protectie electronica

Rzboi electronic. Fundamente teoretice

242

Capitolul 4

PPRROOTTEECCIIAA EELLEECCTTRROONNIICC 4.1 Generaliti

Conform referinei bibliografice [37], protecia electronic (EP) reprezint un set de aciuni executate pentru asigurarea capacitii de ntrebuinare eficace, n interes propriu, a spectrului electromagnetic n condiiile utilizrii de ctre adversar a mijloacelor specifice de rzboi electronic.

Ca i n cazul celorlalte dou componente ale EW, utilizarea EP constituie o modalitate de a obine un avantaj militar ntr-o situaie conflictual dat. Deosebirea esenial dintre aceste componente const n faptul c, n timp ce EP reprezint o parte integrant din metodele de proiectare sau operare ale mijloacelor i sistemelor electronice, implementarea ES i EA necesit utilizarea unor echipamente speciale, a cror funcionare este guvernat de o serie de reguli specifice.

Natural, conform definiiilor acceptate pentru componentelor EW, rezult c EP se opune practic celorlalte dou, avnd scopuri diferite (Fig.4.1). Prin urmare, orice dezvoltare sau modificare a tehnologiilor de ES i EA implic o reacie imediat din partea tehnologiilor de EP, i invers. Suplimentar, se poate uor constata c orice echipament i sistem electronic (radar, de comunicaii etc.) poate fi descoperit, identificat, localizat i neutralizat prin bruiaj, iar orice tehnic de ES i EA poate fi contracarat, finalitatea acestei lupte continue depinznd doar de resursele (tehnologice, umane etc.) avute la dispoziie de fiecare parte angajat n conflict.

Fig.4.1: O ilustrare grafic a principiului aciunii i reaciunii n cadrul EW

n general, prin intermediul tehnicilor de EP se urmrete n primul rnd,

contracararea efectelor EA. Consecinele principale ale msurilor de EP pot fi sintetizate spre exemplu, n situaia unui radar, astfel:

prevenirea saturrii receptorului; meninerea constant a ratei alarmei false (tehnici de tip CFAR);

Protecia electronic

243

meninerea unui JSR convenabil; eliminarea intelor false; discriminarea bruiajului dirijat; meninerea urmririi intei etc. Suplimentar, n cazul radarelor obiectivul de baz al EP este de a permite

acestora s-i ndeplineasc funciile pentru care au fost proiectate i n acelai timp, s minimizeze cantitatea de informaii radiat spre adversar.

Clasificarea cea mai general a msurilor de EP se refer la divizarea acestor proceduri i tehnici n:

msuri de EP anti-ES; msuri de EP anti-EA.

Fig.4.2: Obiectivele componentei EP a EW

Restrngnd gradul de generalitate, clasificarea mijloacelor de EP poate fi

facut n funcie de mai multe criterii, mai importante fiind cele legate de: qq echipamentul cruia i sunt destinate: pentru sisteme radar de cercetare/detecie/urmrire; pentru rachetele dirijate; pentru sisteme de comunicaii; pentru sisteme amic-inamic (Frend or Foe, FoF); pentru sisteme de navigaie etc. qq subsistemul/parametrul cruia i sunt destinate: pentru emitor; pentru subsistemul de antene; pentru forma de und; n frecven; pentru procesorul de date; pentru reele de comunicaii etc. qq modul de utilizare: adaptive; flexibile; afiate; manuale etc.


244

qq modul de aplicare: de proiectare; operaional-tactice etc. qq modul de aciune: active; pasive etc. Practic, primele dou criterii de clasificare sunt cele mai des utilizate pentru

definirea tehnicilor i procedurilor specifice de EP. n general, aplicarea EP presupune: protecia electronic mpotriva cercetrii efectuate de adversar; asigurarea stabilitii lucrului echipamentelor i sistemelor electronice proprii

n condiiile utilizrii de adversar a bruiajului de toate categoriile; asigurarea compatibilitii electromagnetice n funcionarea tuturor

mijloacelor i sistemelor electronice proprii (ElectroMagnetic Compatibility, EMC). Asigurarea acestor cerine ale EP se realizez prin adoptarea unor: msuri organizatorice; msuri tehnice; msuri de exploatare. Msurile organizatorice se refer la gruparea, dispunerea n teren,

caracteristicile funcionale, programul i modul de ntrebuinare n lupt a echipamentelor i sistemelor electronice proprii. Aceste msuri sunt stabilite de ctre comandani nc din faza de pregtire a luptei/operaiei i sunt introduse n cadrul Planul aciunilor de lupt/operaiei.

Msurile tehnice se refer la utilizarea unor echipamente i sisteme electronice care prin modul lor intrinsec de proiectare sau construcie pot reduce sau diminua efectele aciunilor de cercetare electronic sau bruiaj executate de ctre adversar, respectiv nu afecteaz funcionarea normal a altor echipamente electronice proprii.

Msurile de exploatare se refer la utilizarea n condiii optime, n deplin siguran i cu precizie a tuturor oportunitilor tehnice de protecie oferite de ctre echipamentele i sistemele electronice proprii.

Msurile de protecie electronic sunt necesar a fi complementare cu aciunile de control electronic. Controlul electronic se planific, se organizeaz i se execut n scopul descoperirii indicilor de demascare ai echipamentelor i sistemelor electronice proprii, precum i pentru verificarea eficacitii msurilor de EP adoptate. Aplicarea msurilor de EP se face difereniat, n funcie de mai muli factori, dintre care mai importani sunt urmtorii:

tipul sistemului care se proiecteaz (spre exemplu, radare, echipamente de comunicaii, sisteme de rachete etc.);

destinaia sistemului proiectat (spre exemplu, radar de descoperire, radar de urmrire, radar de dirijare etc.);

platforma pe care va fi instalat sistemul (spre exemplu, radarul de la bordul aeronavelor, radarele de la bordul navelor maritime, radarele terestre etc.);

mediul electromagnetic n care va evolua sistemul; tipul estimat, de sisteme de ES i EA, proprii sau adverse, cu care acesta va

coexista sau se va confrunta etc.

Protecia electronic

245

4.2 Tehnici de protecie electronic

n literatura de specialitate [14], [24], sunt prezentate numeroase tehnici de EP, dar n general, se accept c acestea pot fi divizate n patru mari grupe:

tehnici de EP n emitoare; tehnici de EP n antene; tehnici de EP n receptoare i procesoare de semnal; tehnici de EP n sistem. Natural, aceast mprire este n conformitate cu modalitile uzuale de

reducere sau neutralizare a eficienei echipamentelor i sistemelor electronice proprii de ctre componenta de EA a adversarului.

n alt ordine de idei, se cunoate faptul c echipamentele i sistemele electronice sunt proiectate avndu-se n vedere asigurarea unei palete ct mai largi a capabilitilor de EP, astfel nct eficiena echipamentelor respective s fie maximizat n condiiile cmpului de lupt modern. Spre exemplu, principalele cerine de proiectare stabilite de specialitii n domeniul radar i EW, pot fi sintetizate astfel:

alegerea principiului de funcionare: n impuls, n CW, coerent, cu compresia impulsurilor etc.;

alegerea frecvenei de lucru; creterea puterii medii radiate; mrirea timpului de explorare a intei; creterea frecvenei de emisie; agilitatea de frecven a emitorului i receptorului n benzi extinse de

frecven; antene cu nivel redus al lobilor secundari i ctig mare; rezoluie spaial, spectral i temporal ct mai mari; compensarea lobilor laterali; utilizarea reelelor de antene fazate; asigurarea unor posibiliti de meninere constant a probabilitii alarmei

false sau CFAR (receptorul Dicke-Fix etc.); utilizarea procesrii de tip Doppler (n sistemele MTI, n impuls etc.); asigurarea unei probabiliti mici de interceptare (tehnici LPI); asigurarea unei game dinamice mari; utilizarea tehnicilor cu spectru distribuit/mprtiat etc.,

iar n domeniul proiectrii sistemelor de rachete, aceste cerine de proiectare pot fi enunate astfel:

utilizarea dirijrii TV (principiul Tracking Via Missile, TVM); utilizarea metodelor de dirijare dup formele de und emise de sistemele

electronice adverse, indiferent de banda de frecvene i modul acestora de operare (cazul ARM/HARM);

utilizarea posibilitilor de dirijare dup semnalele de bruiaj (HOme of Jaming, HOJ);

utilizarea posibilitilor de dirijare dup amprenta termic; utilizarea posibilitilor de dirijare dup semnalul reflectat de inta iluminat

de radarul propriu sau advers etc.


246

i n final, este util de amintit faptul c setul tehnicilor i tacticilor de EP este unul extrem de vast, acestea reprezentnd tot attea soluii la cerinele de proiectare specifice. n continuare, trebuie menionat c nu toate tehnicile de EP existente pot fi utilizate concomitent deoarece unele sunt incompatibile cu altele etc. Prin urmare: 4.2.1 Tehnici de protecie electronic n emitoare

Aceast grup de tehnici nglobeaz toate msurile i tehnicile de EP care au o legtur concret cu frecvena, PRF i forma de und a emitorului sistemului electronic (spre exemplu, radarului etc.).

Sintetic, acestea tehnici de EP n emitoare pot fi: qq legate de frecven: comutarea manual a frecvenelor de lucru; reglajul fin al frecvenei de lucru; agilitatea frecvenei; diversitatea frecvenei; comutarea automat a frecvenelor de lucru; radar cu frecvene multiple; benzi noi de frecvene; schimbarea frecvenei de lucru la fiecare impuls radiat etc. qq legate de putere: creterea puterii de ieire; managementul puterii etc. qq legate de PRF: modulaia n poziie a impulsurilor; schimbarea rapid a PRF; modulaia liniar de frecven (chirp); modulaia neliniar de frecven; funcionarea n regim de tip salv (burst) de impulsuri; compresia i extensia impulsurilor; modulaia impulsului; agilitatea PRF; echipamente cu impulsuri de scurt durat; alternarea PRF; PRF variabil etc. qq legate de forma de und: form de und codificat; form de und n CW; modulaia FM a formei de und; form de und de tip pseudozgomot modificat; radar Doppler n impuls etc.

Pentru detalii privind structura intim a tehnicilor de EP n emitoare prezentate anterior, pot fi consultate referinele bibliografice [43], [46] i [47].

Protecia electronic

247

4.2.2 Tehnici de protecie electronic n antene

Aceast grup de tehnici nglobeaz toate msurile i tehnicile de EP legate de: caracteristicile lobului principal; caracteristicile lobilor laterali; tehnici de msurare unghiular. Sintetic, acestea tehnici de EP n antene pot fi: qq procedee i carcateristici ale lobului principal: radar bistatic (multistatic); polarizarea circular; creterea rezoluiei unghiulare; reducerea lobului principal; diversitatea/selecia n polarizare; reducerea polarizrii lobului principal etc.

radarul P-37 (Rusia) SAM Neva (Rusia)

Fig.4.3: Exemple de sisteme de antene standard cu compensarea activ a lobilor laterali

qq caracteristici ale lobilor laterali: blocarea lobilor laterali; reducerea lobilor laterali; neutralizarea/suprimarea lobilor laterali (Fig.4.3); suprimarea lobilor laterali cu ajutorul materialelor absorbante; blocarea selectiv a unui singur lob lateral etc. qq tehnici de msurare unghiular: modularea adaptiv a explorrii unghiulare; explorarea conic compensat; sisteme monoimpuls hibrid (cu comparaie de faz i amplitudine); sistem LORO (Lobe On Receiver Only); sistem de urmrire monoimpuls; reele de antene fazate (Fig.4.4); modulaia AM a ratei de explorare; rat variabil a explorrii etc.


