«ТехноЭМС-2013». Физика взаимодействий

Материал подготовлен на основе статьи Ольги Лариной. Полная версия отчета опубликована в журнале «Компоненты и технологии» (№ 1’ 2014).

19 и 20 ноября 2013 года прошла первая научно-техническая конференция «Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости» — «ТехноЭМС`2013».

Мероприятие стало долгожданным: стандарты устаревают, электромагнитная обстановка усложняется, а специалисты не успевают набирать необходимую квалификацию.
По замыслу группы компаний «Диполь» — инициатора и идейного вдохновителя конференции — она должна была восполнить информационный вакуум в области исследований и разработок технических средств, нормативного регулирования и стандартизации испытаний, межотраслевого взаимодействия, обмена опытом и продвижения новых результатов деятельности специалистов в области ЭМС.
Организаторами конференции также выступили Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, ТК 30 «Электромагнитная совместимость», Московский институт электроники и математики НИУ «Высшая школа экономики», Метрологическая ассоциация промышленников и предпринимателей, НИЦ «САМТЭС» и компания TESEQ.
В конференции приняли участие более ста специалистов испытательных, исследовательских и конструкторских подразделений организаций ракетно-космической, атомной, авиационной, судостроительной промышленности, региональных центров и институтов Росстандарта, предприятий отраслей связи, электроники, светотехники и приборостроения, испытательных центров и высших учебных заведений. Модераторами конференции стали д. т. н., профессор А. С. Кривов (Метрологическая ассоциация), д. т. н., профессор Л. Н. Кечиев (МИЭМ НИУ «Высшая школа экономики») и д. т. н. А. П. Смирнов («Диполь»).


Участники конференции

Программа работы конференции состояла из пленарного и двух секционных заседаний. Открыл конференцию заместитель директора Департамента государственной политики в области технического регулирования и обеспечения единства измерений Минпромторга России Н. Ю. Новиков, который отметил актуальность проблем электромагнитной совместимости. Он призвал представителей активно участвовать в формировании нормативной базы испытаний технических средств на ЭМС.

Концепция ЭМС. Смещения во времени и пространстве

Тематика пленарных докладов определяла два основных направления дискуссии на конференции: эффективность мероприятий по обеспечению ЭМС на различных этапах жизненного цикла технических средств и развитие методов и средств испытаний на ЭМС.
В. С. Кармашев, представитель ТК 30 «Электромагнитная совместимость технических средств», представил детальный анализ состояния нормативного регулирования работ по ЭМС. Тема его выступления — «Фонд национальных и межгосударственных стандартов в области ЭМС и задачи по его гармонизации и развитию». В частности, В. С. Кармашев отметил, что со временем происходит изменение отношения к концепции ЭМС. Если в 1985–1990 гг. электромагнитную совместимость понимали, в первую очередь, как способность оборудования или системы удовлетворительно функционировать, не создавая помех, то в современное понятие ЭМС вкладывается совместимость устройств не столько друг с другом, сколько с окружающей электромагнитной средой, насыщенность которой многократно выросла за прошедшие десятилетия.



К сожалению, в России новая концепция еще недостаточно воспринята. Однако необходимо изменять подход — для более эффективного использования радиочастотного спектра. Предусматривается разработка новых межгосударственных стандартов, идентичных международным.
Требования ЭМС в международных стандартах представляют собой, с одной стороны, устойчивость функционирующего по назначению аппарата к воздействию на его порты электромагнитных помех конкретных видов, а с другой — нормы электромагнитных помех конкретных видов, создаваемых функционирующим аппаратом на его интерфейсах с внешней электромагнитной средой.
Введение новых стандартов в области ЭМС в качестве норм в Российской Федерации и на международном уровне стало основной задачей созданного российского технического комитета по стандартизации. За 20 лет работы ТК 30 было подготовлено свыше 200 гармонизированных национальных и межгосударственных стандартов.
Национальные стандарты ЭМС (ГОСТ Р) в скором времени будут заменены на новые межгосударственные стандарты (ГОСТ). В соответствии с Программой национальной стандартизации начиная с 2013 года ТК 30 должен работать только над межгосударственными стандартами (ГОСТ), идентичными международным и европейским.
Некоторые аспекты той же темы раскрыл Ю. Н. Смирнов (КВФ «Интерстандарт») в своем докладе «Особенности применения методов испытаний на соответствие требованиям технического регламента Таможенного союза «Электромагнитная совместимость технических средств» и метрологического обеспечения испытаний».
Как сообщил Ю. Н. Смирнов, в 2005 году было дано заключение о невозможности аккредитации наших лабораторий в Европе, в том числе из-за несоответствия метрологическим стандартам. Принятые в России процедуры поверки не устраивают Евросоюз. К примеру, при отечественной методике поверки антенн вместо допустимых 5 дБ погрешности получается на 8 дБ больше. Кроме того, нужен учет не только электромагнитных «провалов», но и выбросов, происходящих за счет переходных процессов. В целом европейские стандарты требуют более подробной документации и объемных протоколов, чем допускается у нас.
Есть примеры, когда испытания в четырех аккредитованных российских лабораториях давали четыре разных результата. Преградой является и использование собственных методик и ГОСТов с кириллическими обозначениями. Необходимо увеличить точность и достоверность измерений в отечественных лабораториях и привести их процедуры и стандарты в соответствие с международными. В качестве возможных и желательных мер предлагается замена поверки калибровкой.

