Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare [600632]

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
16

CAPITOLUL II

SURSE DE PERTURBAȚII ELECTROMAGNETICE PE NAVĂ .
CUPLAJE PERTURBATOARE

2.1. Mediul electromagnetic de la bordul unei nave maritime

Misiunile tot mai complexe ale navelor maritime precum și dezvoltarea tehnologiei în
domeniul electronicii și microelectronicii , împreună cu creșterea numărului și complexității
echipamentelor radioelectronice, au generat o creștere continuă a nivelului câmpului
electromagnetic la bordul navelor.
Mediul electromagnetic de la bordul navei reprezintă u n spațiu limitat în care funcționează
surse de câmp electromagnetic, canale de transmitere a câmpului și receptori de semnale, incluzând
factorul uman ; aceste surse constituie, în același timp, factori perturbatori pentru echipamentele
electronice din vecinătate. Mediul electromagnetic al navei , apreciat ca fiind deosebit de complex,
se regăsește în :
a) câmpuri electrostatice cauzate în principal de:
 electrizarea lichidelor hidrocarbonice (combustibili, uleiuri) care circulă prin tubulaturile navei;
 electrizarea suprafețelor din materiale polimerice prin frecare (pereți și mobilier naval melaminat,
paioluri acoperite cu linoleum sau mochete) .

b) câmpuri magnetice și electrice apropiate (de inducție) , produse în principal de:
 magnetizarea corpului navei în câmpul magnetic terestru;
 câmpul magnetic al bobinelor cu miez de fier din construcția echipamentelor electrice ale navei
(generatoare electrice sincrone , motoare electrice, transformatoare, contactoare, relee, valvule
electromagnetice, electromagneți cu diferite destinații etc.);
 curenții care apar în corpul navei din cauza scurgerilor accidentale de curenți prin legăturile la
corpul navei.

c) câmpuri electromagnetice îndepărtate (de radiații) , produse în principal de:
 funcționarea instalațiilor de radiocomunicații și radiotehnice ale navei;
 radiațiile se cundare ale elementelor de suprastructură (catarge, coloane, tachelaj metalic, instalații de
punte) în care au fost induși curenți de înaltă frecvență sub influen ța câmpurilor de radiație , utile;
 scânteile care însoțesc funcț ionarea aparatelor de comutație;
 arcurile electrice specifice iluminat ului fluorescent ;
 descărcări le electrostatice;
 descărcările din atmosferă.
Acest mediu electromagnetic poate fi împărțit în [2][19][20] :
– mediul electromagnetic propriu navei , mediul determinat de emisiile intenționate și
neintenționate ale sistemelor și echipamentelor de la bordul navei;
– mediul electromagnetic extern navei , mediul determinat de emisiile surselor externe navei
precum: echipamentele de radiolocație și comunicații , de regulă, de la navele d in același perimetru
de navigație (strâmtori cu trafic intens, porturi), impulsului electromagnetic (trăsnet) etc.

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
17  Mediul electromagnetic propriu al navei

Mediul el ectromagnetic propriu navei depinde de următorii factori :
– densitatea de echipamente de l a bord;
– caracteristicile echipamentelor instalate (benzi de frecvență, puteri, tipuri de modulație
etc.);
– proiectarea navei astfel încât intensitatea câmpului electromagnetic , în interiorul
acesteia , să fie cât mai mică.
Caracterizarea mediului electromagn etic de la bord se face prin:
– parametrii tehnici ai emițătoarelor de la bord: nivelul puterii, tipul de modulație,
frecvența de lucru, durata impulsurilor, frecvența de repetiție a impulsurilor;
– parametrii tehnici ai instalațiilor de antenă: tipul antenelo r, polarizarea undelor,
caracteristica de directivitate a antenelor (lob principal, lobi secundari), câștigul
antenelor, modul de baleere al antenei, densitatea emițătoar elor, destinația
echipamentelor;
– densitățile de putere și/sau intensitățile de câmp pr oduse în zonele unde este localizată
aparatura electronică: aparate de navigație, aparatura radio și radar, rețelele de
calculatoare de la bordul navei, aparatura de comandă și control etc.
Ȋn esență, caracterizarea mediul ui electromagnetic de la bord ul na vei s e face pe baza
nivele lor de câmp electromagnetic din locațiile de interes ale navei.
Ecranarea datorată corpului navei creează la bordul navei maritime câteva zone cu un mediu
electromagnetic diferit , ce depinde de calitatea ecranării. Din această cauză mediul electromagnetic
de la bordul navei se împarte (în general) în două zone specifice denumite: „ deasupra punții ” și
„sub punte ”.
Termenul „ deasupra punții ” se referă la echipamentele care sunt instalate în afa ra structurii
metalice a navei de suprafață sau pe navele pe corp nemetalic (cu excepția echipamentelor instalate
în compartimente ecranate).
Mediul electromagnetic din zona „ deasupra punții ” este determinat de emisiile (radiațiile)
echipamentelor de la bo rd ce au antenele dispuse în această zonă, echipamente ce reprezintă surse
de perturbații electromagnetice (sunt denumite surse funcționale). Instalarea la bord a acestor
echipamente este determinată de destinația și misiunile navei, precum și de reglement ările
internaționale privind siguranța navigației, inclusiv salvare a pe mare . Având în vedere destinația,
echipamentele pot fi clasificate în două mari categorii: echipamente de radiocomunicații și
echipamente de radiolocație. De exemplu, în tabele le 2.1 ș i 2.2 sunt prezentate caracteristicile
operaționale și tehnice ale principalelor echipamente radiotehnice de la bordul unei nave maritime .

Tabelul 2.1- Caracteristicile operaționale și tehnice ale echipamentelor de
radiocomunicații și receptoarelor dispuse la bordul navelor maritime [3]
Tip echipament Puterea în
emisie
(W) Gama de
frecvență
(MHz) Modul de lucru
Stații radio – UUS 1 – 50 30 – 400 – telegrafie MF și MA
– telefonie MF și MA
Stații radio – US 50 – 1500 1,5 – 30 – telegrafie MA și MF
– telefonie MA și MF
– telefonie – bandă laterală unică
Stații radio – UM 1000 0,4 – 0,5 – telegrafie MA
– telefonie MA

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
18 Tabelul 2.2 – Caracteristicile operaționale și tehnice ale echipamentelor de radiolocație
dispuse la bordul navelor maritime [3]
Parametru Valoare
la emițător:
– puterea în impuls 6 – 800 kW
– durata impulsului 0,05 – 2 s
– perioada de repetiție 0,2 – 2 ms
– frecvența purtătoare 3 – 18 GHz
– capacitatea de reacordare – acord mecanic sau fix
la receptor:
– frecvența intermediară 30 – 60 MHz
– capacitatea de reacordare – acord mecanic
– acord electronic:
 20 MHz
– sensibilitatea  1,4 V/m
la antenă:
– deschiderea caracteristicii de directivitate a antenei
– în plan orizontal 0,5 – 3
– în plan vertical 15 – 25
– nivelul lobilor secundari – 20dB
– viteza de rotație a antenei 6 – 25 rot/min
– polarizare unde – verticală
– orizontală

În tabelul 2.3 sunt prezentate caracteristicile echipamentelor de la bordul unei nave
maritime în conformitate cu standardul SR EN 60945:2002 – Echipamente și sisteme de navigație și
radiocomunicații maritime. Reguli generale. Metode de încercare și rezultate impuse , ceea ce
scoate în evidență faptul că, la bordul unei nave există și receptoare ce au o importanță deosebită în
asigurarea siguranței navigației (GPS, Inmarsat, NAVTEX), pentru care se iau măsuri de protecție
la bruiaj.

Tabelul 2.3 – Caracteristicile echipamentelor dispuse la bordul unei nave maritime [51]
Banda de frecvență Tip echipament Sensibilitatea
receptorului Puterea
emițătorului
90 kHz – 110 kHz LORAN 20 V/m receptor
283,5 kHz – 315 kHz Navigație
diferențială 5 V/m receptor
415 kHz – 535 kHz Radiotelegrafie
(UM) 50 V/m 150 W
490 kHz, 515 kHz NAVTEX 2 V/m receptor
1605 kHz – 3800 kHz Radiotelefonie
(UM) 25 V/m 400W
4 MHz – 27,5 MHz Radiotelegrafie și
radiotelefonie (IF) 25 V/m 1500 W p.e.p
121,5 MHz – 165
MHz EPIRB / ELT emițător 0,5 W
156 MHz – 165 MHz Radiotelefonie
(FIF) 2 V/m 25 W

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
19 406,025 MHz COSPAS –
SARSAT
EPIRB emițător 5 W
1525 MHz – 1544
MHz Inmarsat 0,03 V/m
(-167 dBW) receptor
1575,42 MHz 
1,023 MHz GPS 0,07 V/m
(-160 dBW) receptor
1602 MHz – 1615
MHz GLONASS 0,07 V/m
(-160 dBW) receptor
1626,5 MHz – 1646,5
MHz Inmarsat emițător 25 W
2,9 GHz – 3,1 GHz Radar banda S 1,4 V/m
(-134 dBW) 25 kW – vârf
9,3 GHz – 9,5 GHz Radar banda X 1,4 V/m
(-134 dBW) 25 kW – vârf
9,3 GHz – 9,5 GHz SART – 80 dB 400 mW

Termenul „ sub punte ” se referă la echipamentele care sunt instalate în interiorul corpului
metalic al navelor de suprafață.
În această zonă , câmpul electric trebuie să aibă valorile prezentate în tabelul 2.4 , conform
STD -MIL-464A. Pentru măsurarea câmpului toate emițătoarele vor lucra în regim de emisie în
spațiu, în același timp (se va evita bruiajul reciproc al echipamentelor).

Tabelul 2.4 – Nivelul maxim admisibil al câmpului electric în zona „sub punte”
conform MIL-STD-464A [42]
Tip navă Câmpul
electric
[V/m] Banda de frecvență
Nave de suprafață corp metalic 10 10 kHz – 18 GHz
corp nemetalic 10 10 kHz – 2 MHz
50 2 MHz – 1 GHz
10 1 GHz – 18 GHz

Mediul din zona „sub punte” este un mediu electromagnetic mult mai controlat , datorită
ecranării realizate de corpul metalic și suprastructura navei . În această zonă , mediul este
asemănător cu mediile industriale , dar cu multe restricții referitoare la emisiile electromagneti ce și
imunitate. Mediul electromagnetic din zona „deasupra punții” este un mediu „dur”. Echipamentele
instalate în această zonă trebuie să aibă un nivel ridicat de imunitate și un nivel foarte scăzut al
emisiilor neintenționate. Marginea de imunitate la pe rturbații electromagnetice a echipamentelor
instalate la bordul navei, trebuie să fie de cel puțin 6 dB.
Conform IEE Guidance Document on EMC & Functional Safety – Annex D: EMC and
Functional Safety in Marine Industry , zonele de mediu electromagnetic de la bordul navei, din
punct al CEM, pot fi considerate astfel [56]:
– zona corespunzătoare punților și puntea de comandă , zona din apropierea antenelor
receptoarelor și/sau emițătoarelor și timonerie precum și camera de control a
încărcăturii, caracterizate de echipamente pentru procesarea semnalelor, echipamente de
radiocomunicație și navigație, echipamente auxiliare;
– zona de distribuție generală a energiei electrice – alimentarea cu energie electrică a
consumatorilor obișnuiți;

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
20 – zona de distribuție specială a energiei electrice – alimentarea cu energie electrică a
sistemelor de propulsie.
În funcție de nivelul câmpului electromagnetic și de caracteristicile perturbațiilor transmise
prin conducție (prin rețeaua de alimentare) se pot stabili la bordul navei clase de mediu
perturbator , pentru perturbații prin radiați e și pentru perturbații prin conducți e. Stabilirea clasei de
mediu perturbator este importantă , deoarece în funcție de aceasta se vor stabili și nivelele de
severitate ale testelor. Selecția testelor și nivelul de severitate al acestora se face în funcție de:
– tipul și nivelul perturbațiilor care pot afecta echipamentul;
– condițiile de mediu.
Deoarece nivelele de imunitate la perturbații electromagnetice sunt în relație cu acțiunea
factorilor de mediu (t emperatură, umiditate, sarcină, variațiile condițiilor de alimentare), precum și
cu dispersia și îmbătrânirea componentelor, este necesar ca testel e să fie efectuate în condiții
nefavorabile d.p.d.v. CEM și cu nivele perturbative ridicate.

