Теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образоания 

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

Н.Н.Кисель

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ И СИСТЕМ

Учебное пособие

Таганрог 

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 621.391.82(075)
ББК 32.841

К443

Печатается по решению редакционно-издательского Совета 

Южного федерального университета

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор кафедры информационной 

безопасности систем и технологий. СКФУ Макаров А.А.;

заведующий кафедрой антенн и радиопередающих устройств, 

доктор технических наук, профессор Юханов Ю.В.

Кисель, Н.Н. 

Теория электромагнитной совместимости радиоэлектрон
ных средств и систем : учебное пособие / Н.Н.Кисель ;
Южный федеральный университет. – Таганрог : Издательство 
Южного федерального университета, 2016. – 173 с.

ISBN 978-5-9275-2144-9

Учебное пособие посвящено актуальной проблеме радиоэлектроники ‒

совместной работе радиоэлектронных средств при наличии системных 
помех. В нем излагаются методы анализа совместимости, основанные на 
измерении 
и 
моделировании. 
Приводятся 
методики 
анализа 

совместимости, которые иллюстрируются примерами расчета. Среди 
методов обеспечения совместимости основное внимание уделяется 
организационным, таким как распределение частот, выбор местоположении 
РЭС и т. д. Материал пособия соответствует программе учебного курса 
«Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств».

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 

11.03.01, 11.03.02, 11.04.01, 11.04.02 при изучении учебного курса учебного 
курса «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и 
систем». 

ISBN 978-5-9275-2144-9
УДК 621.391.82(075)

ББК 32.841

©Южный федеральный университет 2016
© Кисель Н.Н., 2016

К443

О Г Л А В Л Е Н И Е

1. ОЦЕНКА ЭМС СЕТЕЙ РАДИОСВЯЗИ……………………………5
2. РАДИОЧАСТОТНЫЙ  РЕСУРС………………………………..…..7

2.1. Основные понятия........................................................................7
2.2. Управление ресурсом...................................................................8

3. НЕПРЕДНАМЕРЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОМЕХИ   12
4. ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ   22

4.1. Излучения передающих устройств...........................................22
4.2. Контактные помехи....................................................................31
4.3. Внеполосные излучения ............................................................31
4.4. Шумовые излучения ..................................................................34
4.5. Восприимчивость приемных устройств через антенну..........35
4.6. Блокирование..............................................................................39
4.7. Перекрестные искажения ..........................................................41
4.8. Интермодуляционные помехи...................................................44
4.9. Избирательность и чувствительность приемных устройств..48

5. ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ……………... 52

5.1. Параметры антенн  как фактор ЭМС........................................52
5.2. Коэффициент затухания между антеннами .............................54
5.3. Расчет зон взаимного влияния антенн......................................61
5.4. Распространение сигналов ........................................................64
5.5. Особенности распространения радиоволн в городских 

условиях………………………………………………………………71
6. ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ПОМИМО 
АНТЕННЫ……………………………………………………………..73

6.1. Поле индукции от источников помех.......................................73
6.2. Основные характеристики экранирования ..............................79
6.3. Экранирование магнитного и электрического полей в 

ближней зоне..........................................................................................81

6.4. Анализ эффективности электромагнитного экранирования ..82
6.5. Конструктивное исполнение экранирования...........................85
6.6. Рекомендации по проектированию многослойных 

комбинированных экранов ...................................................................89

6.7. Система заземления ...................................................................92

7. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОБСТАНОВКА          
97

7.1. Влияние помехи по основному каналу приема .......................99
7.2. Влияние помехи по соседнему каналу приема........................99
7.3. Влияние индустриальных помех.............................................102
7.4. Алгоритм анализа ЭМО конкретных радиослужб................103

8. МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ 
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ…………………...104

8.1. Принципы расчета электромагнитной совместимости.........104
8.2. Расчет межсистемной совместимости....................................105
8.3. Расчет внутрисистемной совмесстимости .............................106
8.4. О внутриаппаратурнои совместимости..................................107
8.5. Способы помехозащиты ..........................................................107

9. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ 
ЭМС АНТЕННЫХ СИСТЕМ…………………….………………….110

9.1. Системный подход к проблемеЭМС ......................................110
9.2. Системные аспекты моделирования канала «эмиттер
рецептор».............................................................................................114

9.2.1. Модели канала «эмиттер-рецептор».............................114
9.2.2. Учет свойств радиотрассы при расчете 

пространственной развязки...............................................................117

9.2.3. Ослабление электромагнитного поля за счет дифракции

...............................................................................................................119

9.2.4. Избирательные свойства трактов ПРД и ПРМ ...........121
9.2.5. Свойства антенн ПРД и ПРМ.........................................122
9.2.6. Поляризационный фактор................................................125
9.2.7. Диаграмма направленности и коэффициент усиления .126

9.3. Алгоритмы назначения оптимальных частот РЭС РТК .......126
9.4. Особенности размещения бортовых антенн ЛА ...................130

10. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС С ПОМОЩЬЮ 
АНТЕННОЙ ТЕХНИКИ……………………………………………..134