248

Fig.4.4: Un exemplu de reea de antene fazate (radarul FPS 117, Romnia)

Spre exemplu, procedurile de reducere a lobilor laterali au evoluat de la tehnici

simple (compensarea activ a lobilor secundari etc.), la o tehnologie sofisticat, bazat pe aplicaii ale procesrii adaptive n cadrul reelelor de antene fazate (conceptul smart antennas etc.). Pentru detalii privind structura intim a tehnicilor de EP n antene prezentate anterior, pot fi consultate referinele bibliografice [43], [46] i [47]. 4.2.3 Tehnici de protecie electronic n receptoare i procesoare de semnal

Aceast grup de tehnici de EP este cea mai ampl ca i coninut, fapt determinat de mai muli factori, ca:

n general, este mult mai simplu i mai ieftin s fie realizate modificri asupra prii de recepie dect asupra antenei sau prii de emisie. Spre exemplu, poate fi realizat creterea puterii de emisie, dar cu un pre de cost destul de ridicat;

tehnicile de protecie electronic din partea de recepie sunt pasive i n consecin, mult mai greu de contracarat de adversar;

progresele recente nregistrate n procesarea semnalelor, n special n utilizarea tehnicilor de procesare adaptiv (inteligent), au determinat o dezvoltare continu a receptoarelor radar;

n general, aplicarea msurilor de protecie electronic n cadrul receptoarelor este mai flexibil i mai uor adaptabil;

utilizarea de ctre operatorii umani a msurilor de protecie electronic specifice prii de recepie este mult mai simpl i permite obinerea unui grad de eficien sporit comparativ cu msurile din anten sau emitor;

pentru acelai tip de msur de protecie electronic, pot exista mai multe modaliti de implementare spre exemplu, MTI, CFAR, Dicke-Fix etc.

Protecia electronic

249

Tehnicile de EP din receptoare pot fi uor grupate n funcie de elementul funcional al acestora asupra cruia acioneaz, i anume: predetecie, detecie, postdetecie, display i frecven de repetiie. n consecin, aceste tehnici de protecie electronic pot fi sintetizate astfel:

qq generale: desensibilizare; gam dinamic; liniaritate etc. qq predetecie: etaj de amestec simetric; receptor de band larg; discriminator coerent de impuls cu durata mare; amplificator de nalt frecven cu compresie; etaje de reducere a eficacitii bruiajului de tip CW; Dicke-Fix:

- cascad de Dicke-Fix; - indicator de inte mobile (MTI) coerent cu Dicke-Fix; - receptor pentru detecia agilitii de frecven; - Dicke-Fix logaritmic; - Dicke-Fix cu atenuare n nalta frecven pentru MTI; - Dicke-Fix cu rata alarmei false constant n nalt frecven; - Dicke-Fix cu frecven instantanee; - MTI necoerent cu Dicke-Fix; - Dicke-Fix cu rata alarmei false constant n video frecven; - preselecia de frecven (de band ngust);

tehnici de control a amplificrii: - controlul amplificrii anti-clutter; - reglarea automat a polarizrii/negativrii; - reglarea automat a amplificrii (RAA); - reglarea automat a nivelului zgomotului; - reglarea automat a amplificrii cu dou canale; - reglarea automat rapid a amplificrii; - reglarea automat a amplificrii cu un canal; - reglarea automat instantanee a amplificrii; - controlul atenurii bruiajului; - reglarea manual a amplificrii (RMA); - controlul amplificrii impulsurilor; - reglarea temporar a sensibilitii;

utilizarea impulsurilor de separare ntre canale; utilizarea limitrii n frecven intermediar (IF); integrarea coerent n IF; selecia intelor mobile (SM) prin integrare coerent n IF; selecia intelor fixe (SF) prin integrare coerent n IF; integrarea cu linie de ntrziere; receptor cu sistem de neutralizare a bruiajului;


250

receptor logaritmic n IF; filtre adaptive; tehnici de selecie a intelor mobile (Moving Target Indicator, MTI):

- filtre n vitez; - circuite de atenuare feedback pentru MTI; - circuite de selecie a intelor mobile din clutter; - sistem coerent MTI; - sistem MTI cu CFAR; - sistem necoerent MTI; - sistem pseudocoerent MTI; - sistem Doppler de selecie a intelor mobile; - procesoare de date; - sistem de selecie a intelor mobile cu linie de ntrziere;

limitator de band ngust; receptor cu strob n IF; receptor cu baleiere a oscilatorului local etc. qq detecie: detecie coerent; detector cu polarizare; polarizarea automat a detectorului; detector cu prag dublu; detecia bruiajului prin selecia n azimut; detecia de tensiune minim de coinciden; videocorelatoare etc. qq postdetecie: procesoare de semnal cu autocorelaie; suprimarea automat a intelor extinse; reglarea automat a nivelului zgomotului; explorarea conic n spaiul dintre dou canale; rata alarmei false constant (Constant False Alarm Rate, CFAR):

- reglarea automat a pragului; - CFAR cu poart; - CFAR pentru IF; - CFAR pentru sisteme de selecie a intelor mobile; - CFAR de band larg;

constant de timp mic; integrare necoerent:

- integrare cu linie de reinere video AM; - integrare video necoerent; - integrare n impulsuri; - integrare cu linie de reinere video;

amplificatoare logaritmice; procesare dup logica de EP; selecia n distan; corelaia video;

Protecia electronic

251

demodulator video; limitator de band ngust; blocarea impulsurilor cu durat mare etc. qq display: ntreruperea liniei de baz; ntreruperea electronic a liniei de baz; introducerea strobului de bruiaj n amplitudine sau azimut etc. qq privind frecvena de repetiie: urmrirea fronturilor impulsurilor; eliminarea interferenei impulsurilor; suprimarea prin blocare a interferenei impulsurilor; determinarea duratei impulsurilor; determinarea formei impulsurilor; determinarea impulsurilor aleatorii etc.

Pentru detalii privind structura intim a tehnicilor de EP n receptoare i procesoare de semnal prezentate anterior, pot fi consultate referinele bibliografice [43], [46] i [47]. 4.2.4 Tehnici de protecie electronic n sistem

n cadrul sistemului, tehnicile de EP sunt dezvoltate pe baza: informaiilor oferite de sistemul electronic (radar etc.) propriu-zis; analizei informaiilor obinute din alte surse. Principalele clase de tehnici de EP n sistem sunt urmtoarele: qq tehnici de EP rezultate n urma informaiilor furnizate de radar: blocarea n azimut; reducerea ctigului n azimut; corelaia lob cu lob; comparaia n distan pe baza utilizrii metodei Doppler; goniometrarea bruiajului; urmrirea semiautomat/manual; urmrirea pasiv n azimut; cercetarea i urmrirea pasiv; predicii furnizate de analiza computerizat; analiza impuls cu impuls; memorarea n distan/azimut; urmrirea n vitez etc. qq tehnici de EP rezultate n urma informaiilor obinute din alte surse: goniometrarea n VHF (radiocomunicaii); informaii din reeaua radar; informaii de la sistemele de detecie prin laseri; informaii de la instalaii telecomandate; informaii de distan de la instalaiile de urmrire optic; urmrirea vizual (video) sau n IR etc.


252

Natural, n afara msurilor tehnice de protecie electronic mai exist i o alt categorie de msuri, i anume cele de natur tactic, i a cror aplicabilitate se refer n principiu la:

antrenarea operatorilor umani; funcionarea intermitent a mai multor echipamente electronice; minimizarea timpului de funcionare; rezervarea unor frecvene de lucru/benzi de frecven de urgen; optimizarea dispunerii echipamentelor electronice; mobilitatea echipamentelor electronice etc.

Pentru detalii privind structura intim a tehnicilor de EP n sistem prezentate anterior, pot fi consultate referinele bibliografice [43], [46] i [47]. 4.3 Binomul atac-protecie electronic

Pentru optimizarea msurilor i procedurilor de EP este necesar cunoaterea n prealabil, a principalelor tipuri de bruiaj i a caracteristicilor de baz ale acestora. Suplimentar, fiecare msur de protecie electronic n parte, este specific unui anumit tip de bruiaj. n aceast ordine de idei, n Tabelul 4.1 este prezentat sintetic, binomul EA-EP pentru cazul tipurilor standard de bruiaj radar.

Tabelul 4.1 Binomul atac-protecie electronic

Tipul de bruiaj Msurile de protecie electronic

activ

bruiaj n CW

diversitatea frecvenei agilitatea frecvenei constant de timp mic RAA (RMA) selecia impulsurilor n durat suprimarea lobilor laterali etc.

bruiaj ochit

diversitatea frecvenei agilitatea frecvenei CFAR sau sisteme Dicke-Fix integrare etc.

bruiaj de baraj

CFAR sau sisteme Dicke-Fix reglarea automat a nivelului zgomotului creterea ERP creterea timpului de staionare pe int a

fasciculului radar etc.

activ

de

zgom

ot

bruiaj de baleiere

CFAR sau sisteme Dicke-Fix band de IF variabil integrare compresia impulsurilor agilitatea frecvenei blocarea spaiului ntre dou canale etc.

Protecia electronic

253

(continuare) Binomul atac-protecie electronic

Tipul de bruiaj Msurile de protecie electronic bruiaj n impulsuri CFAR sau sisteme Dicke-Fix bruiaj cu impulsuri de scurt durat

integrare compresia impulsurilor etc.

bruiaj cu impulsuri de lung durat

diversitatea frecvenei agilitatea frecvenei constant de timp mic RAA (RMA) selecia impulsurilor n durat suprimarea lobilor laterali etc. ac

tiv d

e zg

omot

bruiaj repetitiv pe lobii laterali

variaia rapid a PRF i integrare compresia impulsurilor blocarea recepiei pe lobii laterali utilizarea radarului bistatic (multistatic) etc.

chaff

tehnici de SM selecie Doppler utilizarea fasciculelor nguste utilizarea impulsurilor de scurt durat compresia impulsurilor controlul amplificrii vitez mic de explorare a intei etc.

pasi

v de

zgo

mot

tehnologia STEALTH

creterea ERP creterea timpului de staionare pe int a

fasciculului radar forme de und complexe utilizarea radarului bistatic (multistatic) etc.

bruiaj de nelare de tip repetor

forme de und complexe semnale cu spectru mprtiat agilitatea frecvenei variaia rapid a PRF i integrare blocarea recepiei pe lobii laterali etc.

bruiaj de nelare n distan i vitez unghiular

variaia rapid a PRF urmrirea dup frontul posterior al impulsului utilizarea sistemelor de tip Doppler etc.

bruiaj de nelare n coordonate unghiulare explorare conic la recepie

activ

de

ne

lare

bruiaj de nelare mpotriva radarelor cu explorare conic

tehnologia monoimpuls explorare conic la recepie frecven de explorare variabil etc.