Проблемы проектирования

Одним из самых информативных стал доклад Л. Н. Кечиева «Внутрисистемная ЭМС: состояние, проблемы и тенденции». Профессор Кечиев кратко рассказал об основных рисках при расчете ЭМС и этапах разработки приборов, привел несколько примеров катастроф, произошедших из-за электромагнитных помех. Л. Н. Кечиев отметил и ряд новых факторов, влияющих на ЭМС: появление вероятности высотных ядерных взрывов и мощных направленных широкополосных электромагнитных импульсов, расширение спектра как в сторону сверхвысоких частот, так и в область низких, а также актуализация гигагерцевой области частот.



Согласно его докладу развитие техники сейчас определяют тенденции к повышению быстродействия систем, их миниатюризации и при этом к сокращению времени разработки и поставки оборудования на рынок, что задает повышенные требования к методам обеспечения ЭМС. Одной из основных проблем профессор назвал необходимость рассчитывать электромагнитную совместимость на этапе проектирования, то есть работать с параметрами еще несуществующих систем. Также были названы основные причины, по которым необходима верификация на уровне проектных решений. В первую очередь, это невозможность принять многие решения при проектировании конструкции быстродействующих электронных средств на основе интуиции и прошлого опыта и отсутствие у многих конструкторов необходимых знаний в области схемотехники, теоретических основ электротехники и электродинамики. Наиболее целесообразными типами верификации для быстродействующих систем были названы параметрическая, временная, целостности сигнала и электромагнитной совместимости. Л. Н. Кечиев представил концепцию «сдвига влево», особенность которой — в проведении максимального количества составляющих элементов верификации на ранних стадиях проектирования на основе виртуального прототипа.

Подготовка специалистов

Как один из ведущих специалистов и преподаватель, профессор Кечиев многократно отметил проблемы подготовки специалистов. Рост компетенции инженеров не успевает за повышением сложности задач, а существующие методики устаревают быстрее, чем разрабатываются новые. С образованием и программами повышения квалификации в данной области дела обстоят не лучшим образом, равно как и со специализированной литературой, особенно на русском языке. В частности, новые книги по экранированию на русском языке, по словам докладчика, не выходили 25 лет.
При обсуждении проблем подготовки кадров и самой системы образования для специалистов в этой области профессор Кечиев предложил начать с заинтересованных предприятий, которые обеспечивали бы «заказ» на специалистов.