 Mediul electromagnetic extern navei

Mediul electromagnetic al navei este determinat și de emisiile neintenționate (surse
funcționale) ale echipamentelor și sistemelor de radiolocație și radiocomunicații de pe alte nave.
Distanța dintre două nave este determinată de misiunea pe care o are nava pentru a naviga în
siguranță (distanța minimă pentru evitarea unui abordaj). Pentru desfășurarea anumitor activități
distanța dintre două nave poate fi de 200 m sau chiar 100 m. Sunt posibile distanțe între nave mai
mici de acestea (de exemplu în cazuri de reaprovizionare / transfer de materiale), cazuri în care este
necesară limitarea emisiilor.
În determinarea mediului electromagnetic al navei trebuie să fie luat în considerare și acest
mediu datorat echipamentelor de pe ce lelalte nave. Nivelul câmpului electric al mediului
electromagnetic trebuie comparat cu valoarea de 100 V/m . [44]

Mediul electromagnetic operațional reprezintă mediul determinat de sursele funcționale de
la bord și sursele funcționale de pe ceilalți purtă tori. Cunoașterea acestui mediu este esențială
pentru:
– specificarea nivelelor emisiilor și susceptibilității pentru echipamentele și sistemele de
la bord;
– dispunerea corespunzătoare a antenelor echipamentelor de la bord;
– protecția personalului.
În vederea realizării compatibilității electromagnetice dintre echipamentele de
radiocomunicații prin satelit și echipamentele de radiolocație se impune controlul emisiilor, în
sensul că nivelul emisiilor electromagnetice radiate în mod neintenționat nu trebuie să de pășească –
110 dBm/m2
(densitate de putere) la o distanță de o milă marină ( 105 dBm/m2 la un kilometru), în
orice direcție față de sistem în banda 500 kHz – 40 GHz. [44]

2.2. Surse de perturbații electromagnetice pe navă

2.2.1. Surse directe

Echipamentele electrice și electronice de la bordul navei maritime pot fi perturbate de o
mulțime de surse de perturbații, ce se întâlnesc într -o gamă largă a spectrului electromagnetic.
Generarea proceselor tranzitorii, urmare a procedeelor prin comutație , conversia energiei electrice,
implementarea, conectarea și funcționarea sistemelor electrice cu nivele energetice ridicate, a
echipamentelor navale sofisticate, de telecomunicații, științifice, creează puternice perturbații

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
21 electrice și cu energia distri buită într -un spectru larg de frecvențe. Dintre producătorii de perturbații
electrice întâlnite la navă, pot fi enumerate comutatoare cu contacte (relee, contactoare, ruptoare)
sau cu circuite de comutație statică de tipul invertoare, convertoare în specia l cu tiristoare și triacuri,
motoare de curent alternativ sau de curent continuu, încălzitoare inductive sau rezistive, pornirea –
oprirea sau reconfigurarea din mers a unor subsisteme energetice, pierderile prin contacte uzate,
sisteme de iluminare fluore scente, pornirea/oprirea și schimbarea regimului unor motoare și
variatoare inclusiv schimbarea de sens.
Principalele surse de perturbații electromagnetice la nave sunt [19]:
a) Comutări în circuitele de forță care produc impulsuri de tensiune sau de curent
De exemplu, decuplarea unui transformator de forță la mers în gol poate produce supratensiuni de 3
– 5 ori mai mari decât tensiun ea rețelei. Astfel, ca urmare a comutațiilor (decuplărilor), amplitudinile
impulsurilor perturbatoare în rețeaua de 380 V pot atinge 2 kV, având durate de ordinul sutelor de
nanosecunde .
b) Surse secundare de alimentare în comutație
În acest caz PEM consta u în apariția oscilațiilor de IF în procesul tranzitoriu de comutație al
tranzistoarelor și diodelor peste tensiunea de ieșire (continuă).
c) Motoare electrice de curent continuu și alternativ
La motoarele de curent continuu, cauza o constituie perechile d e contacte alunecătoare care
dau salturi de tensiune și curent, precum și scântei la colector (perturbații prin radiații).
La motoarele de curent alternativ lipsesc fenomenele de comutație specifice colectorului,
datorită lipsei acestuia. Perturbațiile sunt însă mai puternice decât la mași nile de curent continuu din
cauza curentului alternativ de magnetizare mai mare (PEM apar pe fundamentală și pe armonicile
impare ale curentului).
d) Transformatoare și bobine cu miez de fier
La transformatoarele de construcție obișnuită (cu înfășurări coaxiale), amper -spirele ambelor
înfășurări (primar, secundar) se deosebesc de cele de mers în gol IoW 1 (unde IO este curentul de
mers în gol al transformatorului, iar W1 – numărul de spire din p rimar).
Cum curenții din cele două înfășurări au sensuri opuse, câmpurile magnetice create de ele se
compensează reciproc într -un anumit grad, rămânând necompensat numai câmpul creat de amper –
spirele de mers în gol. De aceea, câmpul magnetic al transformat orului este dat de câmpul spirei
medii a înfășurării primare, parcursă de un curent egal cu IOW1 , iar efectele perturbatoare sunt
create de acest câmp.
La bo binele cu miez de fier , câmpul este însă determinat de întregul curent care trece prin ele.
Pentru date constructive asemănătoare cu ale unui transformator (spire, curenți, circuit magnetic),
câmpul bobinei este semnificativ mai mare.
e) Conductoare și cabluri
Acestea produc îndeosebi PEM prin câmp magnetic (apropiat și îndepărtat).
f) Elemente de circuit și echipamente neliniare, care determină apariția regimului
deformant
Între acestea pot fi exemplificate:
 transformatoarele și bobinele cu miez de fier;
 aparatele pentru sudură electrică;
 dispozitivele electronice semiconduct oare de putere (mutatoare);
 mașinile electrice rotative.
g) Condensatoarele electrice
Perturbațiile sunt produse prin câmpul electric al acestora, care determina cuplaje capacitive
nedorite (perturbații prin câmp apropiat).
h) Antene de emisie
Acestea produc perturbații prin radiația câmpului electromagnetic la distanțe mari sub formă
de unde plane (perturbații prin câmp îndepărtat).

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
22 i) Electronica de putere, utilizată în redresoare, convertoare etc.
Componentele electronicii de putere reprezintă surse importante de radiații perturbatoare,
datorită comutațiilor cu fronturi rapide ale uno r tensiuni si curenți ridicați – de exemplu,
tranzistoarele de putere VMOS ajung la 1 MHz .
În cazul acestor componente, semnalele perturbatoare, care sun t veritabile spectre de radiații la
frecvențele armo nicelor frecvenței de comutație pot perturba emițăto arele radio de joasă frecvență –
unde lungi: 150 -1 600 kHz .
j) Emițătoare de comunicații
Emițătoarele de comunicații produc energie electromagnetică în mod intenționat și o radiază
în mod controlat, în mediul înconjurător în scopul transmiterii sau culegerii informației.

Ultimele cercetări pe plan mondial arată că zonele din spectrul câmpului electromagnetic
care pot pro duce efecte negative asupra factorului uman sunt, cu precădere, cele cu frecvențe sub 50
Hz și cele cu frecvențe milimetrice (300 GHz). În ceea ce privește aparatura electronică, aceasta
poate fi perturbată de câmpurile electromagnetice exterioare pe toată gama de frecvență, ținând
seama de densitatea de putere emisă de sursă, de polarizarea sursei, modul de emisie (continuu sau
în impulsuri).
Cu privire la câmpurile apropiate, produse de instalațiile electroenergetice ale navei (Diesel –
Generatoare, trans formatoare, cabluri de transport și distribuție, convertizoare), dar și de instalațiile
electromecanice (motoare electrice asincrone), ele produc efecte perturbatoare asupra aparatelor,
dispozitivelor și echipamentelor electronice din apropierea lor dacă a cestea nu sunt protejate
corespunzător față de perturbații. De exemplu ele își pot perturba propriile circuite de comandă –
control cu efecte negative asupra funcționării normale a instalațiilor.

Tabelul 2.5 – Sursele de energie și potențialii perturbator i de pe navă [2]
Nr.
crt. Sursa Gama de frecvențe Puterea pe unitate Observații
1. S 1 50 Hz 1250 kVA 2 Diesel generatoare
2. S 2 50 Hz 590 kVA 1 Diesel generator
3. S 3 50 Hz 125 kVA 2 Diesel generatoare
4. S 4 50 Hz 70 Kva 3 transformatoare
5. S 5 50 Hz 80 kVA 1 transformator
6. S 6 50 Hz 20-70 kVA Motoare asincrone
7. S 7 (3.9-4.1) GHz (620-800) kW Radar
8. S 8 (4-10) GHz (150-200) kW Radar
9. S 9 (20-21) GHz 24 kW Radar
10. S 10 (8-9) GHz 1 kW/canal 30 canale (hidrolocație)
11. S 11 14.2 kHz 1 kW/canal max. 26 canale simultan
12 S 12 (1.5-30) MHz 1 kW 4 stații radio
13 S 13 (1.6-30) MHz 125 W 2 stații radio
14 S 14 (108- 174) MHz
(225- 400) MHz 6 stații radio
15 S 15 (5.2-7.9) kHz Comunicații subacvatice
16 S16 (190-535) kHz 100 W Radiofar pentru elicopter
17 S 17 (1.5-30) MHz 250 W Stație radio
18 S 18 Rețea de calculatoare
19 S 19 Comanda prin telegraf a
mașinii

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
23 Nr.
crt. Sursa Gama de frecvențe Puterea pe unitate Observații
20 S 20 Sisteme de telecomandă
21 S 21 (0-3.4) kHz Comunicații fir
22 S 22 400-500 Hz Convertizoare

Din datele prezentate în tabelul 2.5, se pot constata următoarele:
a. Pe navă există o mare concentrare de aparate, echipamente, instalații și sisteme
electromagnetice, cu puteri de la 103 kVA la sute de wați, într -un spațiu limitat, ceea ce conduce la
valori mari ale densității (volumetrice) de energie electromagnetică.
b. Gama de frecvențe acoperită de echipamente este foarte largă: 50 Hz – 21 GHz.
Există , datorită varietății tipurilor de echipamente, atât perturbații electromagnetice prin conducție
(prin fir/ galvanice), cât și prin câmp; în cazul perturbațiilor prin câmp fiind posibilă apariția atât a
cuplajelor parazite prin câmp apropiat (la 50 Hz și 400 Hz), cât și prin câmp îndepărtat – în cazul
aparaturii (sistemelor) care lucrează la frecvențe medii sau înalte.

