стекания электростатических зарядов от частиц атмосферных осадков (снег, дождь) или пыли на приемной антенне и окружающих ее элементах конструкции объекта. Таким помехам особенно подвержены самолетные приемные устройства, антенны которых находятся в ноле, созданном разрядами статического электричества, накопленного на элементах самолета, например на острых кромках крыльев, или в поле заряженных электричеством облаков. ЭМП от электростатических зарядов наиболее существенны в диапазонах примерно до 1 ГГц, их источником являются токи стекания электрических зарядов (коронные разряды) с элементов конструкции самолета или антенн (кривая 1); за счет токов стекания с непроводящих участков поверхности самолета, электризующихся частицами воздушного потока и осадками (кривая 2); за счет искровых разрядов (пробоев) между незаземленными (изолированными) и заземленными металлическими участками элементов конструкции самолёта (кривая 3).

• токи стекания электрических зарядов (коронные разряды) с элементов конструкции самолета или антенн (кривая 1); • за счет токов стекания с непроводящих участков поверхности самолета, электризующихся частицами воздушного потока и осадками (кривая 2); • за счет искровых разрядов (пробоев) между незаземленными (изолированными) и заземленными металлическими участками элементов конструкции самолёта (кривая 3).

• • • Удар молнии может разрушить некоторый объект, в составе которого имеются радиоэлектронные и электронные средства, но при соответствующей защите объекта от разрушения в цепях его оборудования создаются переходные процессы, что приводит к возникновению ЭМП большого уровня. Токи переходных процессов достигают значений нескольких сот килоампер и порождают мощное импульсное электромагнитное (ЭМ) поле. Для современных средств, в которых широко используются микросхемы, характерна их восприимчивость к помехам от переходных процессов при ударе молнии. Процессы, происходящие при ударе молнии: 1. во всех переходных процессах пиковые напряжения и токи возникают в течение первых двух микросекунд с последующим затуханием также в течение двух микросекунд (в некоторых случаях 5 мкс); 2. на входе контрольно-измерительной системы (КИС) возникают импульсы с максимальным уровнем 216 В. Некоторые типы транзисторов, диодов, конденсаторов, усилителей на интегральных микросхемах и других элементов не обладают необходимой надежностью и выходят из строя при воздействии помех от нестационарных процессов. Чтобы повысить их надежность, во многих случаях принимались сравнительно простые меры — последовательное включение резисторов, параллельное подключение конденсаторов, экранирование монтажных проводов и др.

Двигатель постоянного тока Управление Выключатель Силовая электроника Радиостанции Радар Люминесцентные лампы Разряд молнии Сетевой выпрямитель Компьютер ДВ СВ КВ УКВ МВ ДМВ СМВ