ГОСТ Р 51318.22-2006 (СИСПР 22:2006) Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование информационных технологий. Радиопомехи индустриальные. Нормы и методы измерений

Приложение Е (справочное). Обоснование методов измерения ИРП на портах связи

Приложение Е
(справочное)

Е.1 Нормы

Нормы напряжения и тока ИРП на портах связи установлены для суммарного общего несимметричного полного сопротивления, модуль которого равен 150 Ом, представляющего собой нагрузку порта, связанного во время измерений с подключаемым оборудованием. Такое нормирование необходимо для получения воспроизводимых результатов измерений независимо от неопределенного общего несимметричного полного сопротивления на портах подключаемого оборудования и ИО.

В общем случае суммарное общее несимметричное полное сопротивление, которое ИО "видит" на порте, связанном с подключаемым оборудованием, не может иметь конкретного значения, если не используется УСР/ЭПСС. Например, если ПО расположено вне экранированного испытательного помещения, общее несимметричное полное сопротивление для порта связи ИО может быть определено как сопротивление проходного фильтра между измерительной установкой и окружающей обстановкой. Фильтр типа П имеет низкое общее несимметричное полное сопротивление, тогда как фильтр типа Т имеет высокое общее несимметричное полное сопротивление.

Не существует УСР/ЭПСС для всех типов кабелей, используемых ОИТ. Поэтому должны быть предусмотрены альтернативные методы испытаний, при которых УСР/ЭПСС не используются.

При измерениях ИРП на порте связи к порту ИО подсоединяется только один кабель, как показано на рисунках В.1-В.4. Обычно в ИО имеются и другие порты. В большинстве случаев ИО подключают к электрической сети. Общее несимметричное сопротивление других соединений (включая возможное соединение с заземлением), а также наличие или отсутствие этих соединений во время испытаний может значительно повлиять на результаты измерений. В частности это относится к ИО небольших размеров. Следовательно, общее несимметричное сопротивление других соединений должно быть зафиксировано во время испытаний оборудования небольших размеров. Кроме испытуемого порта, достаточно подключить хотя бы к двум дополнительным портам нагрузки с общим несимметричным сопротивлением 150 Ом. Для этих целей могут быть использованы ЭПСС или УСР с портом измерения радиочастотного напряжения, нагруженным сопротивлением 50 Ом.

Устройства связи/развязки, применяемые с неэкранированными симметричными парами, также должны имитировать затухание продольного перехода, типичное для кабелей самой низкой категории (наихудшее ) для испытуемого порта связи. Введение этого требования объясняется тем, что необходимо учитывать преобразование полезного симметричного сигнала в общий несимметричный сигнал, который может увеличивать излучение ИРП при применении ИО в реальных условиях. Асимметрия относительно земли вводится в ЭПСС намеренно, чтобы получить заданное значение . Вводимая в ЭПСС асимметрия относительно земли может усилить или исключить асимметрию ИО. Для определения максимальной эмиссии помех и оптимизации повторяемости испытаний проводят повторные испытания с заданным и введением асимметрии в каждом проводе симметричной пары при использовании ЭПСС, соответствующего требованиям 9.6.2.

Поскольку асимметрия в каждой симметричной паре способствует увеличению эмиссии кондуктивных ИРП, необходимо учитывать все комбинации асимметрии для всех симметричных пар.

Для одной симметричной пары указанное влияние незначительно, так как два провода идут в противоположных направлениях. Для двух симметричных пар число комбинаций нагрузки, влияющих на (т.е. конфигураций при испытаниях) равно четырем. Для четырех симметричных пар число комбинаций возрастает до 16. Учет указанных комбинаций значительно влияет на время испытаний. При этом испытания должны проводиться с особой тщательностью и соответствующим образом документироваться.

Порт измерения радиочастотного напряжения УСР/ЭПСС, не подключенный к измерителю ИРП, должен быть нагружен на сопротивление 50 Ом.

Преимущества и недостатки методов измерения общего несимметричного напряжения и общего несимметричного тока ИРП, указанных в приложении В, приведены таблице Е.1.