2.2.2. Surse secundare

O contribuție importantă la producerea fenomenului de interferență pe o navă maritimă o au
și “undele secundare”, a căror apariție și propagare se supun principiului Huygens -Fresnel .
Astfel, dacă se consideră o sursă de radiații primară Sp și o suprafață
 oarecare în jurul
acesteia, fiecare punct M
' al suprafeței
 în care ajunge frontul undei primare devine o sursă de
radiații secundare, conform principiului menționat mai înainte. Ca urmare într -un punct de
observație M, exterior suprafeței
 , semnalul perturbator din punctul M poate fi conside rat ca
rezultat al superpoziției undelor emise de distribuția de surse secundare, situate pe această suprafață
(fig. 2.1), undele secundare fiind coerente [24][25] .
SpM`(x`,y`,z`)
M(x,y,z)


Ad
pr


Fig. 2.1 – Producerea de unde secundare

Pe baza acestui principiu, o undă primară poate fi înlocuită cu un ansamblu de unde
secundare coerente care interferă în orice punct din spațiu.
Reducerea influenței suprafețelor de reflexie de la bordul navei asupra caracteristicilor de
directivitate a antenelor precum și reducerea efectului de sursă secundar ă se poate realiza prin
creșterea distanței dintre antenă și suprafețele de reflexie, prec um și prin creșterea unghiului dintre
normala la suprafață și direcția de propagare a undei incidente. Un unghi de incidență de
aproximativ 55o determină o reducere a suprafeței de reflexie de aproximativ 23 dBm/m2.[24]

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
24 2.3. Cuplaje electromagnetice perturbatoare pe navă și caracterizarea
acestora

Perturbațiile electromagnetice reprezintă o consecință a cuplajelor electromagnetic e
neintenționat e între aparate electrice și/sau electronice aflate în funcțiune într-un mediu determinat.
Pentru ca să apară un fenomen de interferență electromagnetică perturbatoare este necesar să existe
condițiile de manifestare a unui cuplaj perturbator , respectiv: o sursă de perturbații, un mediu
perturbator; un echipament pertu rbat.
Schema generală a unui astfel de cuplaj este arătată în figura 2 .2.

Fig. 2. 2 – Reprezentarea unui cuplaj perturbator

Esența domeniului CEM constă în identificarea unor astfel de cuplaje perturbatoare, precum
și în analiza și atenuarea efectelor lo r, astfel încât echipamentele să poată funcționa la parametrii
pentru care au fost proiectate. În funcție de condițiile de apariție, principalele categorii de cuplaje
perturbatoare ce apar la navele maritime sunt [23][25] :
– Cuplajul perturbator galvanic / prin conducție;
– Cuplajul perturbator prin câmp.

2.3.1. Cuplaje perturbatoare prin conducție / galvanice

Astfel de cuplaje apar când sursele de perturbații și circuitele perturbate sunt conectate prin
legături conductoare/galvanice.
Cauzele cele mai frecvente ale cuplajelor galvanice parazite sunt:
a. circulația armonicelor de tensiune sau de curent în rețele, armonici produse în principal
de elementele de circuit neliniare;
b. variațiile nedorite ale parametrilor tensiunii de alimentare (amplitudine, frecvență, fază,
factor de formă);
c. producerea de supratensiuni la anclanșarea / declanșarea circuitelor de forță (ale
motoarelor, transformatoarelor etc.);
d. producerea de supracurenți datorită scurtcircuitelor accidentale sau a specific ului
proceselor tehnologice (cuptoare cu arc, sudura electrică); de asemenea ca urmare a loviturilor de
trăsnet în rețele;
e. injecția de supratensiuni periculoase pentru circuitele electronice prin legătura la pământ
/ corpul navei (când masa electronică este conect ată la pământ);
f. cuplaje prin buclele de circuit.

Principalele tipuri de cuplaje perturbatoare prin conducție /galvanice sunt:

 Cuplajul perturbator de regim deformant
Regimul deforma nt se manifestă în rețelele și circuitele electrice prin deformarea undei
sinusoidale de tensiune / curent, fenomen care are ca efect apariția și circulația armonicelor; cu alte

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
25 cuvinte un astfel de regim se caracterizează prin funcționarea rețelelor și in stalațiilor electrice în
condițiile existenței unor tensiuni și/ sau curenți nesinusoidali.
Principalele cauze ale regimului deformant constau în prezența elementelor de circuit
neliniare și a celor reactive.
Abordarea teoretică a regimului deformant are la bază descompunerea semnalelor /
oscilațiilor de curent sau de tensiune periodice nesinusoidale în serii (sume) de termeni sinusoidali
(serii Fourier) ; procedeul fiind cunoscut sub numele de descompunerea spectrală (analiza
armonică ) a funcțiunilor peri odice de timp.
Printre consumatorii care pot fi considerați ca surse de regim deformant de pe nave , cei mai
importanți sunt:
– dispozitivele electronicii de putere (mutatoarele);
– echipamentele de sudură electrică, iluminatul fluorescent;
– transformatoarele, g eneratoarele sincrone cu sarcină dezechilibrată;
– sursele în comutație (care echipează, de exemplu, calculatoarele electronice);
– motoarele asincrone, care echipează peste 80% din acționările electrice din industrie,
transporturi și alte domenii de activitate;
– aparatura electrocasnică cu redresoare încorporate ș.a.
Transformatoare le cu circuit magnetic saturat, generatoarele sincrone cu sarcină
dezechilibrată reprezintă surse d e tensiuni armonice în rețelele electrice. Dispozitivele electronicii
de putere, echipamentele pentru sudură electrică, lămpile fluorescente, aparatele electronice cu
redresor încorporat constituie în special surse de curenți armonici . O contribuție import antă la
poluarea cu armonici a rețelelor electrice o aduc motoarele asincrone, care sunt utilizate în
majoritatea acționărilor electrice; principalele surse de armonici fiind motoarele asincrone de puteri
mici și mijlocii ( kW, zeci de kW ). Odată cu creșter ea puterii acestor motoare, conținutul în armonici
al curentului absorbit din rețea se reduce.

 Cuplajul perturbator în rețeaua de alimentare
Unda de tensiune din rețeaua de alimentare poate fi perturbată și din alte cauze, cum sunt:
– componentele continue;
– fluctuațiile lente ale tensiunii;
– fluctuațiile rapide ale tensiunii;
– asimetriile din rețeaua trifazată;
– microîntreruperile și căderile de tensiune (întreruperi accidentale);
– supratensiunile.

Tabelul 2.6 – Alte tipuri de perturbații în rețeaua d e alimentare [24]
Tipul perturbației Frecvența
perturbației Perioada perturbației
a. componentă continuă
b. fluctuații lente al tensiunii (fig. 2.3 )
c. fluctuații rapide ale tensiunii (fig. 2. 4)
d. asimetrii în rețele trifazate
e. microîntreruperi și căderi de tensiune
f. supratensiuni 0
1Hz
1 – 50Hz
50 Hz
(0, 101 – 10) kHz
(0,1 – 300) kHz 
 1s
(0,02 – 1)s
0,02 s
(0,1-9,9)ms și >10ms
(1 – 2500)s

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
26 Aceste perturbații sunt tratate pe larg în literatura de specialitate [23][24] datorită efectelor
negative pe care le produc, atât asupra instalațiilor electrice, cât și electronice.
În tabelul 2.6 sunt date caracteristici ale unor astfel de perturbații.

Fig. 2. 3 – Evoluția unor fluctuații lente Fig. 2.4 – Fluctuații rapide ale tensiunii
ale tensiunii pe parcursul zilei

Supratensiunile reprezintă perturbații severe ale undei de tensiune în rețeaua de distribuție,
cu durate cuprinse între (1 – 2500) µs. Acestea se manifestă sub forma:
– supratensiunilor de comutare;
– supratensiu nilor datorate loviturilor de trăsnet (unde de șoc);
– oscilațiilor amortizate;
– impulsurilor în salve sau trenurilor de impulsuri.
Timpii de ridicare ai supratensiunilor sub formă de impuls variază în mod obișnuit între 0,1
și 40 ns , iar în cazul undelor de șoc pot ajunge la 100 ns.
Cauzele supratensiunilor pot fi interne sau externe echipamentelor și rețelelor electronice. În
categoria cauzelor interne pot fi menționate cele datorate comutării întrerupătoarelor, deconectării
bobinelor, rezonanței de tensiuni (serie), amorsării instalaților de iluminat fluorescent. Între cauzele
externe, cele mai frecvente sunt comutările în rețelele de distribuție, scurtcircuitele în astfel de
rețele, descărcările atmosferice (trăsnetele).
Supratensiunile pot avea consecințe nedorite asupra funcționării și chiar integrității
echipamentelor și instalațiilor electronice în condițiile în care acestea nu sunt protejate
corespunzător. Efecte perturbatoare importante produc supratensiunile și asupra rețelelor de
comunicații și de tr ansmisii de date (de exemplu prin distrugerea modem -urilor).

 Cuplajul perturbator de regim tranzitoriu
Regimul tranzitoriu, care se manifestă ca un regim de tranziție de la o stare staționară la alta,
constituie unul dintre cauzele cele mai frecvente ale perturbațiilor electromagnetice asupra
echipamentelor și instalațiilor electronice, îndeosebi a celor industriale.
Fiind în majoritate perturbații transmise / propagate prin conducție, acestea pot fi atât de mod
diferențial, cât și de mod comun, în cel de -al doilea caz circulând prin bucle de curent între linii și
pământ.
Formele de manifestare obișnuite ale unor astfel de perturbații sunt supratensiunile și
oscilațiile tensiunii rețelei de alimentare, supracurenții, impulsurile singulare, salvele (trenuril e) de
impulsuri.
Cauzele principale ale perturbațiilor de regim tranzitoriu sunt: funcționarea cu șocuri de
sarcină a unor motoare electrice de puteri mijlocii și mari (macarale electrice, laminoare ș.a.);

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
27 comutările (conectările / deconectările ) efectuat e în instalațiile de forță (acționare); comutările din
rețeaua de distribuție și reconfigurările din mers a unor rețele energetice; șocurile de curent produse
de arcurile electrice ; scurtcircuitele; introducerea / scoaterea s ub / de sub tensiune, în trepte ;
fenomenele externe temporare (supratensiuni datorate descărcărilor atmosferice) ș.a.
Regimuri tranzitorii cu efecte perturbatoare mult mai nocive pentru sistemele electronice
produc succesiunile foarte rapide sub formă de impulsuri, în salve, ale semna lelor (de tensiune sau
curent). Acestea se caracterizează prin timpi de ridicare de ordinul ns, durate de ordinul zecilor de
ns și frecvențe de repetiție cuprinse între 200 și 400 ns .

 Cuplajul perturbator prin legătura la pământ (corpul navei) și la masa de referință (masa
electrică, masa electronică)
Legătura la pământ și circuitele de masă electronică (masa de referință) sunt destinate a
asigura în echipamente și instalați i electrice și/sau electronice funcțiuni importante, cum sunt:
– protejarea factorului uman față de tensiunile de atingere accidentale, periculoase;
– asigurarea unor căi de întoarcere a curenților de lucru, în unele circuite / rețele;
– asigurarea potențialelor de referință pentru semnalele utile;
– protejarea instalațiilor sau rețelel or față de supratensiunile periculoase (cum ar fi
descărcările atmosferice).
În același timp, circuitele de legătură la pământ și cele de masă electronică pot contribui la
poluarea electromagnetică a echipamentelor electronice , oferind căi de circulație inversă a
curenților paraziți între și prin acestea.
Ca urmare, la proiectarea echipamentelor și instalațiilor electronice trebuie să fie avute în
vedere condiții suplimentare din punct de vedere CEM (antiperturbativ), cum sunt:
– evitarea apariției unor bucl e de circulație a curenților paraziți;
– reducerea la minim a tensiunilor perturbatoare care pot apare pe impedanța masei
comune;
– analiza oportunității de conectare sau nu a masei electronice la pământ (la o navă
maritimă , legătura la pământ este asigurată de legătura la corpul navei );
stabilirea modului și a locului de conectare a masei electronice pentru subsistemele analogice și cele
digitale ale unui echipament.
Modul de realizare al legăturii la pământ are un rol important în minimizarea efectului
perturbator al acesteia asupra echipamentului în cauză.
Atunci când se proiectează o legătură la pământ a unui echipament, se au în vedere, printre
altele, următoarele aspecte practice:
– conductoarele de legătu ră la pământ au o impedanță finită (rezistență – la j.f, respectiv
inductanță la î.f);
– foarte rar, în practică, două puncte distincte pe o legătură la pământ au același potențial;
– tensiunea între două puncte pe legătura la pământ a unei surse de putere est e în mod
obișnuit de ordinul sutelor de mV , uneori chiar de ordinul a câțiva volți , valori
inadmisibile pentru masa electronică; ca urmare, conectarea la pământ a masei
electronice în aceste situații trebuie făcută cu mare precauție, respectiv numai într -un
singur punct și doar dacă este strict necesar.
La realizarea unei legături la pământ trebuie să se țină seama de frecvența de lucru a
aparatului respectiv. Astfel, la frecvențe ridicate impedanța unui conductor crește mult datorită
inductanței. Dacă un t raseu cu grosimea de 1 mm are caracter rezistiv până la aproximativ 100 KHz,
peste această valoare va deveni inductiv, caz în care impedanța sa va crește cu două ordine de
mărime [25]. În consecință, legătura la pământ este funcțională numai la j.f., când se poate asigura

