4.6. Особенности измерения помех от импульсных электрических полей

Прибор для измерения помех от импульсных электрических полей (ИЭП) должен содержать антенну для преобразования напряженности поля в электрическое напряжение, и собственно измерительную часть. Принципы построения измерительной части являются теми же, что и для измерения импульсных помех в сети питания или линиях связи. Структурная схема такого прибора приведена в § 4.3. Новым является выбор антенны. При измерении помех от ИЭП не всегда заранее известно, вдали или вблизи от излучателя помех производится измерение. В последнем случае структура поля неоднородна и точное измерение электрической или магнитной составляющей напряженности является трудной задачей. Однако электромагнитное поле воздействует на ЦТС не само по себе, а в результате наведенных в цепях аппаратуры импульсных напряжений помех. Поэтому вместо измерения напряженности достаточно измерять напряжения, наведенные на некоторые регламентированные виды антенн. Чтобы оценить, насколько измеренные величины опасны для конкретной ЭВМ, можно пересчитать их с учетом кратности

и эффективности антенных свойств ЭВМ по отношению к измерительной антенне.

Измеритель помех от ИЭП — это специализированный приемник сигналов, наведенных на его антенне источниками импульсных полей. Выбор параметров антенны и входных цепей измерителя определяет его метрологические свойства. Поэтому некоторые аспекты этой проблемы подробнее рассмотрены ниже.

Входные активное сопротивление и емкость приемника

Для достижения наибольшей восприимчивости прибора необходимо, чтобы вольт-секундная площадь сигнала на входе прибора была максимально возможной. Как следует из (3.39), для этого требуется, чтобы входное активное сопротивление прибора было возможно большим (см. рис. 3.7). Входная емкость должна быть минимальной, так как она снижает амплитудную чувствительность прибора [см. (3.40)].

Систематическая амплитудная погрешность

Входная емкость предопределяет наличие систематической погрешности измерения амплитуд. Оценим ее, полагая источник идеальным и удаленным. Тогда согласно (3.40) амплитуда на входе приемника

Если бы и приемник был идеальным, то амплитуда рав-нялась бы

    (4.20)

Относительная погрешность

Значение можно рассчитать по приведенным в § 3.4 соотношениям. Значение можно измерить. Если погреш. ность известна, то нетрудно по результатам измерений с помощью неидеального прибора оценить идеальную амплитуду. Действительно, из (4.21) следует, что

    (4.22)

О динамическом диапазоне измеряемых длительностей

Другой причиной погрешности измерения амплитуды, а также длительности импульсов является конечное значение входного сопротивления прибора.

Проанализируем влияние при следующих упрощающих предпосылках: источник является идеальным и генерирует последовательность из однополярных или двуполярных прямоугольных сигналов длительностью Длительность периода Приемник измеряет параметры положительных сигналов. Входная цепь прибора в общем случае может иметь три разновидности: первая, когда для положительных сигналов постоянная времени равна некоторому конечному значению, а для отрицательных вторая, когда для сигналов обеих полярностей постоянная времени конечна и одинакова, и, наконец, третья, когда для положительной полярности значение конечно, а для отрицательной

Эквивалентные схемы такого рода входных цепей приведены в табл. 4.2.

Качество сигнала на входе прибора будем оценивать двумя критериями. Амплитудную погрешность можно характеризовать относительным изменением амплитуды воспринятого импульса по отношению к амплитуде первого импульса :

Временную погрешность удобно характеризовать отношением где В уровень, при котором еще возможно измерение без погрешности длительности воспринятого импульса. Чем больше отношение тем легче аппаратурно обеспечить измерение.

Расчетные формулы для сведены в табл. 4.2. (При выводе формул диоды в эквивалентных схемах считались идеальными.)

Из формул для можно получить оценку для максимально допустимого значения длительности измеряемых импульсов, при котором еще обеспечивается измерение амплитуд и длительностей пачки из импульсов с амплитудной погрешностью, не превосходящей и с отношением не меньше заданного значения.

Для частного случая, когда численные значения оценки также приведены в табл: 4.2.

