Surse de perturbații electromagnetice la bordul fregatei

CAPITOLUL I

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE (PEM) LA BORDUL NAVEI. CLASIFICARE. CARACTERIZARE

1.1. CLASIFICAREA PERTURBAŢIILOR ELECTROMAGNETICE PE O NAVĂ MILITARĂ

Există mai multe criterii de clasificare a perturbaţiilor electromagnetice, cele mai uzuale fiind date de:

a) natura perturbaţiilor;

b) evoluţia acestora în timp;

c) locul producerii fenomenelor perturbatoare;

d) căile (canalele) de transmitere a perturbaţiilor;

e) distanţele dintre surse şi susceptori (victime);

În continuare se vor analiza pe rând aceste criterii.

a) După natura lor, perturbaţiile electromagnetice pot fi:

- naturale,

- artificiale.

La rândul lor, perturbaţiile artificiale se pot împărţi în:

- perturbaţii neintenţionate,

- perturbaţii intenţionate.

Din categoria perturbaţiilor neintenţionate fac parte:

- perturbaţii electromagnetice produse de scurtcircuite şi de regimuri tranzitorii ale instalaţiilor de alimentare şi acţionare,

- perturbaţii electromagnetice produse de electronica de putere prin fenomenul de comutaţie,

- perturbaţii electromagnetice produse de descărcări electrostatice,

- perturbaţii electromagnetice produse de funcţionarea aparaturii radio, T.V., radar, aparate de navigaţie.

Printre perturbaţiile intenţionate se pot enumera:

- bruiajul electronic,

- impulsul electromagnetic al armei de impuls,

- impulsul electromagnetic nuclear.

b) După evoluţia în timp, perturbaţiile electromagnetice se pot clasifica în:

- perturbaţii staţionare,

- perturbaţii cvasistaţionare,

- perturbaţii tranzitorii (nestaţionare).

Perturbaţiile staţionare sunt produse de:

- circuite magnetice saturate,

- semiconductoare (tiristoare, redresoare),

- maşini electrice rotative,

- arcuri electrice,

- surse în comutaţie,

- surse de emisie (radar, radio, T.V.).

Perturbaţiile cvasistaţionare sunt produse de:

- variaţii de sarcină ale acţionărilor electrice,

- bruiajul electronic,

- curenţii de scurt circuit.

Printre sursele perturbaţiilor electromagnetice tranzitorii se regăsesc:

- anclanşările – declanşările contactoarelor, releelor, tuburilor fluorescente, siguranţelor, aparatelor de sudură,

- fenomene naturale (trăsnetele),

- descărcările electrostatice,

- impulsurile nucleare.

c) După locul de producere, perturbaţiile electromagnetice pot fi:

- interne echipamentelor electronice,

- externe acestora.

Perturbaţiile interne se pot împărţi la rândul lor în:

- zgomote,

- cuplaje parazite, capacitive, inductive, galvanice.

Perturbaţiile interne apar în reţeaua de alimentare a echipamentelor, în legăturile la pământ, - în cazul celor transmise prin conducţie, - sau în dispozitive, circuite şi componente, - în cazul celor transmise prin câmp.

d) După căile de transmitere se deosebesc:

- perturbaţii electromagnetice simetrice ( de mod diferenţial sau transversal), care se transmit pe aceleaşi linii pe care se transmite şi energia de alimentare,

- perturbaţii electromagnetice nesimetrice ( de mod comun sau longitudinal), care se transmit între liniile de alimentare şi pământ.

De asemenea, după căile de transmitere, perturbaţiile electromagnetice mai pot fi:

- perturbaţii transmise prin fir (cuplaje galvanice perturbative),

- perturbaţii transmise prin câmp (cuplaje capacitive, inductive, prin radiaţii).

e) După distanţa dintre sursă şi victimă, perturbaţiile electromagnetice se pot clasifica în:

- perturbaţii prin câmp apropiat, pentru r << λ/2π,

- perturbaţii prin câmp îndepărtat, pentru r >> λ/2π.

La rândul lor, perturbaţiile electromagnetice prin câmp apropiat se pot clasifica în:

- perturbaţii transmise prin cuplaj inductiv,

- perturbaţii transmise prin cuplaj capacitiv.

1.2. CARACTERIZAREA PERTURBAŢIILOR

Dezvoltarea fără precedent în domeniul sistemelor electronice şi electrice cu diverse destinaţii a condus la aglomerarea spectrului electromagnetic cu semnale deosebit de utile în dezvoltarea socie¬tăţii, dar şi la apariţia unor perturbaţii care afectează funcţionarea normală a echipamentelor, poluează mediul înconjurător şi afec¬tează organismele vii.

De aceea, compatibilitatea electromagnetică s-a impus ca disciplină ştiinţifică dinamică cu menirea de a găsi soluţii pentru prezervarea calităţilor mediului electromagnetic.

Compatibilitatea electromagnetică a unui aparat, echipament (dispozitiv), sistem electric sau electronic constă în capacitatea acestuia de a-şi realiza cerinţele funcţionale la parametrii proiectaţi într-un mediu cu nivele perturbative precizate şi de a nu genera perturbaţii proprii, peste nivelurile admise, influenţând lucrul normal al celorlalte elemente similare.