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
28 condiția de echipotențialitate pentru diferite puncte ale traseului datorită impedanței practic nule
(respectiv de scurtcircuit a curenților de defect pentru asigurar ea protecției factorului uman). Pe
măsură ce crește frecvența, condiția de egalitate a potențialelor nu mai poate fi asigurată și
funcționalitatea pământului scade.
La frecvența de 100MHz , la care lungimea de undă este de 3m, apar următoarele situații:
– pentru
3m se asigură condiția de conductor propriu -zis;
– pentru
3m conductorul devine radiator (antenă) și nu mai poate asigura condiția de
egalitate a potențialelor (unde
 este lungimea conductorul ui/liniei).
Se cunosc trei modalități de realizare a unei legături la pământ : legătura monopunct serie,
legătura monopunct paralel și legătura multipunct . La nave se folosește doar legătura multipunct
(fig. 2.5 ).

Fig. 2.5 – Legătura multipunct
Pentru obținerea unor semnale utile cât mai curate , respectiv cât mai puțin poluate din
punct de vedere al perturbațiilor electromagnetice, se impune a se asigura în echipamentele și
sistemele electronice o masă electronică (masă de referință) cât mai curată, care să poată constitui
o referință corectă pentru tensiunile din sistem [9].
Masa electronică (masa de referință) asigură o referință comună pentru tensiunile de semnal
din diferite puncte ale unui dispozitiv, aparat sau echipament electronic, putând fi constituită din
conductoare de masă sau din plane de masă, de regulă comune p entru toate circuitele (in cazul
aparatelor care conțin circuite mixte – analogice și numerice, circuitele de masă sunt separate,
având totuși o legătură comună în cel mai îndepărtat punct al circuitului , respectiv -cel mai puțin
perturbat).
În figurile 2.6 și 2.7 se prezintă o schemă cu conductor de masă și una cu circuit de masă
comun.

Fig. 2.6 – Circuit simplu cu Fig. 2. 7 – Circuite cu masă comună
conductor de masă

Perturbațiile pe circuitele de masă ale dispozitivelor și echipamentelor electronice pot avea
efecte negative asupra calității semnalelor utile, conducând la ieșirea din parametri a acestora, cu
toate consecințele care decurg de aici.

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
29  Cuplajul perturbator prin impedanțe comune și bucle de circuit
Dacă două sau mai multe circuite au o impedanță comună, de exemplu un conductor de
referință comun, atunci curentul fiecărui circuit provoacă pe impedanța comună Z k o cădere de
tensiune care reprezintă, pentru celălalt circuit, o tensiune perturbatoare de mod normal, figura
2.8.a.
Impedanța comună este sinonimă cu impedanța de cuplaj sau impedanța de transfer. Aceasta
exprimă dependența dintre un curent imprimat și c ăderea de tensiune provocată de el într -o
impedanță, care la rândul său poate fi interpretată ca o sursă de tensiune pentru un alt circuit.
Decuplarea celor două circuite se poate realiza prin măsura arătată în f igura 2.8 .b. Ambele
circuite sunt cuplate ca și înainte cuplate galvanic, dar nu mai există o impedanță de cuplaj. [11]

a) b)
Figura 2.8 – Cuplaj galvanic între circuite de alimentare

Măsuri antiperturbative:
– reducerea impedanței conductoarelor liniilor de alimentare prin micșorarea lungimii,
torsadare, circuite imprimate dublu sau multistrat;
– echiparea unităților funcționale cu “condensatoare de decuplare” pe intrarea de
alimentare, dimensionate corespunzător pentru ca, în timpul fenomenelor de comutație, să
poată furniza, pentru scurtă durată, curenți mari la variații mici de tensiune;
– liniile de alimentare separate până la sursa de alimentare, pentru fiecare consumator;
– folosirea de surse de alimentare separate pentru unitățile f uncționale care consumă
puteri foarte diferite.
Punerea la pământ a carcaselor aparatelor și echipamentelor electronice, precum și a
ecranelor cablurilor de semnal, creează condițiile apariției în circuite a cuplajului perturbator prin
bucle de pământare ( de circuit). Alături de cuplajul prin impedanță comună, cuplajul prin buclele de
pământare constituie unul dintre cele mai frecvente cuplaje perturbatoare galvanice în sistemele
electronice.
O astfel de buclă de pământare poate fi pusă în evidență, de exem plu, în cazul unui sistem
de măsurare, format dintr -o sursă de semnal, un osciloscop și un cablu coaxial ecranat care face
legătura între acestea. Pentru protecția personalului, carcasele echipamentelor sun t conectate la
pământ (fig. 2.9 ).

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
30

Fig.2.9 – Cuplaj parazit prin buclă de pământar e
Apariția unei tensiuni perturbatoare de mod comun, UCM, în circuite, prin inducție
electromagnetică sau datorită potențialelor diferite ale punctelor P1 și P2 (pământul fiind adeseori
poluat), este reprezentată în sc hema din figura 2. 9 prin sursa fictivă SCM. Aceasta dă naștere unor
curenți paraziți prin ecranul cablului și prin conductorul central, respectiv unei tensiuni parazite de
mod normal,
pU , la receptor.

2.3.2. Cuplaje perturbatoare prin câmp

O altă categorie importantă de cuplaje electromagnetice perturbatoare, ce apar la navele
maritime, sunt cele prin câmp, caz în care legătura electrică prin conducție/galvanică între
perturbator și perturbat este inexistentă.
În funcție de modul în ca re este îndeplinită condiția
2:r mai mare sau mai mic decât 1,
cuplajele prin câmp se împart în:
a. cuplaje prin câmp apropiat sau câmp de inducție – când
1 2/:r , respectiv
2/ r
;
b. cuplaje prin câmp îndepărtat sau câmp de radiații – când
1 2/:r , respectiv
2/r
,
unde r reprezintă distanța dintre perturbator și perturbat, iar λ – lungimea de undă a câmpului
perturbator.
Cazul
2/ r corespunde zonei de tranziție dintre cele două tipuri de câmp: apropiat și
îndepărtat.

2.3.2.1. Cuplaje prin câmp apropiat

Cuplajele prin câmp apropiat, numite și cuplaje prin inducție , se împart în:
– cuplaje inductive;
– cuplaje capacitive.

 Cuplajul perturbator inductiv

Fenomenul care stă la baza producerii unui astfel de cuplaj este inducția electromagnetică.
Astfel, se pot produce cuplaje inductive ca urmare a interferenței dintre câmpurile magnetice
variabile în timp ale unui echipament și circuit ele electrice ale aceluiași echipament sau aparținând
unor circuite aflate în vecinătate.
Conform legii inducției electromagnetice, t.e.m. indusă într -un circuit de un astfel de câmp
are expresia [7]:

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
31
  
  

SSAdBdtd
dtd
sdE te (2.1)
unde:
S
– fluxul magnetic variabil în timp prin suprafața S, care se sprijină pe curba Γ (conturul
circuitului);
tB
– inducția magnetică corespunzătoare fluxului
S .
În cazul unei variații sinusoidale în timp a fluxului magnetic, respectiv a inducției
 t BB sin max
, se obține pentru t.e.m. indusă o expresie de forma:



S'AdB te
(2.2)

unde:
)2t sin( B'B max  ;
f2
– pulsația câmpului inductor (perturbator).
Ca urmare, t.e.m. perturbatoare produsă prin inducție electromagnetică într -un circuit
depinde de suprafața conturului circuitului, de frecvența câmpului perturbator și de intensitatea
acestuia.
Distanța dintre per turbator și perturbat este de asemenea importantă în acest caz. Astfel
t.e.m. indusă variază cu distanța în funcție de evoluția inducției B cu distanța. În cazul câmpurilor
apropiate, inducția scade în general cu pătratul distanței față de sursa de câmp, pe când, în cazul
celor îndepărtate (de radiații sau de unde plane) inducția scade cu distanța dintre perturbator și
perturbat.
Un exemplu de cuplaj inductiv este arătat în figura 2.1 0. Cele două circuite fiind dispuse
unul în vecinătatea celuilalt, suprafețele lor vor fi străbătute atât de propriile fluxuri magnetice cât și
de fluxurile magnetice vecine.
În regim sinusoidal (cvasistaționar), ecuațiile celor două circuite cuplate sunt:


dtdLdtdLiRtudtdLdtdLiRtu
i ii i
1 22 1
21 22 22 212 11 11 1

(2.3)

unde: R1; R 2; L11; L22 – rezistențele, respectiv inductanțele proprii ale celor două circuite; L12 (=
L21 =M) – inductivitatea de cuplaj mutual între circuite.

Fig.2 .10 – Cuplaj magnetic între două circuite apropiate

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
32 Cele două t.e.m. induse se regăsesc sub forma termenilor d e cuplaj inductiv (termenii în L12,
respectiv în L21 din cele două ecuații).

 Cuplajul perturbator capacitiv

Un alt tip de cuplaj parazit prin câmp apropiat între circuite, de această dată – de natură
electrică, este cuplajul perturbator capacitiv.
Un astfel de cuplaj , în cazul a două conductoare (linii) paralele apropiate, linia 1, activă,
fiind alimentată la tensiunea U1 și frecvența industrială , este prezentat ȋn figura 2.11:

a) b)
Fig.2.11 – Conductoare cuplate capacitiv: a. schema electrică cu evidențierea
capacităților parazite; b. schema electrică echivalentă

În figura 2.11 sunt evidențiate:
C1p, C 2p – capacitățile parazite între cele două conductoare și pământ / masa
electronică (în cazul liniilor de semnal);
C12 – capacitatea parazită între cele două conductoare;
Rp – rezistența de cuplaj galvanic parazit între linia 2 și pământ.
Dacă linia 1 este a limentată cu tensiunea
1U , aceasta devine sursă de perturbații pentru linia
2, în care se induce electric tensiunea parazită
pU .
Calculul tensiunii parazite se poate face cu metoda teoremelor lui Kirchhoff, în complex.

2.3.2.2. Cuplaje prin câmp îndepărtat (de radiații)

Condiția de realizare a unui cuplaj prin câmp îndepărtat este, așa după cum s -a arătat mai
sus, r>> λ /2π , unde r este distanța dintre perturbator și perturbat, iar λ – lungimea de undă a
câmpului perturbator. Caracteristic în acest caz este fenomenul de propagare a câmpului sub formă
de unde (plane).
În cele ce urmează se vor analiza, pe rând, radiatorul de tip dipol electric și cel de tip dipol
magnetic , punând în ev idență componentele câmpului electromagnetic în zona îndepărtată (în
realitate, cele două tipuri de radiatoare pun în evidență componentele câmpului atât în zona
apropiată, cât și în cea îndepărtată). [14]
Se consideră ca sursă de câmp perturbator o antenă liniară de tipul dipol electric , având
lungimea l, fiind parcursă de un curent sinusoidal, i(t), de frecvență suficient de ridicată (fig. 2.1 2).