Таблица Е.1 - Преимущества и недостатки методов измерений, установленных в приложении В

Е.2 Комбинация из токосъемника и емкостного пробника напряжения

Преимущество метода, установленного в В.1.3, заключается в том, что он не требует "вмешательства" в конструкцию для всех типов кабелей. Однако если общее несимметричное сопротивление, создаваемое ПО для порта ИО, не равняется 150 Ом, то использование метода по В.1.3 обычно приводит к завышенным результатам измерений ИРП, но никогда к заниженным (наихудший случай оценки помех).

Е.3 Основные положения по конструкции емкостного пробника напряжения

Применение емкостного пробника напряжения для измерения общего несимметричного напряжения ИРП показано на рисунке В.3. Существуют два подхода к конструкции емкостного пробника напряжения. Для любого из них при наличии общего несимметричного полного сопротивления, равного 150 Ом, емкость пробника напряжения установленного на кабеле, соединенном с портом ИО, будет являться параллельной нагрузкой по отношению к общему несимметричному полному сопротивлению 150 Ом.

Емкость пробника по отношению к кабелю, подсоединенному к порту ИО, должна быть приблизительно равна 5 пФ.

Первый подход к конструкции емкостного пробника напряжения предполагает создание пробника в качестве устройства, работа которого основана на использовании физического удаления от кабеля, подсоединенного к порту ИО, для получения нагрузки менее 5 пФ. Этот тип емкостного пробника напряжения приведен в [6], пункт 5.2.2.

Второй подход к конструкции емкостного пробника напряжения использует емкостное устройство связи, которое максимально приближено к кабелю, подсоединенному к порту ИО (фактически это устройство находится в физическом контакте с изоляцией кабеля). Стандартный осциллографический пробник напряжения, сопротивлением более 10 МОм и емкостью менее 5 пФ, устанавливают последовательно с емкостным устройством связи. Теоретически на емкость пробника по отношению к кабелю, подсоединенному к порту ИО, емкостное устройство связи не должно оказывать влияния. На практике из-за физических размеров емкостного устройства связи параллельно с емкостью пробника возникает значительная паразитная емкость. В этом случае общая емкость нагрузки будет больше емкости пробника, и требование иметь параллельную нагрузку емкостью менее 5 пФ не будет выполнено. При использовании этого метода емкость нагрузки необходимо проверять измерениями. Емкость нагрузки определяют измерителем емкости, который должен работать в полосе частот от 150 кГц до 30 МГц. Емкость нагрузки измеряют между кабелем, соединенным с портом ИО (все провода кабеля соединяются вместе в точке соединения с измерителем) и пластиной заземления. При измерениях емкости нагрузки должен использоваться тот же тип кабеля, что и при измерении кондуктивных ИРП.

Примечание - Неопределенность измерений будет наименьшей, если длина кабеля между ИО и ПО менее 1,25 м. При больших длинах кабелей могут образоваться стоячие волны, оказывающие негативное влияние на измерения напряжения и тока. При использовании длинных кабелей, если не могут быть соблюдены нормы напряжения и силы тока, рекомендуется использовать метод измерения мощности, установленный в В.1.5.

Е.4 Комбинирование норм напряжения и тока

Если суммарное общее несимметричное полное сопротивление не равно 150 Ом, проводить измерения только напряжения или силы тока из-за значительной неопределенности измерений, обусловленной неизвестными общими несимметричными сопротивлениями, не допускается. Однако если измеряют и напряжение и силу тока при одновременном применении норм напряжения и силы тока, то в результате получают оценку наихудшего случая эмиссии помех, рассматриваемого ниже.

Основная схема измерений, применительно к которой в настоящем стандарте установлены нормы общего несимметричного напряжения и тока ИРП, приведена на рисунке Е.1. Схемы любых измерений сравнивают с этой схемой.

Рисунок Е.1 - Основная схема рассмотрения норм ИРП при заданном значении суммарного общего несимметричного полного сопротивления, равном 150 Ом

ИО - испытуемое оборудование; - общее несимметричное полное сопротивление ИО;
- напряжение источника ИРП; - общее несимметричное напряжение ИРП на порте связи;
- общий несимметричный ток ИРП на порте связи; - общее несимметричное полное
сопротивление нагрузки

Рисунок Е.1 - Основная схема рассмотрения норм ИРП при заданном значении суммарного общего
несимметричного полного сопротивления, равном 150 Ом

Значение является неизвестным параметром ИО, значение равно 150 Ом при эталонном измерении.

