4.3 Исследование перекрестных помех во внутреннем пространстве
макета бортового приборного модуля
Уровни перекрестных помех в электротехнических комплексах летательных аппаратов возрастают, если жгуты бортовых проводников
84 размещаются в закрытом пространстве приборных модулей и конструкционных отсеков летательных аппаратов [34]. Перекрестные помехи в данном случае значительно влияют на качество функционирования бортовых приборов и устройств летательных аппаратов, могут изменять характеристики бортовых систем, вызывать отклонения их параметров, заданных в технических условиях [8, 17, 29, 34, 47, 51]. У бортовых приборов и устройств могут появляться дополнительные помехи влияющие на качество их функционирования, например, точность выполнения полетного задания и т.п.
Правильное оценивание напряжений перекрестных помех необходимо производить с учетом реального размещения электрических жгутов и бортовых приборов в закрытых приборных модулях и конструкционных отсеках летательных аппаратов. Расположение приборов и устройств в приборных модулях может существенно отличаться от расположения на лабораторных испытательных стендах. Напряжения перекрестных помех при размещении приборов, устройств и электрических жгутов в закрытых приборных модулях могут значительно отличаться от напряжений перекрестных помех при испытаниях, проводимых на открытом пространстве столов лабораторных стендов. Из-за уменьшения расстояний во внутреннем пространстве приборного модуля летательного аппарата между жгутами проводников и корпусами приборов значения напряжений перекрестных помех могут возрастать. Увеличение напряжений перекрестных помех может также происходит также из-за резонансных явлений, возникающих во внутреннем пространстве приборных модулей.
Изменение напряжений перекрестных помех необходимо, предварительно оценивать в лабораторных условиях, размещая электрические жгуты, приборы и устройства бортовых систем в макетах приборных модулей или макетах конструкционных отсеков летательных аппаратов. Сравнивая
85 полученные результаты измерений напряжений перекрестных помех в макетах модулей с напряжениями перекрестных помех на открытом пространстве испытательного стенда можно оценить возрастание значений напряжений во внутреннем пространстве приборного модуля или конструкции бортового отсека.
На рис 4.9 приведена схема исследования перекрестной помехи в жгуте между двумя двухпроводными линиями проводников. Жгут из двухпроводных линий размещался на электропроводной пластине, расположенной на поверхности стола лабораторного стенда и предназначенной для имитирования элемента конструкции летательного аппарата. Первоначально, на
первом этапе исследований жгут, состоящий из двух проводных линий размещался на открытом пространстве стола лабораторного стенда. На втором этапе исследований, на лабораторном стенде устанавливался макет приборного модуля с габаритами 250х250х300 мм, во внутреннем пространстве которого помещался жгут из двухпроводных линий проводников. Открытая сторона макета модуля закрывалась специальной крышкой, для создания полностью закрытого внутреннего пространства.
Макет приборного модуля устанавливался на электропроводной пластине, при соблюдении электрического контакта корпуса макета модуля и пластины.
Контуры макета приборного модуля на столе испытательного стенда показаны на рис 4.9 пунктирной линией. Трасса прокладки жгута из двухпроводных линий во внутреннем пространстве макета приборного модуля повторяет трассу жгута на открытом пространстве стола лабораторного стенда.
Исследования перекрестной помехи проводились путем прямого подключения двухпроводных линий с помощью коаксиальных кабелей к высокочастотному «tracking» генератору и измерительному приемнику входящих в состав прибора HMS – X. Выходная мощность «tracking» генератора устанавливалась 0 дБм, (1мвт), что создает напряжение на входе
86 двухпроводной линии- источника перекрестной помехи, с подключенным нагрузочным резистором R
н
= 50 Ом напряжение 107 дБ мкВ, ( 224 мВ).
Измерение напряжения перекрестной помехи на двухпроводной линии- рецепторе перекрестной помехи, производилось синхронизированным с генератором, измерительным приемником, работающим в режиме спектроанализатора в частотном диапазоне от 0,1 до 3000 МГц. Прибор HMS
– X находится вне имитатора приборного модуля.
Частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи между двухпроводными линиями жгута, полученная при размещении жгута на открытом пространстве стола лабораторного стенда приведена на рис 4.10.
(диаграмма1). Частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи между двухпроводными линиями во внутреннем пространстве закрытого приборного модуля изображена на рис 4.10 в виде диаграммы 2.