254

(continuare) Binomul atac-protecie electronic

Tipul de bruiaj Msurile de protecie electronic

capcane (decoys)

analiza traiectoriilor/parametrilor intei radare multistatice analiza caracteristicilor fluctuante ale intei sisteme multisenzor/multispectrale etc.

pasi

v de

ne

lare

dipoli reflectori, reflectori poliedrici

radare de nalt rezoluie n distan i bucle de urmrire unghiular cu pori de vitez

tehnici de SM urmrirea dup frontul posterior al impulsului etc.

O exemplificare a binomului EA-EP n cazul unui radar Pentru detalii privind coninutul binomului EA-EP n cazul altor categorii de echipamente i sisteme electronice, pot fi consultate referinele bibliografice [12], [19], [43], [46] i [47]. 4.4 Compatibilitate electromagnetic 4.4.1 Generaliti Utilizarea masiv a unei palete extrem de vaste de echipamente i sisteme radioelectronice, att n aplicaii cu carater militar, ct i civil, are ca efect major o cretere a complexitii (sau ncrcrii) mediului electromagnetic, aceast diversitate a emisiilor i radiaiilor electromagnetice artificiale, suprapuse peste componenta local a cmpului electromagnetic terestru, putnd influena n mod negativ funcionarea echipamentelor electronice aflate ntr-un spaiu dat. Prin urmare, importana i necesitatea abordrii problematicii complexe a compatibilitii electromagnetice din perspectiva tehnicilor specifice de EW, este una natural. Aprut relativ recent ca disciplin de sine stttoare, compatibilitatea electromagnetic (ElectroMagnetic Compatibility, EMC) ofer o serie de soluii moderne de investigare i optimizare a mediului electromagnetic. n accepiunea cea

mai general, prin compatibilitate electromagnetic se nelege coexistena neperturbativ a echipamentelor care utilizeaz energia electromagnetic sau abilitatea unui echipament de a funciona normal, fr degradarea sau ntrerupere funciilor sale, ntr-un mediu electromagnetic specific i respectiv, de a nu afecta buna funcionare a celorlalte echipamente. Cu alte cuvinte, compatibilitatea electromagnetic a echipamentelor i sistemelor radioelectronice definete capacitatea acestora de a funciona normal, fr a se perturba reciproc.

Un echipament radioelectronic se consider a fi compatibil electromagnetic dac n funcionarea sa ca emitor produce un nivel tolerabil de radiaii, iar n

Protecia electronic

255

funcionarea sa ca receptor, are o susceptibilitate acceptabil (imunitate sau rezisten la perturbaii) la emisiile perturbative. Prin urmare, cele dou direcii fundamentale de aciune pentru soluionarea problemelor legate de EMC sunt urmtoarele:

micorarea nivelului perturbaiilor neintenionate ale echipamentelor i sistemelor radiotehnice care funcioneaz simultan ntr-un spaiu dat, pn la un nivel acceptabil;

creterea gradului de imunitate la perturbaii a echipamentelor i sistemelor radiotehnice. n concordan cu aceste direcii de interes, pot fi definite urmtoarele noiuni:

interferene electromagnetice (ElectroMagnetic Interference, EMI) se refer la efectele energiei electromagnetice parazite asupra funcionrii normale a echipamentelor electronice care o absorb;

susceptibilitate electromagnetic (ElectroMagnetic Susceptibility, EMS) se refer la determinarea capacitii unui echipament de a funciona fr degradarea performanelor, n prezena perturbaiilor electromagnetice. n rezolvarea problemelor EMC, unul din aspectele de baz este reprezentat de precizarea surselor EMI care determin lipsa EMC i considerarea n consecin, a unor msuri concrete de eliminare a aciunii acestora (n general, msuri de natur organizatoric sau tehnic). Prin urmare, EMI (de natur exterioar) a echipamentelor i sistemelor radioelectronice este determinat de marea aglomerare a acestora pe spaii limitate (n condiiile cmpului de lupt modern, pe o suprafa de 250 km2 vor funciona sau funcioneaz deja peste 2104 instalaii care radiaz energie electromagnetic), de necesitatea lucrului n benzi apropiate de frecven (iar spectrul electromagnetic este unul limitat), de nivelurile semnificative de putere ale emitoarelor i de sensibilitile ridicate ale instalaiilor de recepie, precum i de unele msuri organizatorice incorecte n alegerea poziiilor i alocarea frecvenelor.

n alt ordine de idei, EMI pot s se manifeste sub forma perturbaiilor reversibile sau ireversibile. Exemple de perturbaii reversibile sunt i: pierderea temporar a inteligibilitii convorbirilor telefonice, pierderea temporar a legturilor radio n diverse game de frecvene la traversarea unor zone cu linii de nalt tensiune etc. Exemple de perturbaii ireversibile sunt i: distrugerea unor componente electronice datorit ncrcrii electrostatice (cazul tranzistoarelor sau circuitelor integrate de tip MOS), supratensiunile provocate de trsnet etc.

n panorama surselor EMI, un loc important l ocup echipamentele i sistemele radiotehnice datorit particularitilor constructive pe care acestea le au i anume, putere mare de emisie, sensibilitate mare a receptoarelor, propagarea optim a undelor electromagnetice n mediu etc. Echipamentele i sistemele electronice pentru a putea fi studiate din punct de vedere al EMC n raport cu alte echipamente cu care interacioneaz, trebuie s fie asimilate prin prisma unor modele asignate fiecrei pri componente (Fig.4.5), adic un model pentru emitor, pentru mediul de propagare i respectiv, pentru receptor (aa-numita prognoz EMI).

Spre deosebire de interferenele dintre sisteme i care sunt denumite generic inteferene intersistem sau interferene de natur exterioar, interferenele intrasistem sau interferenele de natur inferioar apar atunci cnd emitorul i receptorul sunt pri componente ale aceluiai sistem.


256

n stabilirea msurilor de asigurare a EMC, punctul de start este reprezentat de analiza situaiei mediului electromagnetic, lund n calcul:

cmpul electromagnetic din zona ndeprtat determinat de sursele de radiaie dispuse la distane mari;

cmpul electromagnetic din zona apropiat avnd ca surs chiar propriile radiaii ale echipamentelor sistemului electronic protejat.

Fig.4.5: Modelul general pentru studiul EMC

Suplimentar, pentru caracterizarea situaiei mediului electromagnetic sunt

utilizate o serie de noiuni consacrate, ca: cmpul apropiat (near field) este domeniul din jurul unui radiator, n care

intensitatea cmpului variaz invers proporional cu distana fa de radiator; cmpul ndeprtat (far field) este domeniul din jurul unui radiator, n care

intensitatea cmpului variaz invers proporional cu ptratul distanei fa de radiator; radiatorul (radiator) este un conductor, circuit sau orice alt component

conductiv care radiaz energie electromagnetic atunci cnd tensiunea/curentul aplicat variaz n timp.

Prin urmare, deoarece n analiza situaiei mediului electromagnetic sunt luai n calcul att cmpul electromagnetic apropiat, ct i cel ndeprtat, rezult c se poate consacra existena unei EMC interne i respectiv, a uneia externe:

EMC intern sau intrasistem trebuie asigurat nc din faza proiectrii i implementrii echipamentelor i sistemelor radioelectronice, n sensul reducerii sau eliminrii influenelor perturbatoare din zona apropiat (spre exemplu, eliminarea/reducerea fenomenelor de reacie parazit din amplificatoarele cu mai multe etaje, ptrunderii semnalelor oscilatoarelor locale n traseele de procesare, cuplajului parazit ntre liniile de date apropiate, variaiilor de curent pe liniile de alimentare i cderilor de tensiune inductive determinate de acestea, tensiunilor de autoinducie la deconectarea unor nfurtori sau contactoare, perturbaiilor n cadrul sistemelor complexe cu mai multe emitoare i receptoare etc.);

EMC extern sau intersistem (de interes n contextul aplicaiilor specifice de EW) trebuie de asemenea, asigurat nc din faza de proiectare i exploatare a echipamentelor radioelectronice, avndu-se n vedere atenuarea sau eliminarea efectelor radiaiilor perturbatoare din zona ndeprtat, n condiiile aplicrii unor msuri organizatorice sau de exploatare.

Sursele de energie electromagnetic perturbatoare sunt abordate n analiza EMC prin prisma clasificrii acestora n funcie de domeniul frecven ocupat, i anume:

surse perturbatoare de band ngust (narrow band) al cror spectru este mic n comparaie cu limea de band a sistemului de recepie;

surse perturbatoare de band larg (wide band) al cror spectru acoper o lime de band superioar n comparaie cu cea a receptorului perturbat.

Protecia electronic

257

Suplimentar, este util de artat c aproape toate sursele de interferene intenionate au un nivel energetic ridicat i sunt de band ngust, fa de cele neintenionate care au un nivel energetic sczut, dar sunt de band larg. Conform referinei bibliografice [28], un rol foarte important n soluionarea problemelor de EMC l are i indentificarea mecanismelor de cuplaj, fapt care presupune cunoaterea funcionrii intime a echipamentelor i sistemelor radioelectronice, a traseelor de semnal, a tehnicii de ecranare utilizat etc. Natural, funcie de modul de propagare i de distan, semnalele ajung pe diferite ci i n diverse combinaii la echipamentul-perturbat. Astfel, se consider c EMI se propag prin conducie (cuplaj galvanic) dac penetreaz n receptor prin intermediul unuia sau mai multor trasee de conducie. Acest mecanism este valabil i n cazul n care ntre elementul-perturbator i cel perturbat, energia perturbatoare se propag prin cuplaj electric, cuplaj magnetic sau cuplaj prin radiaie (Fig.4.6).

Fig.4.6: Mecanisme de propagare (cuplaj) a EMI

Att timp ct lungimea de und este mare comparativ cu dimensiunile echipamentului-perturbat, EMI se propag n principal, prin conducie, cuplaj electric sau magnetic. Dac lungimea de und i dimensiunile devin comparabile, propagarea EMI prin radiaie este de baz. Spre exemplu, n domeniul comunicaiilor pentru frecvene cuprinse ntre 0,1...30 MHz, apar perturbaii transmise prin conducie, iar n domeniul UUS i mai sus, perturbaiile se transmit preponderent prin radiaie etc. n alt ordine de idei, tot n contextul problematicii EMC este util i definirea urmtoarelor noiuni de baz:

emisie electromagnetic (ElectroMagnetic Emission, EME) este energia electromagnetic generat intern i care interfereaz cu mediul nconjurtor prin intermediul conductoarelor i/sau aer;

impulsul electromagnetic (ElectroMagnetic Pulse, EMP) este un impuls scurt, dar cu o valoare energetic ridicat. Acesta poate fi produs de trznet, ca efect