10.1. Особенности выбора параметров и конструкции антенн...134
10.2. Помехозащищенность антенн. Ближнее и дальнее боковое 

излучение..............................................................................................137

10.2.1. Решение вопросов ЭМС по ближнему боковому 

излучению антенн................................................................................137

10.2.2. Решение вопросов ЭМС по дальнему (пуассоновскому) 

боковому излучению антенн...............................................................141

10.3. Улучшение помехозащищенности антенн с использованием 

структур пространственной развязки................................................146

10.3.1. Основные способы пространственной развязки антенн

...............................................................................................................146

10.3.2. Принципы обеспечения развязки антенн при 

использовании ребристых периодических структур.......................147

10.4. Влияние поляризационных характеристик на развязку между 

антеннами.............................................................................................153

10.5. Адаптивные методы обеспечения ЭМС...............................155

10.5.1. Изменение характеристик антенн в зависимости от 

сигнально-помеховой обстановки......................................................155

10.5.2. Адаптивные компенсаторы помех (АКП) ....................156
10.5.3. Адаптивные антенные решетки (ААР) ........................156
10.5.4. Активные методы адаптации.......................................157

10.6. Измерение параметров антенн..............................................157

11. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ЭМС 
АНТЕННЫХ СИСТЕМ РЭС. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ…………….159

Библиографический список............................................................160

ВОПРОСЫ……………………………………………………………170

1.  ОЦЕНКА ЭМС СЕТЕЙ РАДИОСВЯЗИ

Проблема электромагнитной совместимости РЭС приобретает 

важное значение не только в рамках отдельных служб радиосвязи, 
но и между разными службами [1-123].

Под ЭМС
РЭСпонимается их способность одновременно 

функционировать с требуемым качеством при воздействии на них 
непреднамеренных 
радиопомех, 
не 
создавая 
недопустимых 

радиопомех 
другим 
радиосредствам. 
Под 
электромагнитной 

обстановкой  (ЭМО) понимается совокупность электромагнитных 
полей РЭС различных служб радиосвязи в области пространства. 
Оценка ЭМС РЭС является общей задачей процесса согласования 
условий совместной работы РЭС, в ходе которой формируются 
условия, 
удовлетворяющие 
критерию 
ЭМС 
в 
данной 

электромагнитной обстановке. Эти условия могут включать: 
территориальные ограничения на размещение станции источника 
помех; ограничение источника мешающих сигналов в направлении 
на станцию, подверженную помехе; защитные полосы и частотные 
ограничения РЭС; значение необходимого подавления боковых 
лепестков диаграмм направленности передающей и приёмной 
антенн; оптимизацию параметров расположения РЭС и ориентации 
антенн и др.[2-5].

Под критерием обеспечения ЭМС обычно принимают защитное 

отношение приемника ‒
минимальное допустимое отношение 

сигнал/радиопомеха 
на 
входе 
приемника, 
обеспечивающее 

требуемое качество функционирования в условиях воздействия 
непреднамеренных радиопомех. Численное значение защитного 
отношения, как правило, зависит от типа помехового сигнала. 

Для решения проблемы ЭМС РЭС используются организационные 

и 
технические 
меры. 
Технические 
меры 
обеспечения 
ЭМС, 

применяемые 
как 
правило, 
на 
этапе 
проектирования 

аппаратурысвязаны с изменением технических параметров РЭС 
(например, снижение уровней внеполосных и побочных излучений 
передатчиков, повышение избирательных свойств приемников, 
снижение уровней боковых лепестков диаграмм направленности 
антенн и др.). Организационные меры применяются для оборудования, 

которое уже находится в экспуатации, и включают рациональное 
назначение рабочих частот, сочетаемое с введением частотных, 
территориальных, временных и пространственных ограничений, 
накладываемых на РЭС.

2.  РАДИОЧАСТОТНЫЙ  РЕСУРС

2.1. Основные понятия
Радиочастотный 
ресурс 
(РЧР) 
‒ 
это 
радиочастотные 

электромагнитные сигналы, создаваемые с целью передачи или 
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 РЧР‒ поляризация поля, модуляция, 

направленность распространения поля и др. 

Использование РЧР рассматривают по отношению к некоторой 

части какого-либо диапазона, выделенной радиослужбе конкретного 
назначения. Степень использования РЧР характеризуется степенью 
использования части РЧР в i-м по счету радиоканале 
iY

,i
i
i
i
dT
dV
df
Y




где 
i
df ‒ полоса частот i-го радиоканала, определяемая полосой 

частот i-го излучателя; 
i
dV ‒ трехмерная область пространства, в 

которой 
распространяются 
излучаемые 
i-м 
излучателем 

электромагнитные волны («радиопространство» i-го радиоканала).
Протяженность, 
площадь 
или 
объем 
области 
пространства 

определяется мощностью i-го излучателя и чувствительностью i-го 
приемника с учетом направленности передающей и приемной 
антенн; 
i
dT ‒ время работы i-го излучателя по отношению к одним 

суткам. 
Эффективность 
использования 
РЧР 
при 
условии 

обеспечения ЭМС РЭС является критерием степени использования 
РЧР.