Частотные диаграммы напряжения перекрестной помехи в обеих случаях размещения жгута, состоящего из двухпроводных линий связи, на открытой поверхности стола лабораторного стенда и в закрытом пространстве макета приборного модуля имеют ярко выраженный много резонансный характер. Во внутреннем пространстве макета приборного модуля максимальные значения частотной диаграммы напряжения перекрестной помехи (диаграмма 2) на значительном интервале частотного диапазона (0,1 – 2300 МГц) превышают максимальные значения частотной диаграммы напряжения перекрестной помехи между линиями связи на открытом пространстве стола лабораторного стенда
(диаграмма 1). Максимальное значение частотной диаграммы 2 на частоте 24
МГц составляет 104 дБмкВ, ( 158,5 мВ), (рис 4.11) максимальное значение частотной диаграммы 1 равно 80,1 дБ ( 10,1 мВ) на частоте 1300 МГц.
Максимальные значения частотных диаграмм 1 и 2 перекрестной помехи отличаются на 23,9 дБмкВ (в 15,7 раз), (Рис 4.10).
87
Рис. 4. 9. Схема исследования перекрестной помехи между проводниками жгута, состоящего из двухпроводных линий проводников на столе лабораторного стенда и во внутреннем пространстве макета модуля: 1 –
корпус макета модуля; 2, 3 – двухпроводные линии жгута; 4 – электропроводная пластина – имитатор элемента конструкции летательного аппарата; Г – «tracking» генератор; ИП – измерительный приемник; R
н
– сопротивление нагрузки.
88
Рис. 4.10. Частотные диаграммы напряжения перекрестной помехи между двумя двухпроводными линиями проводников жгута в частотном диапазоне (0,1 – 3000) МГц: 1 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи на открытом пространстве стола лабораторного стенда; 2 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи во внутреннем пространстве макета приборного модуля.
89
Рис. 4.11. Частотные диаграммы напряжения перекрестной помехи между двумя двухпроводными линиями проводников жгута в частотном диапазоне (0,1 – 1000) МГц: 1 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи на открытом пространстве стола лабораторного стенда; 2 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи во внутреннем пространстве макета приборного модуля.
90
Схема исследования перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией представлена на рис 4.12.
Имитатор бортового прибора кубической формы с ребром 100 мм, выполненный из электропроводного материала, устанавливается на открытой поверхности испытательного лабораторного стенда на электропроводной пластине, имитирующей элемент конструкции летательного аппарата и изолирован от нее диэлектрической прокладкой. На корпус имитатора бортового прибора, который является на данном этапе исследований источником перекрестной помехи, подается напряжение от генератора 107 дБмкВ ( 224мВ) в пределах частотного диапазона (0,1 – 3000) МГц. Двухпроводная линия с резистором нагрузки сопротивлением 50 Ом размещается на открытом пространстве стола лабораторного стенда, на электропроводной пластине в соответствии со схемой на рис 4.12, является рецептором перекрестной помехи и подключается к измерительному приемнику, синхронизированному с генератором. Частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи (диаграмма
1) между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией на открытом пространстве стола лабораторного стенда приведена на рис 4.13.
При исследовании перекрестной помехи имитатор корпуса бортового прибора и двухпроводная линия помещались во внутреннем, закрытом пространстве макета приборного модуля, установленного на электропроводной пластине-имитаторе элемента конструкции летательного аппарата. На схеме рис 4.12 контуры макета приборного модуля показаны пунктиром. Имитатор бортового прибора располагается на нижней поверхности и в центре макета приборного модуля и изолирован от него диэлектрической прокладкой. Трасса двухпроводной линии, проходит по краям нижней внутренней поверхности макета приборного модуля и повторяет трассу на открытой поверхности стола лабораторного стенда.
Прибор HMS – X, содержащий генератор и измерительный приемник располагается вне макета приборного модуля. Частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двух проводной линией (диаграмма 2) приведена на рис 4.13.
91
Рис. 4.12. Схема исследования перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией: 1 –
имитатор бортового прибора;
2 – диэлектрическая подложка; 3 – двухпроводная линия; 4 – макет приборного модуля; 5 – электропроводная пластина-имитатор элемента конструкции летательного аппарата; Г – «tracking» генератор; П – измерительный приемник; R
н
– сопротивление нагрузки.
92
Максимальные значения частотной диаграммы напряжения перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линии во внутреннем пространстве макета приборного модуля (диаграмма 2) превышают максимальные значения напряжения перекрестной помехи на открытом пространстве стола лабораторного стенда (диаграмма1).
Максимальное значение частотной диаграммы 2 на частоте 1400 МГц равно
88,2 дБмкВ ( 25,7 мВ). значение частотной диаграммы 1 на частоте 1310 МГц равно 65,5 дБмкВ ( 1,9 мВ). Разница максимальных значений составляет 22,7 дБмкВ (в 13,5 раз).
Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех между двухпроводными линиями в электрическом жгуте и между корпусом имитатора бортового и двухпроводной линией в частотный диапазон (0,1 –
3000) МГц имеют резко выраженный резонансный характер.
Из анализа экспериментальных частотных диаграмм следует, что на резонансных частотах максимальные значения напряжения перекрестной помехи во внутреннем пространстве макета модуля значительно превышают максимальные значения напряжения перекрестной помехи на открытом пространстве стола лабораторного стенда.
Максимальных значения напряжения перекрестной помехи на резонансных частотах во внутреннем пространстве макета приборного модуля превышают максимальные значения перекрестной помехи на открытом пространстве стола лабораторного стенда: между двухпроводными линиями жгута на 23,9 дБмкВ, (в 15,7 раз); между имитатором корпуса бортового прибора и двухпроводной линией на 22,7 дБмкВ, (в 13,5 раз).
Размещение электрических жгутов, бортовых приборов и устройств во внутренних, закрытых пространствах модулей и конструкционных отсеков летательных аппаратов может приводить к возрастанию уровней перекрестных помех и как следствие к возможному ухудшению качества функционирования бортовых систем летательного аппарата на рабочих частотах.
93
Рис. 4.13. Частотные диаграмма напряжения перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией: 1 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи на открытом пространстве стола лабораторного стенда; 2 – частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи во внутреннем пространстве макета приборного модуля.
94
Учитывая явление возрастания уровней перекрестных помех во внутреннем пространстве закрытых бортовых приборных модулей и конструкционных отсеков летательных, необходимо оценивать на основе экспериментальных исследований с помощью имитаторов бортовых модулей уровни напряжений перекрестных помех электрических жгутов и бортовых приборов.
4.4. Способ определения минимального расстояния между двухпроводными линиями электрических жгутов для обеспечения допустимого уровня перекрестных помех Перекрестные помехи электрического жгута проводников зависят от расстояния между источником помех и приемником, частоты и значения амплитуды сигнала помехи [51, 59 – 65]. Существует множество способов уменьшения и устранения перекрестных помех в электрических жгутах проводников, таких как: использование экранов для экранирования каждого проводника или всего жгута; разделение жгута проводников на ряд жгутов проводников в которых каждый жгут проводников обеспечивает электромагнитную совместимость; уменьшение амплитуды и частоты сигнала источника помехи; использование фильтров.
Экраны проводников, при этом не должны иметь неоднородностей и разрывов с кожухами электрических соединителей [67, 72, 74, 75]. При использовании этих способов уменьшения уровней перекрестных помех в жгутах возрастает суммарная масса и стоимость жгутовой сети ЛА. Увеличивается также и время монтажа электрических жгутов.
В ряде случаев для уменьшения уровней перекрестных помех можно использовать метод разделения проводников на допустимые расстояния в пределах конструкции ЛА.
Учитывая ограниченность внутреннего пространства конструкции летательного аппарата является актуальным проведение исследований для определения минимального расстояния между жгутом-рецептором и двухпроводной линией–источником перекрестной помехи.
95
При этом расстояние между жгутом и двухпроводной линией - источником перекрестной помехи определяется в зависимости от амплитуды сигнала перекрестной помехи, величина которой не должна превышать нормативные значения авиационного стандарта [11–14, 58, 73].
Способ определения минимального расстояния между проводниками жгутов состоит из следующих этапов.
На первом этапе для определения минимального расстояния между жгутом и двухпроводной линией – источником перекрестной помехи необходимо реализовать установку, схема которой приведена на рис. 4.14а. На электропроводной поверхности установки разместить макет электрического жгута, состоящий из n - двух двухпроводных линий (n=2,3,…) и двухпроводную линию –источник перекрестной помехи. Выбрать сопротивления нагрузки двухпроводных линий, например, R
H
= 50 Ом. Установить заданную длину проводников в макете жгуте и двухпроводной линии –источника перекрестной помехи. К двухпроводной линии –источнику перекрестной помехи подключен генератор с регулируемым выходным напряжением.
На втором этапе определяется минимальное расстояние между неэкранированными двухпроводными линиями жгута, при котором уровень перекрестной помехи удовлетворяет нормативным значениям стандарта. Для этого необходимо изменять с заданным шагом расстояние между двухпроводной линией- источником и двухпроводными линиями - рецепторами электрического жгута. На каждом шаге измерять уровень перекрестной помехи на всех двухпроводных линиях жгута, подключая измерительный приемник к каждой линии. Пошаговое изменение расстояния необходимо остановить или при достижении предельно допустимого расстояния между двухпроводной линией – источником и рецепторами электрического жгута или, когда уровень перекрестной помехи становится меньше нормативного значения помехи в стандарте.