Если измерения проводят без определения общего несимметричного полного сопротивления, подключаемого к ИО, используют упрощенную схему, представленную на рисунке Е.2, где общее несимметричное полное сопротивление определяется ПО и может иметь любое значение. Таким образом, и являются, в общем случае, неизвестными параметрами измерений.

Рисунок Е.2 - Основная схема проведения измерений при неизвестном суммарном общем несимметричном полном сопротивлении

ИО - испытуемое оборудование; ПО - подключаемое оборудование; - общее несимметричное полное
сопротивление ИО; - напряжение источника ИРП; - общее несимметричное напряжение ИРП
на порте связи; - общий несимметричный ток ИРП на порте связи; - общее несимметричное
полное сопротивление ПО

Рисунок Е.2 - Основная схема проведения измерений при неизвестном суммарном
общем несимметричном полном сопротивлении

Если измерения проводят по схеме, приведенной на рисунке Е.1, норма силы тока и норма напряжения должны быть эквивалентны. Отношение между напряжением и силой тока всегда будет равно 150 Ом, и для определения соответствия норме ИРП можно использовать либо измерение напряжения, либо силы тока. Если значение не равно 150 Ом, это соотношение не выполняется (см. рисунок Е.2).

Важно отметить, что параметр ИО, определяющий соответствие норме, не является исходным напряжением . Измерение напряжения ИРП проводится на стандартном сопротивлении (150 Ом) и зависит от значений , и . Значение нормы ИРП может быть соблюдено, если ИО имеет высокое сопротивление и большое значение исходного напряжения , или низкое сопротивление и малое значение . В общем случае, представленном на рисунке Е.2, если не определено значение , измерить точное значение напряжения ИРП невозможно. Поскольку значения и не определены, невозможно вычислить напряжение ИРП, даже если известно значение (измерено или вычислено с учетом значений и ). Например, если для ИО с уровнем эмиссии помех, превышающим норму, измеряют напряжение в установке с низким значением на стороне ПО (<150 Ом), можно считать, что ИО соответствует норме. Если для того же ИО измеряют ток в установке с высоким значением сопротивления (например с применением ферритов), также можно считать, что ИО соответствует норме.

Однако если норму тока и норму напряжения ИРП применяют одновременно, то для ИО с повышенным уровнем эмиссии помех всегда будет установлено превышение либо нормы тока (если <150 Ом), либо нормы напряжения (если >150 Ом).

Если суммарное общее несимметричное полное сопротивление подключаемого оборудования не равно 150 Ом, допускается ИО, при измерениях соответствовавшее нормам при =150 Ом, считать несоответствующим. Однако ИО, не соответствующее нормам, ни при каких условиях не может быть принято. Следовательно, измерение в соответствии с В.1.3 является оценкой наихудшего случая помехоэмиссии.

Е.5 Выравнивание общего несимметричного полного сопротивления с помощью ферритов

В некоторых случаях (если общее несимметричное полное сопротивление, создаваемое ПО, заведомо менее 150 Ом) можно выровнять сопротивление, добавляя ферриты к кабелю, подсоединенному к порту ИО. В соответствии с В.1.4 необходимо проводить измерения общего несимметричного сопротивления и его выравнивание с помощью ферритов на каждой частоте измерений до тех пор, пока общее несимметричное сопротивление не будет равно (150±20) Ом. Настоящий метод является довольно сложным и требует много времени при использовании во всей полосе измерений. Если общее несимметричное полное сопротивление на стороне ПО изначально превышает 150 Ом, скорректировать общее несимметричное полное сопротивление до значения 150 Ом добавлением ферритов или изменением положения ферритов для частот ниже 30 МГц не представляется возможным.