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
33

a b
Fig. 2.1 2 – Antena dipol și câmpul produs de aceasta

Componentele câmpului electromagnetic produs într -un punct oarecare din spațiu de antena
dipol electric sunt:
H,E,ER și au expresiile: [24]





 

2v/Rj
3v/Rj
0RRevj
Re
4cosIl2
j1E



; (2.4)





   

Rev
Revj
Re
4sinIl
j1Ev/Rj
22
2v/Rj
3v/Rj
0 

 

 ; (2.5)




 

Revj
Re
4sinIlHv/Rj
2v/Rj



. (2.6)
Relațiile (2.4 ) la ( 2.6) se mai pot scrie și sub altă formă, introducând impedanța de undă în
vid, Z0, și constanta de fază a undei, β0:

)(3771 120 /0 0 0   Z
– în vid și, practic, în spațiul liber;
0
002 2 2 1;fvcvT v v          
– în spațiul liber, sau
0 0 0v    
, unde v – viteza de fază a undei.

Se obțin în final relațiile:

Rj
3
02
02
0
0 R0e cos)Rj(1
)Rj(1
4Il2Z E 
 ; (2.7)

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
34
Rj
3
02
0 02
0
00e sin)Rj(1
)Rj(1
Rj1
4IlZ E
  
  ; (2.8)

Rj
2
0 02
0 0e sin)Rj(1
Rj1
4IlH
 
 . (2.9)

O altă formă de scriere a ecuațiilor este prezentată în:

R2j
3 2 0 R eR2j1R4jcosIˆlZ E

 
 
; (2.10 )

R2j2
3 2 0 e R2jR2j1R8jsinIˆlZ E


 






  (2.11 )

R2j
2eR2j1R4sinIˆlH

 
  (2.12 )

Dacă în locul antenei dipol electric se utilizează o antenă dipol magnetic (bucla de curent),
situată în planul xOy (fig.2.13 ), componentele câmpului în coordonate sferice, în complex,
devin:

R2j
3 2 R eR2j1R2jcosIˆAH

 
  ; (2.13)

2 2
23ˆsin 2 214jR AIH j R j R ejR
            ; (2.14 )

R2j
20eR2j1R2jsinZIˆAE

 
  . (2.15)

unde: A – suprafața buclei (spirei, cadrului);
Î – valoarea de vârf a curentului prin antenă;
R – distanța dintre sursa de perturbații și receptor.

Fig. 2.13 – Componentele câmpului antenei dipol magnetic

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
35 În continuare se vor analiza ecuațiile antenei dipol electric.
Astfel, ecuațiil e (2.4 ) – (2.6), împreună cu variantele lor (2.7) – (2.9), respectiv (2.10 ) –
(2.12), caracteristice unei astfel de antene, conțin trei tipuri de termeni:
– termeni în 1/R3, care scad foarte repede cu distanța, caracteristici câmpului
electrostatic;
– termeni în 1/R2, care scad repede cu distanța, caracteristici câmpurilor apropiate,
electrice și magnetice;
– termeni în 1/R, care scad lent cu distanța, caracteristici câmpurilor îndepărtate (de
unde sau de radiații).
Cum componenta ER a câmpului electric scade foarte repede cu distanța, practic termenii
importanți pentru analiza antenei dipol sunt perechea
HE, .
În mod asemănător, în cazul antenei dipol magnetic (relațiile ( 2.13) – (2.15 )) perechea de
termeni importan ți pentru analiză este
EH, .
Înlocuind pe R cu r în ecuațiile câmpului celor două tipuri de antene, conform uzanței din
literatura de specialitate se pot face următoarele afirmații:
 zona de câmp apropiat satisface condiția
2r , iar termenii de câmp semnificativi sunt
cei care conțin factorul
21r ,respectiv Eθ, Hφ – pentru antena dipol electric și Hθ, Eφ – pentru antena
dipol magnetic;
 zona de câmp îndepărtat satisface condiția
2r , termenii semnificativi de câmp fiind,
de asemenea, perechile ( Eθ, Hφ) și (Hθ, Eφ).
Studiul câmpului apropiat se face pe baza legii inducției electromagnetice, a teoremelor lui
Kirchhoff și a metodelor de calcul derivate din aceste a, pe când studiul câmpului îndepărtat se face
pe baza ecuațiilor lui Maxwell și a metodelor dezvoltate pe baza acestora (metoda liniilor de
transmisie, metoda momentelor ș.a.).
Dacă în cazul câmpului apropiat (de inducție) componentele câmp electric și câmp magnetic
se pot identifica distinct, în cazul câmpului îndepărtat acestea se generează una pe alta, evoluând
simfazic în cadrul undei plane.
Câmpul apropiat este lipsit de fenomenul de propagare, pe când cel îndepărtat este un câmp
cu propagare.

2.3.2.3. Cuplaje prin câmp electrostatic și descărcări atmosferice

Perturbațiile prin câmp electrostatic (descărcări electrostatice) și prin descărcări atmosferice
(trăsnete ) sunt perturbații sub formă de impuls , fiind deosebit de peri culoase pentru sistemele
electronice și rețelele de calculatoare, deoarece conduc, în mod curent, la scoaterea lor din funcțiune
[21].
Fiind impulsuri singulare (de perioada teoretic infinită), analiza acestora se face cu ajutorul
integralei Fourier, în d omeniul frecvență, ca în cazul semnalelor de regim tranzitoriu. În acest caz
interesează în mod deosebit densitatea de amplitudine a spectrului, măsurată în V / Hz (V∙s) sau în A
/ Hz (A∙s) .
Analiza în domeniul frecvență este deosebit de utilă la identific area efectelor cuplajelor
perturbatoare între echipamente și sisteme.
Atunci însă când se caută soluții pentru atenuarea impulsurilor perturbatoare, devine
importantă și analiza în domeniul timp a semnalelor, care permite evidențierea caracterului nelinia r
al acestora.

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
36 În figura 2 .14 (a) este reprezentat un impuls perturbator real (măsurat), iar în figura 2 .15 (b)
– un model utilizat la studiul teoretic al acestuia.

a b
Fig. 2.14 – Impuls electromagnetic perturbator: a –impuls real;
b – modelul acestuia

Se poate observa, din figură, că, în funcție de referință, impulsul real are atât zone pozitive
cât și negative. Modelarea unui impuls real nu este deloc simplă, având în vedere că trebuie luate în
calcul o serie de elemente cum sunt: timpul de ridicare, durata totală a impulsului, perioada de
repetiție ș.a. Cu toate acestea, cercetările efectuate în cadrul CEM au relevat că rezultatele obținute
cu ajutorul unor astfel de modele nu prezintă diferențe practice prea mari față de modelele reale în
ceea ce privește protecția antiperturbativă, și că pot fi utilizate cu bune rezultate în acest
scop. [25][21][19]

 Cuplajul perturbator prin descărcări electrostatice

Printre sursele importante de perturbații electromagnetice ale circuitelor și componentelor
electronice se numără și descărcările electrostatice. Un exemplu semnificativ referitor la acest
aspect, este regăsit în faptul că descărcările electrostatice produse de chei (mecanice) sau chiar de
inele și brățări, aflate în/pe mâinile tehnicienilor de montaj / reglar e / întreținere, sunt deosebit de
periculoase pentru componentele și sistemele electronice, în special pentru acelea care lucreaz ă la
frecvențe foarte ridicate, de exemplu la 400 MHz .[21]
Perturbațiile (în impuls) produse ca urmare a descărcărilor electros tatice se pot transmite în
circuitele electronice prin conducție și prin câmp de radiații – atunci când astfel de fenomene se
produc în apropiere.
Astfel, intensitatea câmpului electric care apare în procesul descărcării are valori cuprinse
între 102 și 104 V / m (în aer), din acest punct de vedere putându -se diferenția în descărcări cu:
– câmp de intensitate redusă : E ≤ 102 V / m ;
– câmp de intensitate medie: E = (102 – 103) V / m ;
– câmp de intensitate mare: E = (103 – 104) V / m .
Valorile energiei electros tatice care poate perturba sau chiar deteriora componentele
electronice variază în limite foarte largi, de la (10-5 – 10-7) Jouli – în cazul tranzistoarelor și
circuitelor integrate, la (1 – 100) Jouli – în cazul tranzistoarelor de putere și al diodelor de putere. [6]
Deși cauzele acumulărilor de sarcini electrice sunt numeroase (frecarea, inducția
electrostatică, contactul fizic, ionizarea) și se manifestă în diferite procese tehnice: clivajul, efectul
fotoelectric, înregistrarea pe suporturi magnetice, bob inarea firelor sau a hârtiei, transportul
materialelor pulverulente pe benzi, transportul hidrocarburilor cu impurități prin conducte ș.a., cea
mai mare pondere în producerea descărcărilor electrostatice o are, în practică, frecarea [21].

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
37 Cu cât diferența permitivităților celor două corpuri izolatoare care se freacă între ele este
mai mare, cu cât acestea acumulează mai multă sarcină electrică și produc, prin atingere cu
corpurile metalice, descărcări electrostatice caracterizate prin intensități de câmp și curenți mari.
Astfel, densitatea superficială de sarcină electrică acumulată de două corpuri izolatoare prin frecare,
poate fi calculată cu formula experimentală a lui Beach :

2
r r6
s m/C 1015
2 1  
(2.16)

Fenomenul electrizării prin frecare a doi dielectrici diferiți se explică prin faptul că corpul cu
εr mai mare se încarcă pozitiv, deoarece, fiind mai bun izolant, acesta se polarizează mai ușor și
cedează electroni celuilalt corp, care se încarcă negativ.
Este posibil ca încărcarea electrostatică prin frecare să constituie cauza (de tip EMI –CEM)
unor accidente grave, cum ar fi prăbușirea unor avioane care au părăsit aeroporturile, iarna, fără
să fie curățată gheața de pe fuz elajul acestora ( εr gheață ≈ 80; εr aer = 1).
Factorul uman este responsabil de producerea unor importante perturbații prin descărcări
electrostatice în sistemele electronice, tensiunile măsurate în cazul electrizării fiind cuprinse între
1000 V – la deplasarea pe un covor de cauci uc, și peste 20.000 V – pe un covor din material sintetic
(mochetă din poliamidă); valorile ridicate corespunzând unei acumulări de sarcini electrice de
câțiva microcolumbi.
În figura 2.15 sunt prezentate evoluția curentului de descărcare electrostatică a unei
persoane, a câmpului magnetic asociat și a tensiunii induse într -o buclă, cu suprafața de 1 cm2,
corespunzător unei tensiuni de încărcare de 10 kV . În cazul descărcărilor electrostatice corpul uman
poate fi asimilat, utilizând un model simplu, unui ci rcuit electric serie, având o capacitate cuprinsă
între 100 și 200 pF și o rezistență (internă) între 150 și 1500 Ω (uneori și o inductivitate cuprinsă
între 1 și 5 μH ).
Testările efectuate arată că timpii de ridicare ai impulsurilor de curent, τr, sunt mai mici
decât 1ns, iar durata descărcării – mai mică decât 150 ns , astfel încât acestea pot produce serioase
defecțiuni circuitelor și componentelor electronice (de exemplu când se ating pinii unui circuit
integrat).

Fig. 2.15 – Evoluția curentul ui de descărcare în cazul unei descărcări la 10 kV :
a) a unei persoane ; b) a câmpului magnetic produs; c) a t.e.m. induse

În cazul unei persoane încărcate la tensiunea de 3 kV, curentul de descărcare la manipularea
unei șurubelnițe arată ca în figura 2.16. [21]

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
38

a b
Fig. 2.16 – Evoluția curentului de descărcare a unei persoane încărcate
la 3 kV la atingerea unei șurubelnițe:
a) la o scară de timp de 5 ns/div.; b) la o scară de timp de 20 ns/div.