96
На третьем этапе в случае, когда напряжение перекрестной помехи при предельно-допустимом расстоянии между двухпроводной линией источником и линиями рецепторами электрического жгута превышает нормативные значения стандарта необходимо уменьшить напряжение двухпроводной линии- источника до значений, при которых уровень перекрестной помехи удовлетворяет требования м стандарта.
Пример определения минимального расстояния приведен на схеме рис
4.14б. На схеме двухпроводная линия 1 является источником перекрестной помехи. Двухпроводная линия 2 является рецептором перекрестной помехи и подключена к измерительному приемнику НМS – Х для определения уровней перекрестной помехи. Исследования уровней перекрестной помехи, в соответствии с предложенным способом, проводились на расстояниях х между двухпроводной линией- источника помехи и жгутом равных 0 cм; 25 см и 50 см.
Исследования проводились в частотном диапазоне 100 кГц – 100 МГц.
На каждом расстоянии измерялось напряжение перекрестной помехи.
Расстояние между двухпроводной линией – источником перекрестной помехи определялось таким образом, чтобы напряжение перекрестной помехи было меньше нормативного значения помехи в стандарте DO – 160G.
На рис 4.15, 4.16 и 4.17 приведены дискретные частотные диаграммы значений напряжения перекрестной помехи между двухпроводными линиями на расстояниях 0 см, 25 см и 50 см
Из сравнительного анализа дискретных частотных диаграмм (рис 4.18) следует, что по мере увеличения расстояния между двухпроводной линией- источником и двухпроводной линией - рецептором напряжение перекрестных помех,
двухпроводной линии- рецептора, уменьшается. Из-за явления резонанса это изменение является неравномерным, и значении напряжения перекрестной помехи на некоторых частотах, например, на частоте 20 МГц, все еще превышает допустимые значения, задаваемые стандартом, даже несмотря на то, что расстояние между двухпроводными линиями, источником и рецептором увеличены до 50 см.
97 а) б)
Рис. 4.14. Схема исследования перекрестных помех между двухпроводными линиями: 1 – двухпроводная линия-источник перекрестной помехи; 2 –двухпроводная линия-рецептор; х – расстояние между проводниками двухпроводной линией–источником и двухпроводной линий –
рецептором перекрестной помехи.
98
Рис. 4.15 Дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи между двухпроводными линиями при непосредственной близости двухпроводной линии- источника и двухпроводной линии -рецептора в жгуте при напряжении на нагрузке двухпроводной линии – источнике перекрестной помехи 1 В: 1 –
Частотная диаграмма нормативных значений стандарта DO – 160G.
99
Рис. 4.16. Дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи между двухпроводными линиями при расстоянии
25 см между двухпроводной линией- источником и двухпроводной линией- рецептором в жгуте при напряжении на нагрузке двухпроводной линии –источнике перекрестной помехи 1 В относительно нормативных значений стандарта DO – 160G: 1 –
Частотная диаграмма нормативных значений стандарта DO – 160G.
100
Рис. 4.17. Дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи между двухпроводными линиями при расстоянии
50 см между двухпроводной линией- источником и двухпроводной линией- рецептором в жгуте при напряжении на нагрузке двухпроводной линии – источнике перекрестной помехи 1 В: 1 –
Частотная диаграмма нормативных значений стандарта DO – 160G.
101
Рис. 4.18. Дискретные частотные диаграммы значений напряжения перекрестной помехи при различных расстояниях между двухпроводными линиями источником и рецептором: 1 – дискретная частотная диаграмма нормативных значений стандарта DO – 160G; 2 – дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи между двухпроводными линиями при непосредственной близости двухпроводной линии- источника и двухпроводной линии- рецептора; 3, 4
–дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи между линиями связи при расстоянии двухпроводной линии- источника от двухпроводной линии -рецептора 25 см, 50 см.
102
Рис. 4.19. Схема исследования перекрестных помех между имитатором корпуса бортового прибора и двухпроводной линией-рецептором: 1 – диэлектрическая подложка; 2 – двухпроводная линия; 3 – электропроводная пластина-имитатор элемента конструкции летательного аппарата; 4 – имитатор бортового прибора; Г – высокочастотный генератор; ИП – измерительный приемник; R
н
– сопротивление нагрузки.