Е.6 Требования, предъявляемые к ферритам

Испытательная установка для измерения общего несимметричного тока и общего несимметричного напряжения ИРП для экранированных коаксиальных кабелей приведена на рисунке В.2. Резистор сопротивлением 150 Ом должен быть подключен между экраном коаксиального кабеля и пластиной заземления, как показано на рисунке В.2. Ферриты устанавливают на коаксиальном кабеле между сопротивлением 150 Ом и подключаемым оборудованием. Ниже приведены функциональные требования к ферритам, которые необходимо соблюдать для соответствия требованиям, установленным в В.1.2. Полные сопротивления элементов испытательной установки, представленных на рисунке В.2, приведены на рисунке Е.3.

Рисунок Е.3 - Полные сопротивления элементов (см. рисунок В.2)

- общее несимметричное напряжение ИРП, создаваемое ИО;
- общее несимметричное полное сопротивление ИО; - общее несимметричное
напряжение ИРП, создаваемое ПО; - общее несимметричное полное сопротивление ПО;
- полное сопротивление ферритов

Рисунок Е.3* - Полные сопротивления элементов (см. рисунок В.2)

_______________
* Рисунок и экспликация к нему соответствуют оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

В В.1.2 установлено, что ферриты должны обеспечивать высокое сопротивление, чтобы общее несимметричное сопротивление справа от резистора сопротивлением 150 Ом было достаточно большим для исключения его влияния на результаты измерений. Это сопротивление представлено на рисунке Е.3 комбинированным полным сопротивлением, образованным и .

Комбинированное сопротивление и не должно уменьшать нагрузку, создаваемую резистором сопротивлением 150 Ом. Допуск для общего сопротивления 150 Ом установлен в настоящем стандарте и равен ±20 Ом в полосе частот от 0,15 до 30 МГц. Следовательно, общее последовательное сопротивление и параллельно с резистором сопротивлением 150 Ом должно быть не менее 130 Ом, независимо от значения .

Для определения характеристик сопротивления достаточно рассмотреть только два случая: - разомкнутая цепь и - цепь короткого замыкания. Если могут быть выбраны ферриты, соответствующие этим требованиям, то принимают любое значение .

Случай 1: - разомкнутая цепь

Комбинированное последовательное сопротивление и является открытой цепью. Сопротивление открытой цепи параллельно с сопротивлением 150 Ом равно 150 Ом. Сопротивление может иметь любое значение.

Случай 2: - цепь короткого замыкания

Комбинированное последовательное сопротивление и равно . Значение параллельно с резистором сопротивлением 150 Ом должно быть не менее 130 Ом. Для вычисления значения применяют выражение

. (Е.1)

Значение будет равно 1000 Ом. Это значит, что ферриты, выбранные для этого случая, должны иметь сопротивление 1000 Ом в полосе частот от 0,15 до 30 МГц. Для конкретного комплекта ферритов минимальное индуктивное сопротивление имеет место на частоте 0,15 МГц.

Комбинируя два описанные выше случая, можно сделать вывод, что условия короткого замыкания на частоте 0,15 МГц устанавливают минимальные требования к сопротивлению ферритов. Пригодны любые ферриты, обеспечивающие сопротивление, большее указанного значения в полосе частот от 0,15 до 30 МГц.

Для определения пригодности ферритов к применению при измерении общего несимметричного напряжения и общего несимметричного тока ИПР в соответствии с приложением В может быть применена испытательная установка, приведенная на рисунке Е.4. Измерения полного сопротивления проводят либо с применением измерителя полных сопротивлений, либо отдельными измерениями силы тока и напряжения и соответственно (см. рисунок Е.4) и вычислением значения полного сопротивления. Достаточно измерять сопротивления на частоте 0,15 МГц. Однако желательно также измерить сопротивление во всей полосе частот от 0,15 до 30 МГц, чтобы убедиться в том, что паразитная емкость, связанная с ферритами и коаксиальным кабелем, не ухудшает сопротивление феррита.

Рисунок Е.4 - Установка для измерения полного сопротивления резистора сопротивлением 150 Ом и ферритов

Рисунок Е.4 - Установка для измерения полного сопротивления резистора
сопротивлением 150 Ом и ферритов

Измерения показывают, что необходимое полное сопротивление не может быть получено при использовании единичного ферритового тороида. Для исключения влияния паразитной емкости на сопротивление ферритов необходимо применение нескольких тороидальных сердечников.

В лабораторных условиях была практически продемонстрирована возможность получения необходимого полного сопротивления на любых частотах.