258

secundar a unei explozii nucleare (Nuclear ElectroMagnetic Pulse, NEMP) sau ca efect primar al ntrebuinrii unui dispozitiv de tip HPM. Aprofundarea cunoterii efectelor detonaiilor nucleare asupra funcionrii echipamentelor i sistemelor electronice i mai ales, a determinrii celor mai eficiente metode de protecie, consituie o direcie de cercetare de real interes att pentru cazul aplicaiilor cu caracter militar, ct i civil. Astfel, n urma producerii unei explozii nucleare la sol, formarea NEMP este direct influenat de imediata proximitate a suprafeei terestre, iar n acest caz poate lua natere un cmp electric a crui intensitate absolut poate depi 100 kV/m. n cazul unei explozii aeriene la mare nlime (> 20 km), cmpul electric rezultat poate atinge intensiti de ordinul a 15...200 kV/m, iar la suprafaa pmntului o arie foarte ntins (pn la 2000 km fa de epicentrul exploziei) poate fi afectat de ctre NEMP. De asemenea, NEMP se deosebete esenial de toate celelalte fenomene electrice artificiale, n primul rnd prin intensitatea sa foarte mare i nu n ultimul rnd, prin fronturile energetice ascendente extrem de abrupte. Astfel, frontul de cretere a NEMP este de 4...8 ns, durata sa fiind de aproximativ 100 ns pentru o explozie aerian i de aproximativ 100 ms pentru o explozie la sol, frontul descresctor fiind de ordinul microsecundelor. Dac ne referim la spectrul de frecvene generat de NEMP, acesta este cuprins ntre civa Hz i cteva sute de MHz. Prin urmare, datorit acestor considerente, NEMP i este alocat o atenie deosebit n problematica EMC, n sensul determinrii unor tehnici i msuri de protecie deosebite a echipamentelor electronice.

n contextul analizei EMC, echipamentele i sistemele radioelectronice se clasific n urmtoarele trei clase:

compatibile atunci cnd aceste echipamente radioelectronice pot funciona la parametrii nominali (adic, cei n absena perturbaiilor) n cele mai complexe situaii electromagnetice;

potenial compatibile atunci cnd aceste echipamente radioelectronice pot funciona normal ntr-un mediu electromagnetic caracterizat de prezena radiaiilor neintenionate din zona apropiat;

incompatibile atunci cnd acestea nu-i pot ndeplini misiunile n condiiile unui mediu electromagnetic perturbativ etc. 4.4.2 Surse de interferene electromagnetice i unele modele pentru emitor Conform referinei bibliografice [29], sursele EMI se clasific n urmtoarele dou clase generice:

intenionate, spre exemplu echipamentele i sistemele destinate EA; neintenionate, orice surs de radiaie electromagnetic aflat n procesul de

realizare a funciei sale primare. n general, orice dispozitiv electric, electromecanic sau (radio)electronic poate fi considerat o surs potenial de EMI. Emitoarele genereaz energie electromagnetic nu numai n banda de frecven dorit (banda de frecven fundamental considerat la nivelul de 0,5 din puterea emis sau -3 dB), ci ntr-o alt band mai larg de frecven situat simetric fa de frecvena sa de lucru fundamental f0 i format din armonici ale fundamentalei

Protecia electronic

259

{ }0af sau alte frecvene perturbatoare { }0 pf . Aceste frecvene nedorite { }0 0,a pf f rezult practic, din spectrul de modulaie de baz al emitorului, din zgomotul produs n etajele sale de ieire sau datorit neliniaritilor etajelor sale. n cazul benzii de RF, unde n calitate de generator sunt utilizate preponderent magnetroanele sau clistroanele, radiaiile nedorite apar datorit modulaiei n densitate a curentului n spaiul dintre electrozi, i a crei form este diferit de cea ideal de tip sinusoidal. Natural, nivelul acestor radiaii pe armonici poate fi micorat prin filtrarea lor n circuitele de FI i cele ale antenei. Suplimentar, datorit nelinearitii etajelor de ieire ale emitorului, semnalele provenite de la dou sau mai multe emitoare se pot amesteca n acesta etaje i pot da astfel natere la produse de intermodulaie pe frecvene diferite de f0 sau { }0af . Nivelul de putere al acestor radiaii de intermodulaie crete o dat cu creterea puterii de radiaie a emitoarelor care interacioneaz i a cuplajelor existente ntre etajele de ieire ale acestora, mai ales n cazul cnd aceste emitoare utilizeaz un traseu de anten comun. Sursele EMI pot avea o influen direct asupra performanelor echipamentelor i sistemelor radiotehnice i respectiv, una indirect asupra modului de utilizare n lupt a acestora. Unele consecine directe ale influenei negative a surselor EMI pot fi sintetizate astfel:

creterea numrului de inte false sau pierdute; date de navigaie eronate sau apariia erorilor n sistemele de urmrire ale

avioanelor; mesaje neinteligibile n sistemele de comunicaii; comenzi false n sistemele de dirijare ale rachetelor etc.

Efecte indirecte ale aciunii surselor EMI pot fi i urmtoarele: alarme false n sistemele de aprare aerian, ca rezultat al transmiterii de inte

false; coliziuni de avioane, ca rezultat al erorilor de navigaie; lansri accidentale de rachete, ca urmare a transmiterii de comenzi eronate; informaii eronate pentru structurile de decizie, ca urmare a mesajelor

neinteligibile din sistemele de comunicaii etc. Aa cum rezult i din Fig.4.7, din categoria surselor EMI artificiale fac parte i instalaiile electrice de putere (inclusiv liniile de transmitere a energiei electrice), sistemele de aprindere ale motoarelor cu ardere intern, precum i consumatorii, mainile i instalaiile industriale i casnice. Cel mai mare nivel de putere generat de aceste surse EMI se observ n zonele oraelor mari, n special n apropierea autovehiculelor, avioanelor, vapoarelor sau obiectivelor industriale. Sistemele de aprindere genereaz oscilaii aproximativ periodice, cu o form complex, n impulsuri i cu o amplitudine variabil aleatoare. Durata acestor impulsuri variaz de la cteva nanosecunde pn la valori de ordinul milisecundelor. Se constat prezena acestor oscilaii, mai ales n zona drumurilor rutiere cu intensitate mare a traficului. Liniile de transmitere a energiei electrice genereaz o perturbare neintenionat (denumit uneori n mod impropriu, i bruiaj neintenionat) ca rezultat al proceselor tranzitorii i al descrcrilor electrice ntmpltoare la suprafaa conductoarelor i izolatoarelor electrice. Curenii n impuls care apar pe timpul acestor descrcri se propag de-a lungul liniilor i astfel, genereaz oscilaii electromagnetice care produc fenomene de


260

interferen n mijloacele i sistemele electronice. Intensitatea maxim a acestor oscilaii se observ pe timpul fenomenelor meteorologice (ploi, ninsori, furtuni, umiditate ridicat etc.). Instalaiile de sudur electric i motoarele electrice genereaz de asemenea, o perturbaie neintenionat cu un nivel de putere ridicat i cu un spectru cuprins ntre cteva sute de kHz i zeci de MHz.

Fig.4.7: O clasificare a surselor EMI neintenionate

Din categoria surselor EMI naturale fac parte sursele terestre (fenomenele meteorologice, ca: precipitaiile, descrcrile electrice etc.) i sursele extraterestre (zgomotul cosmic, undele radio provenite de la stele, radiaii solare etc.). n graficele trasate n Fig.4.8 sunt prezentate valorile medii ale radiaiilor unor surse EMI uzuale n funcie de frecven. Se remarc faptul c, zgomotul atmosferic este cuprins n banda de 300 kHz...30 MHz (n acesta nu este inclus i zgomotul datorat descrcrilor electrice din atmosfer i care este cuprins n banda 2...30 kHz), iar cel industrial (urban i suburban) n banda 1...300 MHz. n scopul prognozei EMI, pentru fiecare emitor se precizeaz iniial, urmtoarele caracteristici de baz:

puterea de ieire a emitorului ( EP );

Protecia electronic

261

frecvena de lucru fundamental ( 0f ); tipul modulaiei.

Fig.4.8: Nivelul radiaiilor surselor EMI n spectrul de frecvene

n problemele de prognoz EMI trebuie rezolvate dou etape de baz: analiza de amplitudine Analiza de amplitudine se bazeaz pe luarea n calcul a puterii emitorului EP ,

a ctigului sistemului de antene, a pierderilor de propagare i a sensibilitii receptorului. Parametrii ca frecvena, timpul de sosire, capacitile de separare n frecven i azimut (direcie) sunt considerai numai n sens limitat;

analiza n frecven Analiza n frecven se refer la acea etap a prognozei EMI n care parametrul

de frecven este considerat n mod detailat. Pentru scopurile prognozei EMI, se presupune c variaiile puterii de emisie

(exprimate n dB) sunt distribuite dup o lege normal, astfel nct distribuiile respective sunt exprimate prin intermediul valorii medii, ( )0EP f i respectiv, al deviaiilor standard (dispersiei) de frecven ale emitorului, ( )0E fs . Dac aceste date nu sunt cunoscute apriopric, puterea fundamental a emitorului poate fi reprezentat pe baza unei distribuii normale, cu valoarea medie egal cu puterea nominal de ieire, iar deviaia standard se consider 2 dB. Dac ns se dispune de date rezultate din msurtori, atunci pe baza acestora, ( )0EP f i ( )0E fs pot fi determinate cu ajutorul urmtoarelor relaii standard:

( )( )

[ ]0

10 dBm ,

miE

iE

P f

P fm

==

(4.1)


262

i respectiv:

( )( ) ( )

20 0

10 ,1

mi

E Ei

E

P f P ff

m=

- s =

-

(4.2)

unde ( ){ }0iEP f sunt valorile msurate, iar m este numrul de msurtori/valori efectuate etc. 4.4.3 Caracteristicile antenei pentru prognoza interferenelor electromagnetice

Conform referinei bibliografice [45], un rol important n prognoza EMI este reprezentat de caracteristicile de radiaie ale antenei (radiation pattern), i anume:

direciile de radiaie intenionate i respectiv, cele neintenionate; frecvenele de emisie dorite i respectiv, cele nedorite pentru diferite

polarizri ale cmpului electromagnetic; mecanismele de generare ale cmpurilor de lucru apropiat i respectiv, a

celui ndeprat specifice antenei. Antenele omnidirecionale sunt caracterizate de ctiguri mici i independente

de azimut, motiv pentru care n prognoza EMI nu sunt luate n considerare. Cele mai rspndite tipuri de antene sunt cele directive, pentru care problemele EMI sunt deosebit de complexe. Principalul avantaj al antenelor directive este ctigul mare pe direcia principal de radiaie. De asemenea, se amintete c regiunea de radiaie intenionat reprezint sectorul din spaiu pentru care antena a fost proiectat s radieze, limitat la un unghi solid relativ mic (

Protecia electronic

263

Ctigul unei antene este dat de raportul dintre puterea radiat n direcia de interes i puterea radiat n aceeai direcie de o anten izotropic. Din punct de vedere al ctigului, exist trei clase mari de antene, i anume: cu ctig mare (> 25 dB), cu ctig mediu (10...25 dB) i respectiv, cu ctig mic (< 10 dB). Spre exemplu, din clasa antenelor cu ctig mare fac parte reelele de antene fazate, antenele horn, antenele lentil i antenele cu reflector. Din clasa antenelor cu ctig mediu fac parte antenele canal de und (antene Yagi), antenele cu und progresiv (de tipul celor rombice), antenele logaritmice i antenele spiral, iar din clasa antenelor cu ctig mic fac parte antenele liniare (dipol, biconice, cilindrice), tip bucl, omnidirecionale etc.