103
На рис 4.19 приведена схема исследования перекрестных помех между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией. Данная схема аналогична схеме рис 4.14. отличие заключается в том, что источником перекрестной помехи является подключенный к генератору имитатор корпуса
имитатора бортового прибора в виде куба, выполненного из электропроводного материала. На корпус имитатора бортового прибора подавалось напряжение U–1В. На рис 4.20 и 4.21 приведены дискретные частотные диаграммы значений напряжения перекрестной помехи двухпроводной линии-рецептора при расстоянии 0,1 см и 5 см от корпуса имитатора бортового прибора. Из сравнительного анализа дискретных частотных диаграмм на рис 4.22 следует, что при увеличении расстояния между корпусом имитатора бортового прибора и двухпроводной линией рецептором от корпуса имитатора бортового прибора значение напряжения помех двухпроводной линии рецептора уменьшается.
На рис 4.23. приведены дискретные частотные диаграммы значений напряжения перекрестной помехи, удовлетворяющие нормативным значениям стандарта DO – 160G при различных расстояниях между двухпроводными линиями источником и рецептором, и с значениями напряжения двухпроводной линии -источника помех: 0,055 В на расстоянии
0,1 см; 0,5 В на расстоянии 25 см; 0,36 В на расстоянии 50 см.
Для того чтобы гарантировать, соответствие напряжения перекрестной помехи двухпроводной линии рецептора нормативным значениям напряжения стандарта DO – 160G, необходимо определять экспериментальным образом, минимальное расстояние при котором напряжение перекрестной помехи не превышало нормативное значение стандарта. При этом чем больше напряжение источника, например, напряжение на корпусе бортового прибора, тем больше должно быть расстояние между источником и рецептором.
Следует отметить, что из-за явления резонанса это правило не всегда верно.
104
Рис. 4.20. Дискретные частотные диаграммы значений напряжения перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией при непосредственной близости от корпуса имитатора бортового прибора
(0,1см): 1 – частотная диаграмма нормативных значений стандарта DO – 160G.
105
Рис. 4.21. Дискретная частотная диаграммы значений напряжения перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией при расстоянии 5 см от корпуса имитатора бортового прибора: 1 – Частотные диаграммы напряжения нормативных значений стандарта DO – 160G.
106
Рис. 4.22. Дискретные частотные диаграммы значений напряжения перекрестной помехи при различных расстояниях между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией: 1 – частотная диаграмма нормативных значений стандарта DO – 160G; 2 – дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией при непосредственной близости от корпуса имитатора бортового прибора на расстоянии 0,1 см; 3 – дискретная частотная диаграмма напряжения перекрестной помехи между имитатором бортового прибора и двухпроводной линией при расстоянии 5 см от корпуса имитатора бортового прибора.
107
Рис. 4.23 Дискретные частотные диаграммы перекрестных помех при различных расстояниях между двухпроводными линиями источником и рецептором: 1 – частотная диаграмма нормативных значений стандарта
DO – 160G; 2 – дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи при расстоянии 0,1 см между двухпроводной линией- источником и двухпроводной линией- рецептором с уменьшенным значением напряжения на двухпроводной линии- источнике помехи 0,055 В; 3 – дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи при расстоянии 25 см между двухпроводной линией- источником и двухпроводной линией- рецептором с значением напряжения на двухпроводной линии- источнике помехи 0,5
В; 4 – Дискретная частотная диаграмма значений напряжения перекрестной помехи при расстоянии 50 см между двухпроводной линией- источником и двухпроводной линией- рецептором с значением напряжения на двухпроводной линии- источнике помехи 0,36В.
108
Таким образом, если в электрическом жгуте, состоящим из двухпроводных линий передаются высокочастотные сигналы большой амплитуды, из-за перекрестных помех возможно нарушение требований технических условий или стандарта и, соответственно, искажение передаваемых сигналов. В этом случае, необходимо линию источник перекрестной помехи размещать на определенном расстоянии от двухпроводных линий –рецепторов, при котором выполняется требования стандарта. Но из-за ограниченного пространства конструкции отсека летательного аппарата увеличение расстояния между линией- источником и линией- рецептором, при котором уровень перекрестной помехи уменьшается до уровня нормативного значения, определяемого стандартом затруднено. В некоторых случаях необходимо комбинировать увеличение расстояния между линией источником и линией рецептором с возможной заменой линии источника другой линией с меньшим напряжением или переносом линии источника в другой жгут. В случае, когда замена ли перенос в другой жгут затруднены необходимо применять экранирование линии источника для того, чтобы обеспечить напряжение перекрестной
помехи на жгутах проводников в пределах, ограниченных требованием технических условий или нормативных значений, задаваемых стандартом.
Скачать 4.32 Mb.