Таблица 4.2. Оценка качества сигнала

(см. скан)

Из формул и числового примера можно сделать вывод, что симметричная схема входа (вариант 2) обеспечивает наибольший динамический диапазон измеряемых длительностей. Схема варианта 3 вообще неприемлема, поскольку она обусловливает большую амплитудную погрешность при измерении двуполярных импульсов, когда число импульсов в пачке больше одного.

Амплитудные и временные погрешности тем меньше и динамический диапазон измеряемых длительностей тем аиире, чем больше постоянная времени входа прибора с антенной

Наиболее приемлемый путь увеличения — это увеличение сопротивления Менее предпочтительно увеличение емкостей антенны и входа . В первом случае растут геометрические размеры антенны, а во втором снижается амплитудная чувствительность прибора.

Деление входного сигнала

При больших значениях амплитуд сигналов на входе прибора возникает необходимость деления. Очевидно, что деление должно быть выполнено таким образом, чтобы метрологические параметры прибора при этом неухудшались, т. е. чтобы не сужался динамический диапазон измеряемых длительностей и не росли погрешности.

С этой точки зрения рассмотрим несколько принципиально возможных способов деления.

Резисторный делитель

Способ деления с помощью резисторного делителя достаточно известен, и мы не будем останавливаться на нем. Требования к делителю в данном случае сводятся к тому, что входное сопротивление прибора с делителем должно быть не меньше, чем прибора без делителя (но лучше, если оно будет больше, так как при этом растет ). Входная емкость прибора с делителем должна быть не больше, чем емкость прибора без делителя.

Емкостный делитель

Принципиальная возможность реализации такого делителя вытекает из зависимости (4.19) для амплитуды входного сигнала от амплитуды сигнала удаленного идеального источника.

Очевидно, что зашунтировав вход прибора добавочной емкостью амплитуда на входе уменьшится:

Найдем значение емкости уменьшающее амплитуду входного сигнала в k раз.

Поделим (4.19) на (4.23), тогда

Откуда

Если k велико, то

Увеличение ведет к увеличению постоянной времени следовательно, такой метод деления приемлем.

Изменение длины вертикальной антенны

Обозначим полную длину вертикальной телескопической антенны через I, а неполную — тогда согласно (4.19) коэффициент деления при укорочении антенны равен (источник полагаем идеальным и удаленным):

С учетом (3.45)

Первый сомножитель приближенно равен отношению расстояний центров антенны до проводящей поверхности. Очевидно, что если это расстояние при укорочении антенны меняется мало, то и коэффициент деления имеет малый диапазон изменения. Второй сомножитель дает эффект только за счет того, что приемник неидеален. Если приемник идеальный, то второй сомножитель равен единице.

Таким образом, принципиально такого рода способ деления возможен. Однако чтобы динамический диапазон деления был большим, требуется установить антенну возможно

ближе к проводящей поверхности или иметь возможно большую входную емкость.

Недостаток способа состоит в нелинейной зависимости сужении динамического диапазона измеряемых длительностей при укорочении антенны из-за уменьшения емкости

Антенна измерителя

Выше было показано, что для измерения амплитуд сигналов удаленных источников форма и размеры антенны приемника не имеют существенного значения, если приемник идеальный (входная емкость равна нулю). Значение имеет высота центра антенны над землей. Для идеального приемника собственная емкость антенны по отношению к земле должна выбираться максимально допустимой из конструктивных соображений. При этом растет амплитудная чувствительность прибора и расширяется динамический диапазон измерений временных параметров.

В комплект приспособлений регистратора помех [см. § 4.3) для измерения наводок от ИЭП входит телескопическая антенна типа метрового штыря. Емкость антенны составляет примерно 10 пФ.

Антенна устанавливается на штативе и присоединяется к активному пробнику прибора. Пробник соединен с прибором кабелем. Такая конструкция позволяет использовать прибор и при измерениях эффективности экранирования стоек и шкафов, предназначенных для размещения ЦТС. В этом случае антенна прибора размещается внутри стоек или шкафов.