O alt caracteristic a antenelor important din punct de vedere al prognozei EMI, este polarizarea. Dac antena este cu polarizare liniar, atunci exist diferene ntre ctigul antenei n plan vertical i cel din plan orizontal. Practic, efectele polarizrii sunt reprezentate prin factori de corecie, care reduc ctigul antenei. Astfel, pentru polarizri nedorite, ctigul este de forma:

( ) ( ) ( ) [ ]0 0 0, , dB ,G f G f p G pb = + D (4.3)

unde ( )0 0,G f p este ctigul pe frecvena fundamental 0f i cu condiia de polarizare p0, ( )G pD este variaia ctigului care rezult din amestecul efectelor de polarizare, iar b este azimutul. 4.4.4 Caracteristicile mediului de propagare pentru prognoza interferenelor electromagnetice

Pentru prognoza EMI, din punct de vedere al mediului de propagare intereseaz analiza urmtorilor parametri:

atenuarea (L) n spaiul liber (exprimat n dB) ntre dou antene izotropice, fr pierderi ale emitorului i receptorului i pentru condiiile de cmp ndeprtat, este dat de urmtoarea relaie:

( ), 41 20lg 20lg ,L f d f d= + + (4.4)

unde d este distana dintre emitor i receptor. Pe baza acestei relaii, sunt trasate graficele din Fig.4.10.

coeficientul de transmisie (CER) include efectele directivitii antenei, iar pentru propagarea n spaiul liber n cmp ndeprtat, expresia acestuia este o funcie de frecven (f), distana (d) i azimut (b) i este dat de o relaie de forma:

( ) ( ) ( ) ( ), , , , , , , , , , , , ,ER ER REC f d t G f d t L f d t G f d tb = b - b + b (4.5)

unde indicii ER i respectiv, RE reprezint sensul direciilor de propagare ntre emitor i receptor etc.


264

Fig.4.10: Atenuarea dat de mediul de propagare n funcie de distan

n continuare, este analizat situaia des ntlnit n practic cnd ntre emitor i receptor (dispus la o nlime mic) exist un obstacol. Unda de la sol este o und radio care se propag la suprafaa pmntului, fiind afectat de prezena solului i a troposferei, dar nu este afectat de ionosfer. ntr-o reprezentare simplificat (Fig.4.11), se poate considera c n regiunea undelor de suprafa, unda de la sol este suma dintre unda direct, cea reflectat i cea de suprafa (mai puin componentele de und troposferice i ionosferice).

Fig.4.11: Mecanismul de formare a undelor de la sol

Unda de suprafa este componenta undei de la sol care traverseaz suprafaa pmntului. Regiunea de reflexie (1) este regiunea n care are loc interaciunea dintre unda direct i cea reflectat de la sol. Dincolo de orizontul radio, difracia (3) este considerat ca fiind componenta energetic major a undei de la sol. Totui, dincolo de linia orizontului, trebuie luate n calcul att propagarea ionosferic, ct i cea troposferic. Suplimentar, fenomenul de difracie se realizeaz pentru frecvene mai

Protecia electronic

265

mari de 30 kHz. De asemenea, din figura de mai sus se poate observa c regiunea transorizont (2) este poziionat ntre regiunea de reflexie (adic, a undei de suprafa) i regiunea de difracie etc. 4.4.5 Caracteristicile receptorului pentru prognoza interferenelor electromagnetice

Conform referinei bibliografice [29], exist un numr semnificativ de efecte EMI pe care un semnal nedorit poate s le produc n cadrul unui echipament de recepie. n consecin, pentru scopurile prognozei EMI, semnalele de interferen poteniale dintr-un receptor se consider ca fcnd parte din urmtoarele trei categorii:

interferene n canalul de baz se refer la semnalele cu frecvena n banda de trecere a receptorului (de regul, de band ngust). Spre exemplu, n cazul SHR, frecvena semnalelor de interferen n canalul de baz trebuie s fie egal cu frecvena radio de acord n IF, cu o precizie mai mic dect jumtate din banda de trecere a IFA (Intermediar Frequency Amplifier, amplificator de frecven intermediar), iar n cazul CVR, selectivitatea este definit de banda de trecere a HFA (High-Frequency Amplifier, amplificator de frecven foarte nalt);

interferene n canalul adiacent se refer la semnalele care au frecvena n interiorul sau n afara celei mai mari benzi de trecere a unui etaj al receptorului. n general, aceste frecvene pot fi suficient de deprtate de frecvena de lucru central a receptorului, astfel nct s nu poat penetra n banda de trecere ngust a acestuia. Spre exemplu, n cazul SHR, interferenele n canalul adiacent se pot produce dup etajul de schimbare a frecvenei, dar n afara benzii de trecere a IFA. Pentru CVR, interferenele n canalul adiacent se refer la semnalele din afara benzii de trecere a HFA, cu o atenuare de 60 dB sau mai mic;

interferene n afara benzii se refer la semnalele de intrare care au componentele spectrale semnificative n afara celei mai mari benzi de trecere a unui etaj din arhitectura receptorului.

Relativ la problema realizrii prognozei EMI, dac semnalele de interferen n canalul de baz nu necesit consideraii speciale n schimb, interferenele din canalul adiacent pot da natere la o serie de efecte nedorite n special, datorit neliniaritii etajelor HFA i de schimbare de frecven (cele mai importante efecte produse de semnalele de interferen n canalul adiacent se refer la desensibilizare, modulaia transversal i la apariia produselor de intermodulaie), astfel:

desensibilizarea const n reducerea amplificrii receptorului n cazul semnalului-util ca rezultat al semnalelor de interferen, determinnd astfel intrarea n aciune a RAA sau funcionarea n regim neliniar sau la saturaie a unui etaj sau a mai multor etaje din compunerea acestuia;

modulaia transversal (cross-modulation) reprezint transferul unui tip de modulaie de la o radiaie nedorit asupra semnalului-util avnd ca efect modificarea formei i parametrilor acestuia, dar i funcionarea n zona neliniar a unui etaj sau a mai multor etaje ale receptorului;

intermodulaia const n generarea de forme de und nedorite ca efect al combinrii (neliniare) a dou sau mai multe semnale de intrare (prin urmare, n spectrul de ieire apar multipli ale sumei i/sau diferenei frecvenelor de intrare).


266

Fig.4.12: Reprezentarea tipurilor de interferene n cazul unui SHR

n alt ordine de idei, o puternic interferen n afara benzii de trecere a receptorului poate avea ca efect apariia unor rspunsuri perturbatoare n banda de baz a acestuia, cel mai susceptibil n acest sens fiind SHR datorit prezenei etajului de schimbare a frecvenei i respectiv, a oscilatorului local. n majoritatea cazurilor, rspunsurile perturbatoare care apar la anumite frecvene specifice sau n afara benzii de trecere sunt atenuate de ctre etajul IFA etc. 4.4.6 Algoritm simplificat pentru prognoza interferenelor electromagnetice ntre dou echipamente radioelectronice Ca o sintez a consideraiilor prezentate n paragrafele anterioare asupra prognozei EMI relativ la emitor (anten), mediu de propagare i respectiv, receptor, n continuare se indic ntr-o form simplificat, algoritmul pentru prognoza EMI n cazul a dou echipamente radioelectronice aflate n interaciune pe timpul funcionrii simultane a acestora. Pentru iniierea acestui algoritm de calcul este necesar definirea n prealabil, a unor caracteristici iniiale sau funcii de intrare ale sistemului din Fig.4.5, i anume:

puterea emitorului sau a sursei EMI, ( ),EP f t , msurat n dBm; susceptibilitatea de prag a receptorului, ( ),RP f t , care reprezint puterea

minim recepionat de receptor pentru a produce fenomenul de interferen; funcia de cuplaj a transmisiei ( ), , , ,ERC f t d b definit cu ajutorul relaiei

standard (4.5). n alt ordine de idei, este uor de remarcat faptul c variabilele independente

din cadrul prognozei EMI sunt frecvena (f), timpul (t), distana (d) i respectiv, azimutul (b). De asemenea, n cazul utilizrii energiei electromagnetice ca vector purttor al informaiilor, este necesar separarea canalului-util din mediul electromagnetic de interes. Aceast separare se realizeaz n principal, funcie de cele patru variabile independente ( ), , ,f t d b definite, i unde s-a presupus c direcia b ncorporeaz de fapt, informaii referitoare la situaia 3D i respectiv, polarizare.

Protecia electronic

267

Separarea frecvenei-purttoare este cea mai important datorit pe de o parte, gradului ridicat de aglomerare al spectrului electromagnetic i pe de alt parte, efectelor nedorite prezente la emisie i recepie. Separarea n timp arat dac sursele EMI de bruiaj intenionat sau neintenionat sunt prezente simultan. De asemenea, aceast separare n timp presupune luarea n calcul i a unor factori legai de momentele zi-noapte, de caracteristicile de anotimp i uneori, de ciclurile solare (de 11 ani), precum i a unor factori legai de funcionarea propriu-zis ca, rotirea i balansarea antenelor etc. Separarea n distan este fundamental pentru parametrii legai de sistemul de antene i mediul de propagare, n sensul c acele echipamente radioelectronice care nu au o separare n distan minim sunt surse poteniale pentru apariia fenomenelor EMI. Suplimentar, separarea n direcie este nemijlocit legat de cea n distan pentru luarea n calcul a polarizrii cmpului electromagnetic.

Pentru a evalua EMI ntre o surs de energie electromagnetic (emitor) i o instalaie de recepie (receptor) este necesar calculul puterii disponibile la intrarea receptorului dRP , cu ajutorul unei relaii de forma:

( ) ( ) ( ), , , , , , , , , ,dR E ERP f t d P f t d C f t db = b + b (4.6)

unde coeficientul de transmisie ERC este dat de relaia (4.5). Dac puterea disponibil la intrarea receptorului furnizat de sursa EMI cu frecvena Ef este mai mic dect susceptibilitatea de prag a receptorului la frecvena de rspuns Rf , atunci EMI este exclus i astfel, EMC este asigurat:

( ) ( ), , , , .dR E R RP f t d P f tb (4.7)

Dac ns:

( ) ( ), , , , ,dR E R RP f t d P f tb > (4.8)

atunci problema prognozei EMI este una pe deplin justificat. Un indiciu asupra complexitii prolemei interferenelor poteniale este oferit de luarea n calcul a diferenei-limita de interferen (LI), dintre puterea disponibil i pragul de susceptibilitate, de forma:

( ) ( ) ( ), , , , , , , .dR E R RLI f t d P f t d P f tb = b - (4.9)

n consecin, dac LI este pozitiv, atunci exist EMI, iar dac este negativ, atunci nu exist EMI. Dac n relaia (4.9) se nlocuiete expresia coeficientului de transmisie dat de relaia (4.5), atunci se obine ecuaia prognozei EMI, de forma:

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

, , , , , , , , , ,

+ , , , , , , ,E E ER E E

RE E R E E R ER

LI f t d P f t G f d t L f d t

G f d t P f t CF B B f

b = + b - b +

b - + D (4.10)


268

unde ( ), ,E R ERCF B B fD este un coeficient de corecie n frecven (msurat n dB) care depinde de banda de frecvene a emitorului (BE), de banda de frecvene a receptorului ( RB ) i de separarea n frecven ( ERfD ) dintre emitor i receptor. Aa cum s-a artat i n cadrul paragraful 4.4.2, prognoza EMI simplificat presupune parcurgerea a dou etape fundamentale, i anume:

qq analiza de amplitudine presupune utilizarea unui numr relativ mare de perechi emitor-receptor (peste 10 perechi) susceptibile de a produce fenomene EMI. Obiectivul de baz al analizei de amplitudine const n a examina combinaiile posibile dintre ieirile emitoarelor i rspunsurile de interferen ale receptoarelor i de a elimina, pe baza unor considerente bine precizate, cazurile de neinterferen. n aceast analiz, se presupune c ieirile fiecrui emitor i rspunsurile fiecrui receptor sunt aliniate n frecven, astfel nct receptorul realizeaz o rejecie minim a semnalelor poteniale de interferen.