Din aceste exemple se poate observa că o descărcare electrostatică este un fenomen extrem
de rapid, timpul de ridicare al impulsului nedepășind de obicei 5 ns, iar durata totală a impulsului –
100 ns .
Analizând figura 2.16 , se mai poate observa că impuls ul de curent care apare la o descărcare
electrostatică are două părți: o parte având o evoluție extrem de rapidă și o parte cu o evoluție mai
lentă. Experiențele efectuate au arătat că fenomenul de interferență perturbatoare în cazul unei
descărcări electr ostatice este cauzat în special de prima parte a impulsului. Mai mult, s -a observat că
partea extrem de rapidă a descărcării apare numai în cazul descărcărilor electrostatice până la 4 kV,
peste acea stă tensiune apărând efect ul corona . Astfel, echipamente electronice care au trecut testul
ESD la ( 10 – 12) kV, au fost scoase din funcțiune la ( 3 – 4) kV, tocmai din cauza efectului
perturbator al descărcării extrem de rapide .

 Cuplajul perturbator prin descărcări atmosferice (trăsnete)

O altă categorie de per turbații electromagnetice sub formă de impuls o constituie
fenomenele naturale (fulgerele -descărcări electrice între doi nori și trăsnetele -descărcări electrice
între nori și pământ). Cu toate că frecvența acestora nu este mare, efectele lor pot fi deoseb it de
periculoase pentru echipamentele electronice, liniile de comunicații și rețelele de calculatoare, prin
amplitudinea curenților produși și prin dura ta impulsurilor (fig. 2 .17).
Astfel, curenții de descărcare pot fi cuprinși între 1 și 250 kA (15 kA , în medie), cu timp de
ridicare între 0,5 și 30 μs (2 μs în medie) și durate cuprinse între 0,03 și 2 s (0,2 s în medie).

a b
Fig. 2 .17 – Tipuri de descărcări atmosferice (fulgere, trăsnete):
a. descărcare rapidă; b. descărcare prelungită

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
39 Echivalentul de sarcină electrostatică corespunzător unor astfel de descărcări este cuprins
între 1 și 300 C (35 C, în medie).
Rata de creștere a curentului este cuprinsă între 1 și 200 kA / μs (20 kA / μs , în medie ), iar
timpul la 50% din amplitudinea imp ulsului – între 10 și 250 μs , cu o medie de 45 μs (fig. 2.17.a).
În cazul figurii 2.17. b, este reprezentat cazul descărcării care se prelungește cu un curent
staționar; amplitudinea acestuia poate fi cuprinsă între 30 și 1600 A , cu o medie de 150 A , iar durata
între 50 și 500 ms , cu o medie de 150 ms .
Practic, o descărcare atmosferică este constituită dintr -o succesiune de descărcări parțiale, cu
interval de repetiție cuprins între 3 și 100 ms .
Studiul teoretic al acestor tipuri de impulsuri se fac e prin modelarea acestora, unul dintre
modele fiind cel trapezoidal. Pe această bază, spectrul de frecvență asociat se extinde până la 160
kHz, luând în calcul un timp de ridicare mediu de 2 μs.
Efectele distructive ale descărcărilor atmosferice asupra ech ipamentelor și rețelelor pot fi
produse prin lovitură directă sau indirect – prin inducție.
Producerea unei descărcări electrice atmosferice este determinată de existența unui câmp
electric intens în atmosferă și este însoțită de apariția unui câmp magneti c intens, corespunzător
curentului de descărcare la pământ. Acest câmp se poate calcula cu o relație similară câmpului
produs de un conductor infinit lung, filiform, parcurs de un curent cvasistaționar: (formula lui Biot –
Savart – Laplace ):

()( , )2ItH d td
(2.17)

unde: I(t) – curentul de descărcare, variabil în timp ( A);
d – distanța față de punctul de contact.
Prezintă interes t.e.m. indusă într -o spiră și într -un conductor de o anumită lungime, aflate în
vecinătatea punctului de descărcare.
Astfel, în cazul unei spire se poate utiliza pentru calculul t.e.m. induse legea inducției
electromagnetice [28]:
dtdei
(2.18)

chiar la dimensiuni mai mari, avându -se în vederea faptul că lărgimea spectrului este limitată.
Pornind de la relația (2 .18), se obține:

dtdI
d2A
dtdHA AHdtdABdtde0
0 0 i  
(2.19)

Cu datele: A = 100 (cm2) – suprafața spirei;
d = 1(m);

)s/A(102s/kA20dt/dI10 ,
rezultă pentru e valoarea de 40 (V).
Prezintă importanță de făcut o comparație a acestei valori cu valoarea t.e.m. induse într -o
spiră, în cazul unei descărcări electrostatice.
În acest scop se calculează t.e.m. indusă de un trăsnet într -o spiră cu suprafața de 1 cm2,
situată la distanța de 0,1 m de sursă (
s kA dtdI  20 ); se obține valoarea de 4 V.
Această valoare este de aproape 600 de ori mai mare decât aceea a t.e.m. induse într -o spiră
de aceleași dimensiuni, situată la aceeași distanță, de o descărcare electrostatică cu tensiunea de 10
kV .

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
40 Tot printr -un fenomen de inducție, de această dată de la conductoarele de punere la pământ a
loviturilor de trăsnet, pot apare în cablurile și circuitele instalațiilor electronice, dispuse în
apropiere, tensiuni deosebit de periculoase.
În acest caz, căderea de tensiune pe conductorul de punere la pământ se calculează cu
relația:
dtdIL Ui
(2.20)

Pentru o lungime de conductor de 10 m , având L = 10 μH , și o rată de creștere a curentului
de 20 kA / μs , se obține U = 200 kV , tensiune extrem de periculoasă pentru circuitele de semnal
aflate în vecinătate.

2.3.3. Cuplaje perturbatoare pe circuitele de masă electronică . Studiu de
caz pe un echipament de radiolocație naval

Măsurarea și analiza fenomenelor perturbatoare asupra circuitelor, dispozitivelor,
echipamentelor și sistemelor electronice este dificil de realizat, motiv pentru care se procedează la
tehnici de simulare. Cum circuitele de masă electronică de referință dintr -un asemenea echipament
sunt majoritare, simularea perturbațiilor electromagnetice pe asemenea circuite este reprezentativă.
Ȋn aces t scop, s -a ales, pentru simulare, blocul de selecție al țintelor mobile din compunerea
unei stații radar a navei maritime .

2.3.3.1. Schema funcțională a blocului de selecție a țintelor mobile al unui
radar naval
Blocurile de selecție a țintelor mobile din compunerea radarelor navale au rolul de a selecta
țintele mobile (ambarcațiunile în mișcare), din zona în care se deplasează nava maritimă, obiect al
cercetării din punct de vedere CEM, în vederea evitării riscurilor de coliz iune. Funcționarea acestor
blocuri prin metoda impulsurilor coerente are la bază următoarele considerente:
 în cazul reflexiei de la obiectele fixe, frecvența semnalului reflectat este egală cu
frecvența semnalului emis;
 în cazul reflexiei de la obiectele m obile, frecvența semnalului reflectat diferă de
frecvența semnalului emis cu o valoare egală cu frecvența Doppler.
Analiza acestor fenomene se face cu ajutorul metodei i mpulsurilor coerente , care constă în
compararea fazei semnalului reflectat cu faza semnalului emis. Faza semnalelor emise este
memorată de o heterodină coerentă , care are faza semnalelor proprii corelată cu faza semnalelor
emise.
Compararea fazelor celor două semnale se face cu ajut orul unui detector de fază liniar , la
intrarea căruia se aplică două tensiuni: [4]
 tensiunea heterodinei coerente:

hc hc hcm hc t U u   sin (2.21)
 tensiunea semnalului reflectat:

 


 0 02sin  crt U ut
sm s (2.22)
Tensiunea la ieșirea detectorului liniar va avea o valoare proporțională cu amplitudinea
semnalului rezultant , aplicat la intrarea lui:

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
41
t U U U U k Uhcm sm hcm sm ies cos 22 2
det det.   , (2.23)
unde:
 kdet , coeficientul de transfer al detectorului

00
02crt tt
c hc hc  , diferența de fază dintre tensiunile
hcU și
sU .
Se pot face următoarele observații:
 dacă amplitudinea semnalului reflectat și a oscilațiilor coerente sunt constante, atunci
amplitudinea semnalelor de la ieșirea detectorului de fază va depinde numai de diferența de fază
t
;
 dacă semnalul va fi reflectat de la o țintă fixă, diferența de fază va fi constant ă,
t ct
și amplitudinea va fi constantă;
 dacă semnalul va fi reflectat de la o țintă mobilă , se vor modifica atât amplitudinea
cât și diferența de fază
t :

 ct t tt hc p D p  0 unde   (2.24)
Această schimbare a diferenței de fază dintre semnalele comparate dă naștere unei modulații
în amplitudine a semnalului de la ieșirea detectorului de fază.
Pentru ca la ieșirea detectorului d e fază semnalul să depindă numai de diferența de fază, cele
două semnale se aleg cu amplitudini egale și constante în timp:
m hcm Dm U U U  .
Din relația:

t U U U U k Uhcm sm hcm sm ies cos 22 2
det det.   (2.25)
se obține :


2cos 2 cos22det det det.tUk t Uk Um m ies   (2.26)
Rezultă că semnalele reflectate de la o țintă mobilă (la ieșirea detectorului) vor avea forma
unei serii de impulsuri pozitive și negative modulate în amplitudine (fig. 2.18 ).
Uieș.det.
t

Tinta fixa
Tinta mobila
a) b)
Fig.2 .18 – a) Semnalele reflectate de la o țintă mobilă – la ieșirea detectorului;
b) Țintele pe indicatorul cu desfășurare liniară

Unul dintre avantajele blocurilor digitale de selecție a țintelor mobile îl reprezintă,
posibilitatea acestora de memorare digitală a semnalului ecou. Schema funcțională a acestui bl oc
este prezentată în figura 2.19 .[4]

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
42

Fig. 2.19. Schema blocului de selecție a țintelor mobile din compunerea
echipamentului de radiolocație
La intrarea detectoarelor de fază se aplică semnalul ecou -țintă analogic de la ieșirea
amplificatoarelor de frecvență i ntermediară. Oscilatorul local – OL, circuitul defazor – π/2 și
operatoarele de produs –  formează un demodulator liniar. După eșantionare , semnalele ecou se
aplică convertoarelor analog/digitale pentru transformarea acestora în semnale digitale în vederea
memorării. Memorarea semnalelor se realizează într -un registru de deplasare (memorii RAM) și se
realizează numai pentru o perioadă de repe tiție. Convertorul analog/digital este de viteză ridicată
pentru a asigura transferul optim al informației. Semnalele digitale de la ieșirea etajului de decizie
sunt aplicate unui al doilea convertor , digital/analogic , pentru transformare în vederea transm iterii și
afișării.
Pentru a analiza efectele perturbațiilor electromagnetice complexe (prin conducție) asupra
unui sistem electronic de pe o navă maritimă, în continuare, s -a ales un dispozitiv reprezentativ,
respectiv – un convertor analog / digital, din componența blocului de selecție a țintelor mobile,
aparținând unui sistem de radiolocație anticoliziune clasic.

2.3.3.2 . Schema convertorului analog /digital din cadrul blocului de selecție

Schema convertorului analog / digital analizat este prezentată în figura 2.20. Convertorul
este realizat din patru amplificatoare operaționale de tip LM 318 și două circuite MMC 4069 –
inversoare CMOS . Pentru mărirea rezoluției s -a utilizat un circuit de comparare, realizat pe un
ampl ificator operațional , în serie cu un inversor CMOS.
Sintaxa binară de la ieșirea convertorului rezultă conform relației
()pn t s , unde tp este timpul
de propagare pe o linie, iar n este numărul de biți pe care se face conversia.