Особенности испытаний на устойчивость к кондуктивным помехам

Михаэль Рефельдт (Michael Rehfeldt) из компании TESEQ GmbH выступил с докладом на тему «Испытания на устойчивость к низкочастотным кондуктивным помехам». Основные источники таких помех — неисправности в распределении питания от сети, электромагистрали и некорректное заземление. Различные типы источников в разной степени могут присутствовать одновременно. Наведенные помехи часто являются причиной снижения производительности или выхода оборудования из строя.
Помимо причин возникновения помех и способов борьбы с ними, докладчик рассказал также об уровнях защищенности. Он представил несколько аппаратных решений TESEQ для борьбы с низкочастотными излучениями.
Д. т. н. А. П. Смирнов, руководитель направления ЭМС и радиоизмерений группы компаний «Диполь», представил доклад «Развитие требований к показателям электромагнитной совместимости и методам их оценки». Его выступление отличалось предметностью, в нем был отражен большой опыт практической работы в области ЭМС и радиочастотных помех. Докладчик перечислил составляющие ЭМС: оценка эмиссии кондуктивных помех (CE), оценка эмиссии излучаемых помех (RE), оценка устойчивости к кондуктивным (CS) и излучаемым помехам (RS), оценка эмиссии и устойчивости к искажениям питающей сети (PQT).
По статистике, около 40% трудозатрат при испытаниях приходится на оценку устойчивости к излучаемым помехам. Поэтому особое внимание следует уделить оборудованию для RS-тестирования: излучающим антеннам, генераторам плоского поля и реверберационным камерам. Были предложены типовые конфигурации из тестовых приборов TESEQ и других производителей. В качестве альтернативы традиционным методам специалисты «Диполь» предлагают использовать реверберационные камеры (РК).


Реверберационная камера

Особенность таких реверберационных камер — в возможности создания однородного широкополосного многомодового поля без выраженных пиков в значительной области пространства. Причем широкополосность может обеспечиваться как за счет изменения геометрии камеры, так и за счет введения отражателей/смесителей.
Основные достоинства этого способа проверки: отсутствие потребности в поглотителях; большой рабочий объем; равномерное поле для всех направлений в любой ориентации и поляризации; унифицированное оборудование для оценки эмиссии и устойчивости; эффективное преобразование мощности, для чего нужны слабые усилители; возможность создания и облучения в ГГц-диапазоне; соответствие стандартам в автомобилестроении и ОПК; высокая повторяемость измерений. В докладе были приведены как физические обоснования принципов работы GTEM-ячеек и реверберационных камер, так и конкретные примеры их применения на практике. К слабым местам относятся потребность в больших камерах для испытаний на низких частотах, отсутствие таких методов испытаний в некоторых промышленных стандартах и необходимость сравнения с результатами оценки эмиссии и результатами испытаний на открытой площадке.

Общие итоги и планы

В докладах, посвященных вопросам обеспечения ЭМС, рассматривались вопросы совершенствования нормативной базы испытаний (Ю. Н. Смирнов, М. В. Матвеев, М. Б. Кузнецов), подходы к обеспечению ЭМС при создании и применении объектов атомной энергетики (В. Н. Сарылов, О. В. Сарылов), бортовой авиационной аппаратуры (Л. Н. Тяпкин, А. И. Черкасов), космической техники (А. Н. Дементьев, Ю. В. Маслов, М. Е. Смирнов, Ю. В. Иваненко), стационарных и подвижных морских объектов (Д. В. Лазарев, Е. А. Свядощ, А. М. Вишневский, П. В. Блинков). Отдельные доклады были посвящены вопросам эффективности молниезащиты (К. В. Ермаков, М. И. Сибилькова) и защиты электронных производств от электростатических разрядов (А. С. Кривов).
Большое количество докладов было посвящено развитию методов и средств испытаний технических средств на ЭМС. Новые мобильные и стационарные комплексы для измерений характеристик объектов представлены в докладах А. М. Вишневского, Е. А. Свядоща, П. В. Блинкова,  В. Н. Янкина, В. А. Склярова и С. Г. Митченкова. Новые методы и средства измерений и испытаний рассмотрены Е. М. Кукушкиным (антенны и датчики для широкого диапазона частот), М. Рефельд (низкочастотные кондуктивные помехи), Е. А. Никитиным, М. В. Устиновой и М. И. Истоминой (квазиизотропные антенны для ближней зоны), И. Л. Барановым и Н. Ш. Чемборисовой (контроль качества электроэнергии).
Много внимания участники конференции уделили метрологии испытаний на ЭМС. Вопросам калибровки токосъемников и инжекторов тока был посвящен доклад А. Е. Ескина. Метрологическое обеспечение измерений кондуктивных помех рассмотрено И. А. Гиниятуллиным и С. Р. Сергеевым, вопросы аттестации полубезэховой экранированной камеры — О. Б. Жеруль, измерение мощности передатчиков — В. И. Ефановым и Д. В. Вождаевым.
На заключительном заседании участники конференции поблагодарили инициаторов ее проведения, организационный комитет и группу компаний «Диполь» за хорошую организацию работы, техническое и методическое обеспечение. Подчеркивались высокий научный уровень докладов и заинтересованность в регулярном проведении таких мероприятий. Рекомендовано провести следующую конференцию «ТехноЭМС» в конце 2014-го – начале 2015 г.