Conform referinei bibliografice [28], n funcie de frecvena de emisie a sursei EMI i respectiv, de frecvena de rspuns a receptorului, se disting patru cazuri de baz EMI, definite astfel:

limita de interferen fundamental (LIF) reprezint nivelul de interferen pentru care ieirea emitorului pe frecvena fundamental ( Ef ) i rspunsul receptorului pe frecvena fundamental ( Rf ) coincid n frecven, astfel nct nu exist o rejecie a acesteia;

limita de interferen a emitorului (LIE) reprezint nivelul de interferen pentru care, la radiaia emitorului pe Ef , exist un rspuns al receptorului pe o frecven perturbatoare PRf care nu este situat n banda de trecere (ngust) a receptorului;

limita de interferen a receptorului (LIR) reprezint nivelul de interferen pentru care receptorul rspunde pe frecvena fundamental, aliniat cu una din frecvenele armonice ale emitorului ( AEf );

limita de interferen pe frecvena perturbatoare (LIP) reprezint nivelul de interferen pentru care, dac emitorul radiaz pe o frecven armonic ( AEf ), atunci receptorul rspunde pe o frecven perturbatoare ( PRf ) care se aliniaz cu aceasta. Dac frecvenele armonice ale emitorului ( AEf ) i frecvenele perturbatoare de rspuns la recepie ( PRf ) nu sunt precizate n mod expres, atunci acestea pot fi considerate plecnd de la valorile lor minime (adic, 10% din valoarea frecvenei fundamentale) spre valorile lor maxime (adic, de 10 ori valoarea frecvenei fundamentale). n consecin, esena analizei de amplitudine const n a calcula nivelul LIF: dac acesta este mai mic dect nivelul de tiere (de regul, -10 dB), atunci nu mai este necesar i calculul celorlalte trei limite de interferen. Dac ns 10 dB,LIF - atunci n continuare se trece la calculul celorlalte trei niveluri LIE, LIR i respectiv, LIP, dup care se continu cu analiza de frecven.

qq analiza de frecven presupune modificarea limitelor de interferen obinute n etapa de analiz de amplitudine prin luarea n considerare a benzilor de frecvene ale emitorului i receptorului, a caracteristicilor de modulaie, a

Protecia electronic

269

selectivitii receptorului i a separrii n frecven ( ERfD ) dintre emitor i receptor. Banda de frecven selectat n etapa de analiz de amplitudine este corectat pe baza comparrii frecvenelor de ieire ale emitorului (fundamental, armonici i frecvene perturbatoare) cu frecvenele de rspuns ale receptorului (heterodin, intermodulaie, n canalul de baz i n canalele adiacente) specificate anterior. Modificarea adus este cuantificat prin intermediul coeficientului de corecie ( ), ,E R ERCF B B fD care intervine n relaia (4.10).

Conceptul de baz al analizei de frecven const n luarea n calcul a variantelor posibile care pot exista ntre perechile de rspunsuri particulare (Fig.4.13). n situaia cnd ( )0ER E Rf f fD = = , exist urmtoarele dou posibiliti de analiz, prin raportare la canalul de baz:

banda de trecere a receptorului este egal sau mai mare dect cea a emitorului ( R EB B ), caz n care ntreaga putere asociat cu ieirea emitorului este recepionat i nu mai este necesar nici o corecie suplimentar;

banda de trecere a receptorului este mai mic dect cea a emitorului ( R EB B< ), caz n care numai o fraciune din puterea de ieire a emitorului este recepionat i prin urmare, este necesar aplicarea unui coeficient de corecie CF. Aceast corecie (pentru ERfD ) este n funcie de raportul benzilor de trecere i este una de forma:

( ) [ ]0 lg dB ,RER ERE

BCF f kB

D = =

(4.11)

unde ERk este un parametru constant pentru o combinaie particular emitor-receptor i are urmtoarele valori:

0, pentru i 010, pentru semnale n i .20, pentru semnale n impuls i

R E ER

ER R E

R E

B B fk CW B B

B B

D ==


270

b) alinierea de frecven pe frecvenele perturbatoare

Fig.4.13: Exemplificarea alinierii n analiza de frecven

n situaia cnd 0ERfD , ERfD se compar cu valoarea ( ) / 2E RB B+ , iar pentru determinarea valorilor CF funcie de tipul de modulaie i condiiile de band, se poate consulta Tabelul 4.2.

Tabelul 4.2 Valorile CF Tipul

modulaiei Condiia de

band ( ) / 2ER E Rf B BD + ( ) / 2ER E Rf B BD > + R EB B 0 n CW R EB B< 10 ( )lg /R EB B

20 ( )lg /R EB B

R EB B 0

R EPRF B B< < 20 ( )lg /R EB B 20 ( )lg /R EB B

n impuls

RB PRF< 20 ( )lg /R EB B 20 ( )lg /R EB B Valorile CF n funcie de tipul de modulaie i condiiile de band

n alt ordine de idei, coreciile de band se introduc pe baza graficelor indicate n Fig.4.14 i 4.15, iar coreciile de separare n frecven se introduc pe baza graficelor ilustrate n Fig.4.16.

Fig.4.14: Coreciile de band n funcie de banda emitorului

Protecia electronic

271

Concluzionnd, n rezolvarea problemei prognozei EMI n form simplificat, trebuie avute n vedere urmtoarele ipoteze de lucru:

limitele de frecven pentru radiaiile perturbatoare ale emitorului i rspunsul receptorului pe frecvenele perturbatoare sunt de la 0,1...10 din valoarea frecvenei fundamentale;

pierderile de propagare au loc n spaiul liber;

Fig.4.15: Coreciile de band pentru receptoare de band ngust

i cu funcionare n impulsuri

separarea maxim n gama de frecven ntre emitor i receptor este n cazul LIF de 0,2 Rf ;

nivelurile pentru radiaiile perturbatoare ale emitorului sunt cu 60 dB sub emisia pe frecvena fundamental;

nivelurile de susceptibilitate a receptorului pentru semnalele perturbatoare sunt cu 80 dB peste susceptibilitatea asignat frecvenei fundamentale;

Fig.4.16: Coreciile de separare n frecven

valorile ctigului sistemului de antene pentru radiaiile neintenionate sunt

de 0 dB; nivelul de referin LIF pentru realizarea EMC este de 10 dB etc.

Pentru detalii suplimentare privind algoritmul simplificat de prognoz EMI ntre dou echipamente radioelectronice, pot fi consultate referinele bibliografice [28], [29] i [46].


272

4.4.7 Abordarea formal a compatibilitii electromagnetice

n continuare, sunt prezentate unele aspecte legate de stadiul actual al abordrii i rezolvrii problemelor de EMC din punct de vedere formal (adic al standardelor i reglementrilor n vigoare), pe plan naional i internaional, precum i unele preocupri n domeniu. Prin urmare:

qq standarde comerciale (civile) Pe plan internaional, reglementrile privind EMC sunt axate pe recomandrile

CISPR (Comunite International Special des Perturbations Radioelectriques) i care i desfoar activitatea n cadrul CEI (Comite International Electrotehnique), iar pe plan european n cadrul CEN (Comite Europeen de Normalisation) i respectiv, CENELEC (Comite Europeen de Normalisation ELECtrotechnique). De asemenea, exist i o serie de organisme naionale specializate n elaborarea i avizarea standardelor n domeniu, ca: FCC (Federal Communications Commission) n SUA, VDE (VerbanD der Elektrotechnik) n Germania, BSI (British Standards Institution) n Marea Britanie etc. Astfel, avnd ca referin standardele CISPR, n aceste ri au fost elaborate standarde naionale, care privesc aspecte legate n principal, de:

domeniul de utilizare i tipul de echipamente; procedurile de msurare; limitele maxime ale perturbaiilor electromagnetice. Standardele CISPR au caracter de recomandri, n timp ce standardele europene

CEN/CENELEC i cele naionale au caracter obligatoriu, ceea ce nseamn c nici un echipament radioelectronic nu poate fi comercializat sau utilizat dac nu ndeplinete cerinele privind EMC. De asemenea, trebuie subliniat i faptul c Directiva UE privind EMC a intrat n vigoare cu caracter obligatoriu nc din anul 1996. Practic de la aceast dat, orice nerespectare a directivei va fi penalizat, astfel nct pe piaa UE nu vor mai putea fi comercializate nici un tip de echipament electric sau electronic care nu respect normele de EMC, indiferent dac acesta a fost fabricat n interiorul sau exteriorul uniunii.

Din cadrul paletei de reglementri CISPR i europene, pot fi amintite i urmtoarele standarde:

CISPR 11 (EN 55011) referitor la Limite i metode de msurare ale perturbaiilor radio pentru echipamente industriale, tiinifice i medicale;

CISPR 13 (EN 55013) referitor la Limite i metode de msurare ale perturbaiilor radio pentru receptoare de radiodifuziune i echipamente asociate;

CISPR 16 (EN 55016) referitor la Condiii pentru aparatura de msurare a perturbaiilor i metodelor de msurare etc.

n prezent, n Romnia se desfoar o activitate continu de armonizare a legislaiei naionale cu cea european i internaional n domeniul EMC. n aceast direcie, au fost elaborate sau sunt n curs de elaborare o serie de standarde care reprezint o adaptare a standardelor europene. Spre exemplu, standardul european CISPR 11 a devenit standardul romnesc SR EN 55011. Aceast activitate de elaborare a standardelor i reglementrilor n domeniul EMC este desfurat sub coordonarea ASRO (Asociaia de Standardizare din Romnia) n cadrul Comitetelor tehnice de standardizare (n sectoarele electric i respectiv, neelectric).

Protecia electronic

273

qq standarde militare Cele mai cunoscute standarde militare n domeniul EMC sunt standardele

americane MIL-STD-461 i respectiv, MIL-STD-462: primul descrie cerinele pentru controlul caracteristicilor EMI ale subsistemelor i echipamentelor, iar cel de-al doilea descrie metodele standard de efectuare a msurtorilor asupra caracteristicilor EMI.

n aceeai direcie, standardul NATO MIL-STD-461D cuprinde o serie de cerine privind controlul emisiilor EMI i al susceptibilitii. Standardul conine limitele pentru perturbaii i susceptibilitate n gama de frecven cuprins ntre 30 Hz i 40 GHz. De asemenea, n acest standard sunt abordate cele patru direcii de interes n cadrul EMC, i anume (Tabelul 4.3):

CE (conducted emissions, emisii perturbative/perturbaii conduse); RE (radiated emissions, perturbaii radiate); CS (conducted susceptibility, susceptibilitate la perturbaii conduse); RS (radiated susceptibility, susceptibilitate la perturbaii radiate).