Вследствие ограниченности РЧР его распределение по видам 

радиослужб 
в 
пределах 
регионов 
мира 
осуществляется 
в 

соответствии с международными соглашениями по различным 
странам. 
В 
пределах 
каждой 
страны 
распределение 
РЧР 

осуществляют национальные организации. 

Комплекс задач, возникающих в международном масштабе в 

связи с пользованием РЧР, находится в ведении Международного 
союза-электросвязи 
(МСЭ, 

InternationalTelecommunicationUnion,ITU), который имеет в своем 
составе Международный комитет по регистрации частот (МКРЧ), 
Международный консультативный комитет по радио (МККР) и 
Международный консультативный комитет по телеграфии и 
телефонии (МККТТ). Согласованные международные решения 
оформляются Генеральным секретариатом МСЭ (Женева) в виде 
сборников документов «Регламент радиосвязи», созданного впервые 
в 
1959 г. 
и 
дополняемого 
последующими 
международными 

соглашениями в связи с распределением и перераспределением 
полос частот, Регламентамеждународнойэлектросвязи.

ВнастоящеевремячленамиМСЭявляется191государство,крометог

о,около630компаний(учреждений,организаций)являютсячленамиСек
торовМСЭ.

Первое международное соглашение относилось к распределению 

радиоканалов в диапазонах СВ и ДВ и было принято в 1906 г. 
(Берлин) с участием 29 стран. Был согласован вид сигнала бедствия 
SOS и впервые выделен для него радиоканал. Процесс дальнейшего 
распределения РЧР продолжался на последующих международных 
конференциях. В 1927 г. было согласовано использование диапазона 
10 кГц ... 60 МГц, в 1947 г. диапазона 10 кГц ... 40 ГГц и в 1971 г. ‒ 
10 кГц ... 275 ГГц. Условной верхней границей радиочастот принята 
частота 3000 ГГц.

2.2. Управление ресурсом
Под системой «управления радиочастотным ресурсом» понимают 

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 включают распределение полос 

радиочастот, 
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);

‒ 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.

Вследствие ограниченности РЧР, совместное пользование одной 

и той же полосой частот (одинаковыми радиоканалами) различными 
радиослужбами в настоящее время приобретает все возрастающее 
значение. Работа на совмещенных частотах возможна при условии 
обеспечения разноса по радиопространству при обеспечении ЭМС 
каждого средства как вновь используемого, так и находящегося в 
эксплуатации. Поэтому в настоящее время все более существенными 
становятся организационно-технические концепции «управления 
РЧР», такие как анализ параметров ЭМС радиопередающих, 

радиоприемных и антенных устройств, анализ распространения 
радиоволн в рассматриваемых полосах частот и в конкретных 
пространственных условиях [2-5].

При управлении РЧР анализ параметров ЭМС проводится по 

результатам их измерений и теоретических расчетов на базе 
математических моделей. При этом учитываются эмпирические 
данные, накопленные в результате эксплуатации радиосредств в 
полосах частот, в пределах которых осуществляется назначение 
частоты радиоканала. Технические рекомендации нормативнотехническая 
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. К важным 
организационным рекомендациям можно отнести методы сбора и 
обработки информации об использовании и параметрах ЭМС 
радиосредств, методы применения вычислительной техники при 
распределении, выделении и назначении частот радиоканалов, 
методы планирования все возрастающего использования РЧР, 
методы прогнозирования дальнейшей эксплуатации РЧР. 

При решении задачи управления РЧР в качестве входных данных 

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 распространения
радиоволн между передатчиком и 

приемником.

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.

3.  НЕПРЕДНАМЕРЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ 
ПОМЕХИ

Электромагнитные 
помехи 
(ЭМП) 
представляют 
собой 

электромагнитные, электрические и магнитные явления (процессы), 
созданные непреднамеренным источником в пространстве или 
проводящей среде, которые влияют на полезный сигнал при его 
приеме и (или) преобразовании к определенному виду [3]. 
Техническое устройство, реагирующее на полезный сигнал или на 
помеху, принято называть рецептором.

При теоретическом изучении параметров непреднамеренных 

ЭМП (НЭМП), общих закономерностей их возникновения и 
действия на рецепторы математические модели строятся на основе 
статистической обработки экспериментальных результатов. 

Таблица 1

Классификация непреднамеренных электромагнитных помех

Классификационный признак
Вид НЭМП

Источник помехи
Станционная, индустриальная, 
естественная, контактная

Среда распространения
Излучаемая, кондуктивная

Частота
Высокочастотная, низкочастотная

Проявление во времени
Непрерывная, длительная, 
непродолжительная, кратковременная, 
регулярная, нерегулярная, случайная 
стационарная, случайная нестационарная

Энергетический спектр
Синусоидальная, импульсная, 
флуктуационная, модулированная

Отношение к рецептору
Узкополосная, широкополосная, внешняя, 
внутренняя, межсистемная, 
внутрисистемная, аддитивная, 
мультипликативная, симметричная, 
несимметричная

Отношение 
рецептора 
к 

помехе

Блокирующая, перекрестная, 
интермодуляционная, допустимая, 
недопустимая, приемлемая