În lucrările de specialitate se întâlnesc şi alte definiţii, astfel:

♦ coexistenţa neconflictuală a emiţătoarelor şi receptoarelor de energie electromagnetică. în acest caz noţiunile de emiţător şi receptor sunt folosite în sens larg luându-se ca funcţie de bază transmiterea (recepţia) informaţiei cu precizarea că emiţătoarele trebuie să transmită semnalele utile numai la receptoarele stabi¬lite, iar receptoarele să reacţioneze numai aceste semnale, fără apariţia în mediul înconjurător a perturbaţiilor (interferenţelor);

♦ capacitatea unui dispozitiv (echipament) electric de a funcţiona satisfăcător în mediul său electromagnetic fără ca acest mediu să fie perturbat inadmisibil şi prin aceasta să afecteze şi alte dispozitive similare din vecinătate;

♦ abilitatea unui aparat, echipament sau sistem de a funcţiona satisfăcător în mediul electromagnetic fără a introduce perturbaţii electromagnetice asupra orice există în acest mediu.

Asocierea de termeni "aparat, echipament sau sistem" este deseori folosită în prezent în definiţiile Comisiei Internaţionale pentru Electrotehnică (CIE). În funcţie de subiectul în discuţie se selectează termenul cel mai relevant ca importanţă.

Din definiţiile de mai sus se evidenţiază două aspecte esen¬ţiale:

♦ funcţionarea satisfăcătoare, însemnând că echipamentele sunt tolerante unele cu altele sau, altfel spus, echipamentele nu sunt susceptibile la semnalele electromagnetice pe care alte echi¬pamente le emit în mediu;

♦ fără a introduce perturbaţii intolerabile, însemnând că echipamentele nu deranjează alte echipamente, emisia de sem¬nale electromagnetice de către alte echipamente nu cauzează interferenţe. În sensul celor de mai sus, un dispozitiv (echipament) electric este apreciat ca fiind compatibil dacă funcţionând ca emiţător nu produce emisii intolerabile, iar ca receptor are rezistenţă suficientă la perturbaţii.

Perturbaţia electromagnetică este definită ca "orice fenomen electromagnetic care poate degrada performanţele unui aparat, echipament, sistem sau produce efecte negative asupra organismelor vii şi materialelor inerte". În orice situaţie, practic, o sursă poate perturba simultan câteva echipamente, iar câteva surse pot, de asemenea, perturba un singur echipament. Perturbaţiile se manifestă cu pregnanţă la receptoare şi sunt denumite interferenţe electromagnetice.

Interferenţa electromagnetică reprezintă acţiunea unor fenomene electromagnetice asupra dispozitivelor (circuitelor), aparatelor şi sistemelor electrice cărora le degradează performanţele. Aceasta este caracterizată, ca şi compatibilitatea electromagnetică, prin emisie şi susceptibilitate. Interferenţele de radiofrecvenţă sunt acelea în care cel puţin un echipament implicat este asociat cu comunicaţiile radio: receptor radio şi de televiziune, telefon mobil, emiţător de radiodifuziune sau amatori, staţii radio portative, balize radio etc.

În producerea şi manifestarea interferenţelor sunt implicate următoarele elemente: sursa perturbatoare (emiţătorul sau genera torul), cel perturbat (receptorul de perturbaţii) şi calea (mecanis¬mul) de cuplaj (de interferenţă) între acestea.

Fig.1.1. Producerea interferenţelor electromagnetice

Concluzia care rezultă este aceea că dacă lipseşte unul din cele trei elemente, problema interferenţelor este soluţionată. După locul unde se produc interferenţele se disting patru niveluri: componentă, placă de circuit (etaj), echipament sau subsistem, sistem. Se poate analiza următorul exemplu. Presupunem că un emiţător de radio-difuziune care transmite cu modulaţie în amplitudine interferează cu un telefon. Când se ridică microreceptorul la ureche se aude semnalul indus în linie, în limbaj uzual denumit "muzică pe linie". La nivel de sistem elementul susceptibil este cel telefonic (terminalul, cablurile, centrala). La nivel de echipament este apara¬tul telefonic, la nivel de placă de circuit este amplificatorul de audiofrecvenţă, iar la nivel de componentă este un tranzistor sau integrat care amplifică şi demodulează semnalul de radiodifuziune. Elementul de cuplaj este linia telefonică care devine antenă pentru recepţia semnalelor transmise, în timp ce altă parte este împr㺬tiată în obiectele înconjurătoare şi atenuată.

În partea superioară sunt echipamentele care emit (sursele de perturbaţii), iar la bază echipamentele susceptibile (care suportă interferenţele) împreună cu mediul electromagnetic.

Emisia electromagnetică reprezintă un fenomen prin care energia electromagnetică emană de la o sursă. Emisiile pot fi împărţite în semnale utile şi perturbaţii, care iau căi de cuplare intenţionate sau neintenţionate. Suma emisiilor determină mediul electromagnetic local în care echipamentele potenţial susceptibile se aşteaptă să funcţioneze satisfăcător. Cum orice semnal din acest mediu poate face echipamentele susceptibile, toate semnalele sunt, în mod normal, considerate perturbaţii chiar şi când acestea sunt utile.