Suplimentar, standardul respectiv se aplic navelor de suprafa, submarinelor, avioanelor, echipamentelor de aviaie de la sol, echipamentelor navale de la sol, echipamentelor din dotarea trupelor de uscat, sistemelor spaiale etc.

Tabelul 4.3

Tipul de perturbaie Gama de frecven testat Parametrii msurai

CE 30 Hz...40 GHz Cureni i tensiuni

CS 30 Hz...20 GHz Tensiuni, cureni, impulsuri de curent

RE 30 Hz...40 GHz Cmp magnetic, cmp electric, intensitatea de vrf a cmpului

RS 30 Hz...40 GHz Cmp magnetic, cmp electric, intensitatea de vrf a cmpului Cerine ale standardului NATO MIL-STD-461D

n alt ordine de idei, standardul NATO MIL-STD-462D cuprinde o serie de

metode de msurare a perturbaiilor electromagnetice. Elementul de noutate adus de acest standard const n alocarea unor benzi fixe pentru msurarea perturbaiilor n diverse game de frecven, fapt care conduce la msurtori mai rapide. Pentru msurtorile de susceptibilitate sunt specificate vitezele maxime pentru acordul de RF (pentru acord analogic) i mrimea maxim a pasului de baleiere a unei game de frecven etc.

Unele dintre rile membre NATO utilizeaz versiunile americane ale standardelor EMC (este i cazul Romniei), n timp ce alte ri (Germania, Marea Britanie, Frana etc.) i-au elaborat propriile standarde pentru verificarea EMC a echipamentelor i sistemelor militare.

Pe plan naional, n ultimii ani au fost elaborate sub directa coordonare a Agenia militar de standardizare din cadrul Departamentului pentru armamente, o serie de standarde profesionale militare n domeniul EMC, iar pentru cele referitoare la


274

normele admise i metodele de msurare EMI s-a avut ca punct de plecare standardele MIL-STD-461 i respectiv, MIL-STD-462.

Dintre standardele militare interne n vigoare, pot fi amintite urmtoarele: SMT 40329-2005 referitor la cerinele privind EMC a sistemelor militare

(ghid de utilizare); SMT 40591-2000 (sau MIL-STD-462D) referitor la EMC (metode de testare a

emisiilor perturbatoare i susceptibilitii); SMT 40590-2000 (sau MIL-STD-461D) referitor la EMC (cerine privind

controlul emisiilor perturbatoare i susceptibilitii); SMT 40220-91 referitor la EMC a mijloacelor radioelectronice (termeni i

definiii); SMT 40223-90 referitor la EMC a mijloacelor radioelectronice (cerine

privind nivelurile radioemisiilor secundare ale posturilor de radioemisie i metodele lor de control);

SMT 40222-90 referitor la EMC a mijloacelor radioelectronice (cerine privind selectivitatea de frecven a radioreceptoarelor i metode de control) etc. 4.4.8 Tehnici de asigurare a compatibilitii electromagnetice ntre echipamentele radioelectronice Conform referinei bibliografice [45], asigurarea EMC n conformitate cu standardele i reglementrile n vigoare, reprezint o cerin obligatorie pentru funcionarea echipamentelor i sistemelor radioelectronice, cerin implementat nc din faza de proiectare a acestora. n aceast direcie, n concordan cu modelul general de analiz a EMC, este necesar identificarea tuturor surselor de perturbaii, a mediilor sau mecanismelor de cuplaj i respectiv, a receptoarelor de perturbaii. Cu ct aceste cerine sunt mai bine cunoscute, cu att eficiena msurilor i procedurilor EMC adoptate este mai crescut. De asemenea, aplicarea tehnicilor EMC depinde i de condiiile concrete n care funcioneaz echipamentul avut n vedere, de dimensiunile acestuia, de standardele pe care trebuie s le ndeplineasc, de materialele i componentele electronice utilizate n proiectarea sa etc. n general, este dificil realizarea unei departajri ntre msurile i tehnicile EMC intrasistem i respectiv, cele intersistem i de aceea, gradul lor concret de aplicabilitate poate fi stabilit doar n urma analizei efective a echipamentului sau sistemului radioelectronic propriu-zis. Prin urmare, ntr-un context general, cele mai reprezentative tehnici de asigurare a EMC sunt urmtoarele:

qq ecranarea este utilizat att pentru reducerea nivelului perturbaiilor, ct i a susceptibilitii echipamentelor de a fi afectate de aceste perturbaii. Realizarea ecranrii presupune utilizarea de:

cldiri sau ncperi ecranate, realizate prin placarea spaiilor respective cu folii de cupru, construcii sudate din tabl de oel etc.;

cutii i carcase metalice (din materiale neferoase sau feromagnetice) realizate din materiale care prezint o conductivitate suficient de ridicat pentru cmpul perturbator sau care sunt capabile s genereze cmpuri de reacie prin influen sau inducie;

Protecia electronic

275

garnituri de ecranare sub form de folii, benzi, fii sau inele, cu inserii conductive i substane adezive;

paste de ecranare; ecrane electromagnetice transparente (depuneri metalice transparente pe

sticl, prin evaporare sau n vid etc.) sau netransparente (folii sau straturi depuse, texturi flexibile sau combinaii ale acestora);

reele i plase metalice; materiale absorbante (conuri, piramide, panouri de ferit, grile sau grtare

din ferit etc.); componente active speciale etc. qq filtrarea ca tehnic de reducere a perturbaiilor EMI, se realizeaz prin

utilizarea de: filtre antiparazitare montate n apropierea surselor EMI sau filtre de protecie

mpotriva perturbaiilor, montate n apropierea receptoarelor; conectori ecranai cu filtre ncorporate; condensatoare de trecere (de tip coaxial, disc sau necoaxial); bobine de oc utilizate n situaia n care montarea unor condensatoare

antiparazitare nu este eficient; cabluri filtrant-absorbante; componente de separare galvanic (spre exemplu, optocuploare); componente pentru suprimarea vrfurilor de tensiune (circuite RC, varistoare,

diode Zener, eclatoare sau scheme hibride) etc.; qq proiectarea adecvat a unui echipament radioelectronic trebuie s aib n

vedere soluionarea problemelor de EMC care pot s apar n funcionarea acestuia. Cteva criterii orientative n acest sens, se refer la:

alegerea i proiectarea schemelor n regimuri de funcionare care s nu conduc la suprasolicitarea elementelor de circuit;

proiectarea funcionrii componentelor de circuit n regimuri nominale, excluznd pe ct posibil apariia distorsiunilor neliniare, generatoare de impuriti spectrale;

optimizarea dispunerii i gruprii etajelor i a circuitelor de interconectare n funcie de spectrul de frecven, forma de und i puterea semnalelor procesate n cadrul sistemului;

mpmntarea n condiiile specificate de standardele n vigoare; aplicarea msurilor specifice de ecranare i filtrare la nivelul fiecrui

subsistem component al echipamentului radioelectronic; micorarea radiaiilor parazite ale oscilatoarelor; utilizarea unui sistem de antene cu un nivel sczut al lobilor secundari sau a

reelelor de antene fazate; utilizarea pe scar larg a materialelor i componentelor specifice pentru

asigurarea EMC etc. Pentru detalii suplimentare privind problematica asigurrii EMC pentru echipamentele i sistemele radioelectronice, pot fi consultate referinele bibliografice [26], [28], [29], [36] i [45].


276

4.5 Principii de baz ale proteciei electronice n comunicaii 4.5.1 Generaliti Conform referinei bibliografice [31], tehnicile de EP pot fi divizate n general, n pasive i respectiv, active, astfel: tehnicile de EP pasive cuprind acele msuri care nu sunt detectabile de ctre adversar, i sunt legate de tacticile i procedurile specifice adoptate pentru asigurarea proteciei electronice, inclusiv protecia (sau ecranarea) terenului. Tehnicile de EP active sunt detectabile de ctre adversar, i sunt legate de utilizarea unor echipamente specifice sau moduri de operare dedicate ale acestora, totul n ideea asigurrii proteciei electronice. O trecere sintetic n revist a celor mai uzuale tehnici de EP pasive i active utilizate n cadrul echipamentelor i sistemelor de comunicaii este ilustrat n Fig.4.17.

Fig.4.17: Tehnici standard de protecie electronic n comunicaii

n alt ordine de idei, spre deosebire de celelalte componente ale EW, tehnicile de EP sunt asociate n mod direct cu echipamentele i sistemele de comunicaii tactice. Suplimentar, implementarea acestor tehnici este obligatorie la nivelul tuturor unitilor de nivel tactic, i nu reprezint apanajul doar al unitilor specializate de EW etc. 4.5.2 Tehnici de protecie electronic pasive Tehnicile de protecie electronic pasive utilizeaz tactici i proceduri specifice pentru a reduce expunerea n spectrul electromagnetic a echipamentelor i sistemelor proprii la aciunea att a sistemului de EW advers, ct i a celui propriu. Paleta acestor tactici i proceduri include printre altele i:

utilizarea de echipamente identice (compatibile) Variaiile caracteristicilor asignate transmisiilor efectuate de ctre diferite tipuri de echipamente pot fi utilizate de ctre adversar pentru a obine informaii utile despre forele proprii. Spre exemplu, n unele armate, echipamentele CNR de generaie mai veche i aflate nc n serviciu, au o lime de band a canalului de 50 kHz, spre deosebire de echipamentele CNR mai recente la care aceast lime de band a canalului este de 25 kHz i astfel, pot aprea interferene nedorite datorit acestei neconcordane. n mod similar, asemenea probleme pot aprea i n cadrul forelor de

Protecia electronic

277

coaliie care pot fi dotate cu echipamente de comunicaii cu caracteristici tehnico-tactice (generaii) diferite. Prin urmare, utilizarea unor echipamente de comunicaii similare ca i parametri de funcionare reprezint un element important n rejectarea acestei surse de informaii.

ecranarea Cum toate echipamentele electronice (inclusiv cele de comunicaii) radiaz energie electromagnetic, rezult c acestea sunt potenial vulnerabile la efectele energiei electromagnetice radiate de ctre un alt echipament electronic. n esen, prin ecranare se nelege adoptarea unui set de tehnici i proceduri specifice pentru reducerea att a cantitii de energie radiat de ctre un echipament, ct i a gradului su de vulnerabilitate n recepionarea radiaiilor electromagnetice din mediul nconjurtor i prin urmare, aceasta asigur un grad de protecie ridicat contra aciunii componentelor de ES i EA ale sistemului de EW al adversarului. n alt ordine de idei, radiaia electromagnetic generat de ctre un echipament electronic reprezint o int potenial pentru componenta ES a adversarului. Dei zona de aciune efectiv a echipamentelor de ES este n general mic (cel mult poate de ordinul sutelor de metri), eliminarea lor din aceast arie de interes se poate dovedi o sarcin greu de realizat i n special, n cazul sistemelor de importan strategic sau a facilitilor de logistic. n acest caz, utilizarea ecranrii sau a altor tehnici specifice pentru a reduce vulnerabilitatea echipamentelor proprii la aciunea componentei de ES a adversarului este cunoscut n literatura de specialitate sub denumirea de tehnologia TEMPEST, [46]. Suplimentar, tehnicile de ecranare pot fi utilizate i pentru a asigura o protecie a sistemelor proprii contra aciunii radiaiilor electromagnetice din mediul extern, n contextul componentei de EA a adversarului. Ca i evoluie istoric, prima ameninare major n acest sens a fost reprezentat de ctre EMP generat n urma unei detonaii nucleare, iar n prezent centrul de greutate este deplasat ctre asigurarea proteciei electronice a propriului sistem electronic global la aciunea dispozitivelor HPM (sau n general, a RF DEW).