У нас была возможность задать несколько вопросов председателю технического комитета ЭМС технических средств ТК 30, ведущему специалисту НИЦ «САМТЭС», к. т. н. Николаю Исхаковичу Файзрахманову. Как один из организаторов конференции и главный специалист по стандартизации ЭМС в России, он смог дать наиболее полные ответы на вопросы о проблемах и потребностях отрасли, задачах и перспективах мероприятия.

Данная конференция актуальна именно сейчас, или стоило бы провести ее раньше?
– То, что она проходит сейчас, прекрасно, но лучше было бы провести ее лет на 10 раньше. Потому что проблемы ЭМС крайне сложны и разнообразны. Они актуальны для многих областей — мирных, военных, систем безопасности, атомной энергетики, поэтому иногда возникает ощущение, что люди из разных сфер занимаются несвязанными вопросами. У них разная методология решения проблем, разные подходы, разная терминология. И очень хорошо, что они собрались сейчас вместе.

Почему так сложно изменить в России отношение к проблемам ЭМС? Ваши коллеги сказали, что международное сообщество перешло на новые концепции и к пониманию ключевых моментов значительно раньше. Что вы об этом думаете?
– Это очень трудный вопрос. Можно сказать следующее: к примеру, в Европе, США, Японии рынок — не новое дело. А изменения в системе подтверждения соответствий, в системе технического регулирования определяются изменениями и переходом от нерыночных отношений к рыночным в первую очередь. Поэтому в России это происходит достаточно сложно. Мы вынуждены принимать во внимание не только международный опыт в этой области, но и тот опыт, который был в СССР, в том числе наши собственные стандарты ЭМС. Я не согласен, что поворот от старого к новому подходу к методологии ЭМС прошел в 1980–90-х годах. Еще в 1950-х годах появился приказ об индустриальных радиопомехах. Если говорить вообще, сложность — в переходе к рынку и в изменении психологии людей. Многие привыкли к административному распорядку, и, как сказал представитель Минпромторга, трудно сделать так, чтобы процесс пошел снизу вверх.

Как вы думаете, когда мы сможем соответствовать международным стандартам? Когда наше оборудование начнут пропускать в Европу?
– Давайте разделим этот вопрос на две части. Если говорить о стандартах, то сейчас многие области, в том числе и наша, готовы выпускать свои стандарты, идентичные международным. Но, кроме стандартов, есть еще процедуры подтверждения соответствия, есть системы технического регулирования, которые во многом не совпадают с общепринятыми в мире, так как есть ряд принципиальных отличий. Когда мы придем к тому, каким образом преодолеть эти различия, тогда и нам станет проще проходить верификацию в Европе, а европейским производителям оборудования — у нас.

Как вы думаете, насколько итоги этой конференции повлияют на ситуацию в отрасли?
– Как ни банально это прозвучит, но любой обмен мнениями специалистов определенной отрасли ведет к более четкому пониманию задач в рамках этой отрасли и способов реализации этих задач. Поэтому влияние прошедшей конференции трудно переоценить, даже если это не очень заметно сегодня, сразу после ее окончания. Лично я как стандартизатор вижу перспективу создания некоего научно-технического комитета, ассоциации на базе ТК 30 «Электромагнитная совместимость технических средств», обмен мнениями и информацией в рамках которой проходил бы на постоянной основе. В идеале все это могло бы вылиться в разработку стандартов, учитывающих новые идеи, касающиеся процессов изготовления и испытаний продукции. В наше время основная задача для реализации этого проекта — найти источники финансирования. Однако пока я не могу оценивать результаты в полной мере. В любом случае, это первый шаг.

Какими были задачи конференции? Насколько они были выполнены?
– Главная задача конференции — обмен информацией о состоянии дел и о новых разработках — была достигнута. Единственная тема, которая показалась мне недостаточно раскрытой, — это вступление в силу технического регламента Таможенного союза «Электромагнитная совместимость технических средств» (ТР ТС 020/2011) и связанные с этим совершенно новые условия для изготовления продукции и подтверждения ее соответствия. Уверен, что на следующей конференции эта тема будет одной из основных.