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
43
+15V
+15V
+15V
+15V-15V
-15V
-15V
-15V+15V
+15V
+15V
+15V11/6 MMC 4069
R5 R2
R7 R3
R7
12/6 MMC 4069-++
A O1 – LM318
-++
A O2 – LM318
-++
A O3 – LM31813/6 MMC 4069
R9
-++
A O4 – LM31811/6 MMC 4069R4
R10
R11- +
Vref- +
V in
R1
R6
R8
R1214/6 MMC 4069
15/6 MMC 4069
16/6 MMC 4069MSB
Bo
B1
B2
B3

Fig. 2.20 – Schema convertorului analog / digital

2.3.3.3. Analiza prin simulare a efectelor perturbațiilor asupra
conexiunilor la masa elect ronică ale convertorului analog /digital

Circuitul electronic pentru analiza perturbațiilor transmise prin masa electron ică, este
prezentat în figura 2 .21. Frecven ța de lucru a convertorului este de 100 Hz, corespunzător t=5 ms .

Tehnica de simulare utilizată a constat în introducerea unor surse fictive de semnale
perturbatoare cu posibilitatea modificării tipului de semnal (sinusoidal, dreptunghiular), a
amplitudinii și frecven ței acestor semnale.

Pentru evidențierea influențelor perturbațiilor pe legătura la masă a convertorului
analog/digital s -a utilizat progr amul de modelare și simulare a circuitelor electrice TINA Design
Suite (Anexa. 3).

În vederea rea lizării unei bucle perturbative pentru studierea efectelor perturbațiilor prin
conducție asupra conexiunilor la masa electronică a surselor de alimentare ale circuitelor analogice
– amplificatoare operaționale și circuitelor digitale – inversoare de tip CMOS , în schema electroni că
de si mulare, se utilizează un condensator de 10pF, având rolul de a crea o cale de reactanță foarte
mică pentru curentul alternativ perturbator. Valorile reactanței condensatorului sunt de 3,185 10-5
pentru frecvența de 500 Hz și 7,9 10-6 pentru frecvența de 2000 Hz, frecvențe de simulare alese
pentru semnalul perturbator.

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
44
-15V+15V
+15V
+15V
+15V-15V
-15V
-15V
-15V+15V
+15V
+15V
+15V +10 0+15V
U1 4069
R5 2 k R2 1k
R7 4 k R3 1k
R7 2 k
U2 4069-++
OP1 LM318
-++
OP2 LM318
-++
OP3 LM318U3 4069
R9 2 k
-++
OP4 LM318U7 4069R4 1k
R10 4k
R11 8k- +
V S 2 15
– +
V ref 5Ch1+ – Ch2+ -OSC1
Ch1+ – Ch2+ -OSC2- +
Vin
R6 1 k
R8 1 k
R12 1kU4 4069
U5 4069
U6 4069
U7 4069- +
V S 1 15
– +
VS3 10- +
VpertR1 1 k
C1 1B0
B1
B2
B3
Fig. 2.21 – Schema convertorului ales pentru analiza perturbațiilor
transmise prin masa electronică

Parametri semnalelor perturbatoare de testare sunt prezentate în tabelul 2 .7. Alegerea tipului
acestor semnale, a amplitudinilor și frecvențelor lor s-a realizat având în vedere următoarele
considerații:
 tipul semnalului, frecvența și forma :
 se simulează introducerea unor surse fictive de semnal sinusoidal sau impuls
dreptunghiular având amplitudini și frecvențe diferite ;
 amplitudinea semnalului :
 a fost aleasă în funcție de valoarea curentului furnizat de sursa de alimentare
pentru circuite le digitale , ținând cont și de impedanța traseelor de cablaj (tabelele 2.8 și 2.9);
 conformitatea cu procedurile de testare a Compatibilității Electromagnetice
pentru echipamentele electronice și electrice navale ;
 imunitatea la perturbații a circuitelor digitale.

Tabelul 2 .7- Parametrii semnalelor pentru testare [54]
Nr.
crt. Semnal utilizat Frecvență
(Hz) Amplitudine
(V) Observații
1. Sinusoidal 100 0,5 Vin = 10V /
100Hz
Vref = 5V c.c 2. Impulsuri 500 0,5
3. Impulsuri 2000 0,5

Tabelul 2 .8 – Parametrii energetici ai diverselor tipuri de circuite digitale, în regim dinamic
[54]
Tip CD IC (mA) Tc (ns) fM (MHz)
CMOS 5V 1 100 3
15V 10 50 6
HCMOS 10 10 32

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
45 TTLst 16 10 32
HTTL 25 6 53
LTTL 5 20 16
LSTTL 8 8 40
STTL 30 3 120
ECL 10k 1 2 160
100k 1 1 318

Tabelul 2.9 – Impedanța unor trasee de cablaj [54]
Impedanța unor trasee de cablaj cu grosimea de 35 m
f (Hz) Z ()
w (lățimea cablajului) = 1mm w = 3mm
l = 10
mm l = 30
mm l = 100
mm l = 300
mm l = 30
mm l = 100
mm l = 300
mm
50 5,74m 17,2m 57,4m 172m 5,74m 19,1m 57,4m
100 5,64m 17,2m 57,4m 172m 5,74m 19,1m 57,4m
1K 5,74m 17,2m 57,4m 172m 5,74m 19,1m 57,9m
10K 5,76m 17,3m 57,9m 174m 6m 20m 61,4m
100K 7,21m 24,3 92,5 311m 14m 62m 225m
300K 14,3m 54,4m 224m 795m 40m 177m 600m
1M 44m 173m 727m 2,59 131m 590m 2,1
3M 131m 516m 2,17m 7,76m 395m 1,76m 6,5
10M 437m 1,72m 7,25 25,8m 1,31m 5,89 21
100M 4,37 17,2 72,5 25,8m 13,1 58,9 218
300M 13,1 51,6 217 258 39,5 176
1G 43,7 172 131

Rezultatele testelor pentru circuitele neperturbate și perturbate ale convertorului analog /
numeric sunt prezentate în figurile 2.22, 2.23, 2.24 și 2.2 5.
a) Cazul semnalelor neperturbate :

Fig. 2.22 – Semnalele la i eșirea convertorului neperturbat

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
46 b) Semnal perturbator pe circuitele de masă cu:
Vpert = 0,5V / 100 Hz, sinusoidal

Fig. 2 .23 – Semnalele la i eșirea convertorului pentru
Vpert = 0,5V / 100 Hz, sinusoidal

Din compararea diagramelor semnalelor din figurile 2.22 și 2.23, rezultă următoarele:
– impulsurile s -au de fazat față de cele neperturbate cu 0.4 ms;
– impulsurile dreptunghiulare s -au transformat în impulsuri trapezoidale , cu durate ale frontului
anterior și posterior de 0.3 ms;
– durata impulsurilor a crescut cu aproximativ 0.2 – 0.3 ms.

c) Semnal perturbator pe circuitele de masă cu:
Vpert = 0,5V / 500 Hz, impulsuri

Fig. 2.24 – Semnalele la i eșirea convertorului pentru
Vpert = 0,5V / 500 Hz, impulsuri

Din compararea diagramelor semnalelor din figurile 2.22 și 2.24, rezultă următoarele:

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
47 – impulsurile B0, B1 și B2 sunt defazate față cele neperturbate cu 0.2 ms;
– impulsurile dreptunghiulare s -au transformat în impulsuri trapezoidale la care:
– B0 și B3: t fa = 0.1ms, t fp = 0.2ms;
– B1 și B2: t fa = 0.2ms, t fp = 0.2ms;
– nu a crescut durata impulsurilor.

d) Semnal perturbator pe circuitele de masă cu:
Vpert = 0,5V / 2000 Hz, impulsuri

Fig. 2.25 – Semnalele la ieșirea convertorului pentru
Vpert = 0,5V / 2000 Hz, impulsuri

Din compararea diagramelor semnalelor din figurile 2.22 și 2.25, rezult ă că impulsurile nu și -au
modificat semnificativ duratele fr onturilor anterior și posterior.
În urma simulărilor efectuate s-au putut trage următoarele concluzii :
 circuitele cele mai susceptibile la perturbațiile transmise prin masa electronică sunt
circuitele digitale (biții cei mai afectați de perturbații sunt B1, B2 și B3);
 perturbarea circuitelor constă în creșterea duratei fronturilor anterior și pos terior ale
impulsurilor, reducerea duratei impulsurilor și apariția de impulsuri parazite cu durate foarte mici și
pante ale fronturi lor anterior și posterior mari;
 pe măsura creșterii frecvenței în raport cu frecvența de lucru a convertorului ,
perturbarea semnalelor digitale este mai mică.

2.3.3.4. Soluție antiperturbativă propusă
Pentru protecția la perturbații a circuitelor digitale a fost simulată introducerea unor
condensatoare de decuplare pe intrarea inversoarelor. [22]
Introducerea unui condensator de decuplare de 1nF pe linia B0

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
48
-15V+15V
+15V
+15V
+15V-15V
-15V
-15V
-15V+15V
+15V
+15V
+15V +10 0+15V
U1 4069
R5 2 k R2 1k
R7 4 k R3 1k
R7 2 k
U2 4069-++
OP1 LM318
-++
OP2 LM318
-++
OP3 LM318U3 4069
R9 2 k
-++
OP4 LM318U7 4069R4 1k
R10 4k
R11 8k- +
V S 2 15
– +
V ref 5Ch1+ – Ch2+ -OSC1
Ch1+ – Ch2+ -OSC2- +
Vin
R6 1 k
R8 1 k
R12 1kU4 4069
U5 4069
U6 4069
U7 4069- +
V S 1 15
– +
VS3 10- +
VpertR1 1 k
C1 1
C2 1 uB0
B1
B2
B3
Fig. 2.26 – Introducerea condensatorului C21 de decuplare pe linia B0

Fig. 2.27 – Îmbunătățirea formei de undă a bit -ului B0
Din analiza formei semnalelor se observă că s-au redus duratele fronturilor anterior și
posterior ale bit -ului B1.

2.3.3.5. Calculul factorului de distorsiune în tensiune
Calculul factorului de distorsiune oferă posibilitatea unei analize cantitative a influenței
perturbațiilor injectate pe legăturile la masă a circuitului analizat în subcapitolul anterior.
Unul din avantajele utilizării programului de simulare TINA Design Suite este acela că
permite descompunerea semnalului util, de la ieșirea convertorului, în serie Fourier, pentru un
număr impus de armonici (în cazul de față 9 armonici) ale căror valori intră în calculul
coeficientului de distors iune, pe baza formulei [1 1]:

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
49


9
19
2
iiii
du
UU
k (2.27)
S-a calculat, cu ajutorul unui algoritm de calcul realizat în DELPHI (Anexa. 4 ), valoarea
coeficientului de distorsiune al semnalului util de la ieșirea convertorului neperturbat. A rezultat
kdn=0,45; s -au calculat apoi coeficienții de distorsiune ai semnalului în urma injectării unor
perturbații, de diferite amplitudini și frecvențe, pe circuitele de masă.
Ȋn acest mod , s-au obținut următoarele r ezultate:
 Coeficientul de distorsiune al semnalului util este k du=0,45;
 Pentru 100 Hz, 0.5V, sinusoidal, k dp=0,65; abaterea coeficient ului de distorsiune este
de 31%;
 Pentru 500 Hz, 0.5V, sinusoidal, k dp=0,47; abaterea coeficientul ui de distorsiune este
de 8.8%;
 Pentru 500Hz, 0.5V,impulsuri dreptunghiulare, k dp=0,56; abaterea medie relativă de
la semnalul util este de 21% ;
 Pentru 2000 Hz,0.5V, impulsuri dreptunghiulare, k dp=0,48; abaterea de la semnalul
util este de 8%.
Se observă că un semnal perturbat or cu frecvență egală sau apropiată de frecvența
semnalului util perturbă cel mai puternic circui tul electronic studiat; cu cât s e depă rtează frecvența
semnalului perturbator de frecvența semnalului util, cu atât valoarea abaterii relative medii scade,
deci și contribuția semnalului perturbator scade.
S-a calculat coeficientul de distorsiune al semnalului obținut în urma filtrării, corespunzător
bit-ului B3 din componența semnalului de ieșire. Din analiza celor doi coeficienți – neperturbat
(Kdp= 0.44793) și perturbat filtrat (K dp= 0.44808) – se poate vedea că abaterea distorsiunii
semnalului filtrat este de 0.043%. Se poate aprecia astfel că metoda folosită ca măsură
antiperturbativă pentru circuitul analizat este avantajoasă, semnalul la ieșire fiind foar te puțin
distorsionat.