EMCON n general, un plan EMCON poate fi utilizat cu succes pentru a reduce sau altera semntura electronic a unui echipament sau sistem de comunicaii. Spre exemplu, acest plan poate fi transpus n practic prin reducerea nivelului unor tipuri particulare de transmisii sau prin nserarea unui trafic fictiv. Conform literaturii de specialitate [31], cele mai uzuale moduri de obinere a EMCON sunt reprezentate de ctre modul de tcere radio n care toate emitoarele de comunicaii sunt dezactivate i respectiv, modul de tcere electronic n care toate emitoarele electronice inclusiv cele radar, sunt dezactivate. Suplimentar, atunci cnd sunt planificate aciuni de tip EMCON, trebuie avut n vedere faptul c n anumite situaii impunerea celor dou moduri de tcere poate conduce la apariia unor constrngeri de ordin operaional asupra forelor proprii, i care pot avea ca efect mai degrab creterea dect scderea gradului de vulnerabilitate al acestora n spectrul electromagnetic.

antene directive Conform literaturii de specialitate [21], antenele directive sunt utilizate uzual n cadrul sistemelor de comunicaii de nivel tactic i n care exist un singur emitor i respectiv, receptor (spre exemplu, o legtur radio-releu etc.). Natural, utilizarea unei antene directive va avea ca efect maximizarea nivelului de putere radiat ctre


278

receptorul de interes i respectiv, minimizarea nivelului de putere radiat n alte direcii. Suplimentar, utiliznd i o poziionare adecvat a acestui sistem de transmisie, se poate obine o minimizare a nivelului de putere recepionat n diferite locaii poteniale de ctre componenta de ES a adversarului. De asemenea, aceast proprietate de directivitate poate fi utilizat spre exemplu, pentru reducerea eficacitii unui generator de bruiaj dispus decalat fa de axa sistemului de emisie-recepie. n alt ordine de idei, spre exemplu n cazul unui echipament CNR unde exist mai multe receptoare uzual, sunt utilizate sisteme de antene omnidirecionale i n consecin, aplicabilitatea antenelor directive este una limitat. De asemenea, o parte din avantajele unei antene directive poate fi obinut prin utilizarea unei antene cu nul reglabil i care poate fi orientat n direcia locaiilor echipamentelor de ES sau EA ale adversarului. Cu toate acestea, utilizarea practic a antenelor cu nul reglabil este limitat serios n cazul reelelor de comunicaii cu o mobilitate ridicat i n care locaiile unitilor proprii sau amice se modific ntr-un ritm alert. i n final, un concept de mare actualitate utilizat masiv att n contextul tehnicilor de EA ct i de EP, este reprezentat de sistemele de antene inteligente (smart antennas). Conform referinei bibliografice [47], un sistem de antene inteligente reprezint n esen, un sistem adaptiv care conine o reea de antene controlate prin intermediul unui procesor de semnal (Fig.4.18), atributul de smart fiind conferit de capacitatea acestui sistem de a-i modifica performanele (caracteristica de directivitate, rspunsul n frecven etc.) n funcie de variaiile n timp i spaiu ale mediului electromagnetic.

Fig.4.18: Conceptul de sistem de antene inteligente

managementul frecvenelor

n general, managementul frecvenelor este necesar a fi asigurat ca i parte integrant a planificrii comunicaiilor prin care se urmrete o alocare eficient a capacitii disponibile a spectrului electromagnetic ctre utilizatori, totul n ideea evitrii apariiei interferenelor co-canal. Aceast planificare ine cont printre altele i de: locaiile relative ale unitilor proprii, distana verosimila a comunicaiilor (care este o funcie de frecven), interferenele care pot fi generate de ctre armonici i produsele de intermodulaie dintre sistemele poziionate prea apropiat etc. n alt ordine de idei, un alt aspect important legat de managementul frecvenelor n contextul asigurrii unei EP eficiente, este reprezentat de alocarea unor frecvene de lucru alternative i care pot fi utilizate n condiiile prezenei interferenelor sau a aciunii bruiajului.

Protecia electronic

279

medii de comunicaii alternative Protecia electronic poate fi asigurat i prin utilizarea unei varieti de medii de comunicaii alternative, i care pot fi utilizate fie pentru a crete robusteea la aciunea componentei de EA a adversarului, fie pentru a reduce susceptibilitatea la aciunea componetei de ES a acestuia. Unele medii de comunicaii alternative cum ar fi spre exemplu cele cablate (wired), nu presupun emisie de energie electromagnetic i pot fi astfel utilizate n timpul perioadelor de tcere radio, ns pot determina apariia unor constrngeri din perspectiva mobilitii.

locaia O planificare adecvat a locaiei sistemelor de comunicaii trebuie s ia n consideraie modul de propagare a undelor electromagnetice ntre sit-urile de interes. Suplimentar, aceast planificare urmrete i minimizarea utilizrii de ctre adversar a componentelor sale de ES i respectiv, de EA. n acest context, este util maximizarea efectelor de ecranare generate de ctre suprafaa de dispunere a echipamentelor de comunicaii (Fig.4.19). n general, ecranarea dat de formele de relief este mai eficient n gama undelor VHF i la frecvene superioare unde opereaz n mod curent marea majoritate a CNR tactice. La aceste frecvene de lucru, propagarea este n special, n limita vizibilitii directe i n consecin, apare o limitare dat de teren i mai puin o limitare n putere etc.

a) ecranare ineficient

b) ecranare eficient

Fig.4.19: O ilustrare grafic a efectului de ecranare generat de suprafaa de dispunere a unui echipament de comunicaii


280

Dispunerea eficient a unui echipament radio n scopul asigurrii EP presupune cunoaterea zonei de aciune efective a comunicaiilor. Suplimentar, este necesar i planificarea ci radio att pentru propria reea de comunicaii, ct i pentru sit-urile poteniale de dispunere ale echipamentelor de ES i EA ale adversarului. n alt ordine de idei, EP generat de alegerea corespunztoare a locaiei de dispunere a echipamentelor de comunicaii este util s fie dublat i de alte tehnici de ecranare, spre exemplu utilizarea unor ecranri metalice, faciliti etc. n general, este destul de dificil s fie realizat o predicie n avans a eficacitii acestor proceduri de asigurare a EP, astfel dei eficacitatea acestora mpotriva unui generator de bruiaj advers poate fi msurat atunci cnd generatorul este inactiv, este extrem de dificil de estimat eficacitatea lor mpotriva echipamentelor (pasive) de ES etc. Pentru detalii suplimentare privind panorama tehnicilor de EP pasive n comunicaii, pot fi consultate referinele bibliografice [8], [16], [19], [31] i [32]. 4.5.3 Tehnici de protecie electronic active 4.5.3.1 Generaliti Tehnicile de EP active utilizeaz echipamente i moduri de operare specifice pentru a asigura protecia electronic, iar obiectivele de baz asignate acestora sunt reprezentate de asigurarea securitii comunicaiilor (COMSEC), unei probabiliti de interceptare sczute (LPI) i respectiv, unei robustei accentuate la aciunea bruiajului. Conform referinei bibliografice [31], n literatura de specialitate este indicat o palet extins de tehnici de EP active, i anume: securitatea informaiei (criptarea, steganografia sau tehnicile hibride), tipul de modulaie, codarea pentru protecia la erori (sau coduri detectoare i corectoare de erori), transmisiile de tip burst (salv), rejecia de band ngust, diversitatea, cutarea canalelor libere, utilizarea adecvat a retransmisiei etc. Prin urmare:

securitatea informaiei n general, securitatea informaiei (adic, clasa tehnicilor de tip INFOSEC) se poate realiza prin dou mecanisme standard: criptarea informaiei (criptografie) i respectiv, ascunderea informaiei (steganografie). n esen, cele dou mecanisme corespund celor dou principii de securizare a informaiei, i anume: prin design i respectiv, prin obscuritate. Dei scopul final este similar, tehnicile utilizate n cele dou situaii sunt esenial diferite, astfel:

a) criptografia presupune securizarea informaiei prin criptarea acesteia cu scopul imediat de a nu putea fi neleas dect de cei avizai i care posed toate informaiile necesare decriptrii, iar rezultatul criptat este uor vizibil i de multe ori evident. Practic, punctul forte asignat unui asemenea mecanism rezid n robusteea algoritmilor utilizai n criptare/decriptare i respectiv, lungimea cheilor asignate acestora;

b) steganografia presupune securizarea informaiei sensibile prin ascunderea acesteia ntr-un volum (mult mai) mare de informaie nesecret astfel nct, nimeni (cu excepia celor avizai) s nu-i poat da seama de nsi existena unui mesaj ascuns. De cele mai multe ori, informaia ascuns va fi n

Protecia electronic

281

clar, necriptat, astfel c robusteea (tria) securizrii n cadrul steganografiei va depinde n primul rnd de complexitatea i performana de disimulare a mesajului ascuns n informaia nesecret. Suplimentar, tehnicile de securizare a informaiei asigur i o protecie la inseria de trafic fals (dummy traffic) de ctre adversar i respectiv, mpotriva tehnicilor de nelare de tip imitativ. n general, implementarea tehnicilor avansate de securizare a informaiei este posibil numai n cadrul sistemelor de comunicaii digitale etc.

tipul de modulaie Se cunoate faptul c unele forme complexe de modulaie de semnal asigur un grad de protecie mult mai consistent dect cele considerate uzual, a fi standard. Spre exemplu, comunicaiile cu spectru mprtiat (spread-spectrum, S2) care presupun o mprtiere a spectrului semnalelor transmise ntr-o band larg de frecven, pot furniza att proprietatea de tip LPI, ct i un grad extrem de ridicat de rezisten la aciunea bruiajului unui sistem de comunicaii etc.

codarea pentru protecia la erori Utilizarea suplimentar a unor coduri pentru protecia la erori poate crete semnificativ cantitatea de semnale de interferen care pot fi tolerate de ctre un sistem de comunicaii pentru un anumit nivel impus al calitii serviciului asigurat de ctre acesta (Quality of Service, QoS).

transmisiile de tip burst n general, eficiena unui echipament de ES sau EA al adversarului poate fi micorat dramatic prin reducerea lungimii transmisiilor proprii efectuate (transmisii de tip salv) . Un efect similar poate fi obinut i prin utilizarea cu preponderen a transmisiilor de date n detrimentul celor de voce. Suplimentar, dac lungimea acestor burst-uri este suficient de mic, atunci eficiena ntrebuinrii de ctre adversar a unui echipament de interceptare, de DF sau a unui generator de bruiaj este serios limitat.

rejecia de band ngust Impactul unui semnal de interferen care are o lime de band mult mai mic dect cea a unei transmisii poate fi minimizat prin rejecia (filtrarea sa) nainte de decodare, a unei pri din spectrul de frecven i anume, cel asignat acestui semnal. Suplimentar, n cadrul sistemelor de comunicaii digitale, aplicarea acestei tehnici este n mod uzual

protectie electronica

Documents