În concluzie , filtrul ales pentru protecția antiperturbativă a circuitului este eficient în procent
de 99.957%.

2.4. Efecte negative ale perturbațiilor electromagnetice asupra sistemelor
electronice și personalului de la bordul navei

Mediul electromagnetic propriu al unei nave maritime este extrem de complex fiind
dependent de densitatea echipamentelor de la bord, caracteristicile echipamentelor instalate (în
special ale emițătoarelor – benzi de frecvență, puteri, tipuri de modulație, durata impulsurilor,
frecvența de repetiție etc.) precum și de parametrii tehnici ai antenelor (tipul antenelor, polarizarea
undelor, caracteristica de directivitate a antenelor, câștigul antenelor, modul de baleere al antenei).
Aparatura de com andă – control a sistemelor de navigație, a instalațiilor energetice și de
acționare, fiind în cea mai mare măsură electrică și electronică, o bună funcționare a acesteia,
respectiv funcționarea neperturbată electromagnetic, conferă siguranța în exploatare a instalațiilor
navei și implicit siguranța navigației.

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
50 Existența perturbațiilor provenite de la diferite surse, precum și interconectarea în cadrul
sistemului electroenergetic a elementelor cu sensibilitate mărită la perturbații cu cele care sunt mai
puțin sensibile, impune o abordare sistemică a problemei asigurării CEM pentru o gamă largă de
frecvențe, prin elaborarea și realizarea unui complex de măsuri. Cerințele privind asigurarea
compatibilității echipamentelor de la bordul navelor maritime (inclu siv dispunerea antenelor), sunt
prevăzute de SOLAS 1974, capitolul IV/6.2.1 și V/17 cu amendamentele ulterioare și rezoluțiile
IMO , A.694(17), A.813(19), A.698(17), A.663(16) și A.807(19), pentru tipurile de echipamente
recomandate (impuse) a se instala la bord (unele indiferent de destinația navei – comercială sau
militară). Din regulile de dispunere a antenelor la bord se desprinde ideea că antenele
echipamentelor de la bord , nu se dispun în același plan cu antena echipamentului de radiolocație. În
cazul în care antenele echipamentelor de radiocomunicații se dispun în același plan, prin
neadaptarea de impedanță dintre antena perturbatoare și intrarea receptorului se reduce cuplajul
mutual dintre cele două antene și deci și gradul de perturbare a receptorul ui. Totuși există frecvențe
la care coeficienții de cuplaj, pentru cele două cazuri (adaptare și neadaptare), sunt egali ceea ce
presupune o analiză detaliată a cuplajului mutual inclusiv pe armonici atât la separarea în frecvență
cât și la separarea în di stanță a antenelor. [2][30][31][32]
La nivelul Uniunii Europene instalarea la bordul navei a unui echipament, din punct de
vede re al C ompatibilității Electromagnetice, este reglementată de Directiva echipamentelor pentru
marină (Directiva 96/98/CE cu amendamentele ulterioare) ce a intrat în vigoare începând cu
1.01.1999. Standardizarea în domeniul CEM, inclusiv pe linia protecției personalului expus la
câmpurile electromagnetice, este deja consistentă și într -o dinamică rapidă. Această dinamică este
asigurată de organizarea acestei activități, atât la nivel mondial, cât și la nivel regional și național.
De asemenea trebuie subliniat faptul că, deși au multe elemente comune, standardele civile și
militare sunt diferențiate, avându -se în vedere specificul aparte al echipamentelor militare. [33]
Având în vedere cuplajul mutual între diferite elemente radiante de la bordul navelor, o
atenție deosebită trebuie acordată antenelor surselor funcționale și radiatorilor secundari
(elementelor de suprastructură car e pot deveni radiatori secundari). În general, măsurile de
reducere a cuplajului prin optimizarea amplasamentului fiecărei antene la bord, rezolvă într -o
anumită măsură problema perturbării reciproce în cazul unui sistem radiant instalat pe navă.
Este ne cesară cunoașterea interferențelor produse între sursele de perturbații și receptoare
(susceptori), având drept consecință perturbarea acestora din urmă, precum și luarea unor măsuri
adecvate pentru protecția antiperturbativă a acestor echipamente, dar și a personalului de la bord.
Problemele de CEM ce afectează echipamentele de la bordul unei nave sunt diverse, ceea ce implică
analiza tuturor căilor de transmitere a perturbațiilor electromagnetice și luarea măsurilor ce se
impun din punct de vedere tehnic , pentru evitarea efectelor negative ale acestora. Ȋn caz contrar, din
cauza funcționării viciate a echipamentelor electronice de navigație, în regim de perturbații, se pune
în pericol siguranța navigației, situație generatoare de potențiale grave consecinț e în plan economic,
juridic și nu în ultimul rând uman.
Ȋn cazul factorului uman, c onsecințele de natură patologică ale expunerii de durată la
radiația electromagnetică de joasă puter e nu au fost evaluate suficient până în prezent, în întreaga
lor complexitate, nici în țară și nici pe plan mondial . Totuși, au fost efectuate studii bazate pe date
statistice asupra acestor consecințe, încercând să se răspundă la întrebarea dacă expunerea la
microunde participă la car cinogeneză.
Câmpul electromagnetic produs de sistemele de comunicații ale navei constituie una dintre
cele mai importante cauze ale efectelor nocive asupra factorului uman de la bord. În acest sens au
fost reluate, pe scurt, concluziile relevante ale cerc etărilor efectuate în SUA, în tre anii 1990 -2005.
[29]
Eșantionul supravegheat a cuprins două grupuri expuse iradierii ocupaționale:
– persoane care depanează echipamente de radioemisie -recepție și radar;
– persoane care utilizează aceste echipamente.

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
51 Prim ul grup cuprinde tehnicienii care au ca sarcină instalarea, întreținerea și repararea
acestor echipamente.
În al doilea grup intră operatorii radio, radar, precum și utilizatori comunicațiilor celulare.
În cazul emițătoarelor care operează cu nivele de putere de până la 5 W, aceasta înseamnă de
8,33 ori mai mult decât cea emisă de telefoanele portabile din telefonia celulară. Cu toate acestea,
absorbția de energie în cazurile acestor operatori este mult m ai mică decât în cazul utilizatorilor de
telefoane portabile, deoarece frecvența alocată stațiilor radio cu frecvența de 27 MHz și mai puțin,
se cuplează slab cu țesuturile iradiate.
Pentru stațiile și aparatele radio care operează în benzile de frecvențe VHF și UHF, valorile
SAR măsurate pe modelele umane variază destul de mult. Valorile de vârf se situează între
limitele 0,25 W/kg și 0,65 W/kg, iar valorile mediate pe întregul corp sunt între 1,8
 10-3 W/kg și
4,5
 10-3 W/g.[2]
Undele radio, lumina, căldura, razele X și razele gamma toate sunt forme ale radiațiilor
electromagnetice, deosebindu -se între ele prin energia și lungimea lor de undă. Pentru a produce
efecte dăunătoare, radiațiile electromagnetice trebuie să cauzeze schimbări fizice și chimice în țesut,
sau să distrugă ordinea atomilor din materialele solide cristaline.
Cât timp radiațiile electromagnetice interacționează cu țesutul, producându -i efecte
biologice dăunătoare, gradul de distrugere dep inde de factori ca: intensitatea, frecvența, nivelul de
energie, polarizarea și durata expunerii. Răspunsul organismului poate fi termic (încălzirea
organelor) sau netermic. După ce radiațiile electromagnetice pătrund în țesut, proprietățile
dielectrice și conductive ale acestuia modifică absorbția și propagarea energiei incidente.
Unele organe ale corpului omenesc sunt considerate mai susceptibile decât alte organe la
efectele radiațiilor electromagnetice. În prezent, informațiile disponibile și cazurile c oncrete indică
faptul că ochii și testiculele sunt cele mai vulnerabile organe ale corpului la radiația cu microunde
(300 MHz – 300 GHz). Pericolul cel mai mare este considerat a fi produs de efectele termice, care
sunt o funcție a intensității și frecvenț ei energiei incidente. Acesta este mai pronunțat în gama de
100 – 3000 MHz. În afara acestei game, efectele termice au tendința de a scădea. [1]
Pătrunderea energiei în corp, absorbția și reflexia ei nu vor depinde doar de dimensiunile
fizice și de constant a dielectrică a țesuturilor corpului, ci și de frecvența radiațiilor
electromagnetice. Când energia electromagnetică este absorbită de țesuturi, se produce căldură în
acestea. Dacă organele nu pot disipa această căldură la fel de repede pe cât o absorb, te mperatura
internă a corpului va crește. Capacitatea corpului de a disipa căldura fără probleme depinde de mulți
factori, cum ar fi circulația aerului din mediul respectiv, umiditatea, temperatura aerului,
metabolismul organismului, îmbrăcămintea, densitate a puterii câmpului radiant, cantitatea de
energie absorbită și durata expunerii. [16]
Indicele Temperatură – Umiditate este folosit uneori pentru a modifica nivelul de siguranță
al expunerii omului, când încălzirea internă produce disconfort.
La unele frecv ențe, grosimea pielii și straturile de grăsime ale pielii pot determina un
transfer de putere în țesuturile de profunzime, cu pierderi puține de energie și o ușoară încălzire a
pielii și a straturilor de grăsime de la suprafața corpului.
La alte frecvențe grosimea pielii poate determina o discontinuitate sau nepotrivire cu puterea
incidentă, care este reflectată în punctul în care apare discontinuitatea. Este mai probabil ca această
nepotrivire să aibă loc acolo unde există o schimbare semnificativă în mat erialul dielectric prin care
se propagă energia. Aceasta este explicația pentru efectul de interfață, care apare când puterea este
reflectată și când undele staționare sunt produse în mediul de transmitere, interfața fiind zona în

CAPITOLUL II
Surse De Perturbații Electromagnetice Pe Navă . Cuplaje Perturbatoare
52 care straturile interioar e ale corpului ajung să formeze o suprafață plană de delimitare între două
straturi de țesut, fiecare strat având altă constantă dielectrică.
Când corpul este iradiat cu energie sub formă de undă, creată de o sursă punctiformă, de
obicei nu este expusă to ată suprafața corpului. Creșterea temperaturii corpului produsă de expunere
depinde evident de raportul dintre suprafața iradiată și suprafața totală a corpului. Pe măsură ce
suprafața iradiată este mai mare pentru o densitate dată a puterii, temperatura c rește și pericolul este
mai mare. Temperatura corpului crește până la o limită de toleranță; acesta este punctul în care
efectele biologice ce apar pot fi întârziate dacă expunerea apare într -un mediu cu temperatura
scăzută și circulația aerului adecvată. De remarcat că sedativele și anestezicele afectează capacitatea
corpului de a regla temperatura și a pierde căldura până în momentul atingerii limitei de
toleranță. [1]
Ca o măsură de prevenire, în zonele cu densitate mare de energie electromagnetică se
recomandă să se ventileze aerul și să se mențină o temperatură cât mai scăzută. [24]