kształcenie w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej na

Paweł Bieńkowski
Tadeusz Więckowski
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Politechnika Wrocławska
Wybrzeże Wyspiańskiego 27
50-370 Wrocław
[email protected]
[email protected]
2006
Poznańskie Warsztaty Telekomunikacyjne
Poznań 7 - 8 grudnia 2006
KSZTAŁCENIE W ZAKRESIE KOMPATYBILNOŚCI
ELEKTROMAGNETYCZNEJ NA WYDZIALE ELEKTRONIKI
POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ
Streszczenie: W pracy przedstawiono zakres kształcenia
związanego z kompatybilnością elektromagnetyczną na
Wydziale
Elektroniki
Politechniki
Wrocławskiej.
Zaprezentowano formy oraz metodykę kształcenia.
1. WSTĘP
Kurs Kompatybilność elektromagnetyczna (KEM)
jest realizowany na wydziale Elektroniki Politechniki
Wrocławskiej w zespole Katedry Radiokomunikacji i
Teleinformatyki
Instytutu
Telekomunikacji,
Teleinformatyki i Akustyki dla wszystkich specjalności
kierunku Telekomunikacja (Systemy Cyfrowe, Sygnały
w Telekomunikacji
Cyfrowej, Telekomunikacja
Ruchowa,
Telekomunikacja
Rozsiewcza,
Telekomunikacja
Porozumiewawcza,
Transmisja
Dźwięku Optokomunikacja) i Teleinformatyka na
studiach magisterskich i inżynierskich. W roku
akademickim 2006/2007 w kursie tym uczestniczyć
będzie ponad
400 studentów. Obecnie trwają
modyfikacje siatek programowych związanych z
wprowadzeniem dwustopniowego trybu kształcenia, co
nie zmieni jednak zasadniczo ilości studentów
realizujących kurs KEM.
2. HISTORIA I TERAŹNIEJSZOŚĆ
Kompatybilność elektromagnetyczna jest obecna w
programach nauczania w Politechnice Wrocławskiej od
bez mała pół wieku. Przez lata w obecnym Instytucie
Telekomunikacji,
Teleinformatyki
i
Akustyki
kształtował się zespół naukowo-dydaktyczny związany z
KEM. Następował równoległy rozwój zaplecza
badawczego i dydaktycznego. Wdrażano nowe metody
badań, a większość oprzyrządowania badawczego była
opracowywana i wykonywana w Instytucie (np. komory
TEM i GTEM, komora bezodbiciowa, układy anten
ramowych podwójnie obciążonych, szereg symulatorów
zakłóceń – generatorów i układów sprzęgających itp.).
Wynikiem coraz większego zainteresowania badaniami
związanymi z KEM było powstanie laboratorium
„usługowego”, które uzyskało akredytację Polskiego
Centrum Akredytacji. Dzięki wyposażeniu laboratorium
akredytowanego w najnowocześniejsze oprzyrządowanie
i sprzęt pomiarowy, możliwe jest
praktyczne
zapoznawanie studentów z najnowszymi metodami
badań w ramach ćwiczeń pokazowych w tym
laboratorium. Jednym z najnowszych nabytków
Laboratorium KEM jest komora rewerberacyjna
umożliwiająca badania w zakresie częstotliwości do 40
GHz.
Kadrę naukowo-dydaktyczną realizującą kurs KEM
tworzą
pracownicy
Katedry
o
odpowiednich
kwalifikacjach merytorycznych popartych dodatkowo
ogromnym doświadczeniem praktycznym, związanym
właśnie z pracą w laboratorium akredytowanym. O roli
kompatybilności elektromagnetycznej w pracach
Katedry może świadczyć fakt cyklicznej organizacji
Międzynarodowego
Sympozjum
Kompatybilności
Elektromagnetycznej (w latach parzystych) i Warsztatów
Kompatybilności Elektromagnetycznej (w latach
nieparzystych).
Katedra
ma
status
Centrum
Doskonałości EMC i jest koordynatorem sieci naukowej
EMC-net. Pracownicy katedry są autorami wielu
publikacji z zakresu KEM, niektórych wydawanych
przez Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej w
ramach
serii
Biblioteka
Kompatybilności
Elektromagnetycznej.
3. METODYKA KSZTAŁCENIA
W ZAKRESIE KEM
Kompatybilność elektromagnetyczna jest jedną z
najbardziej „usługowych” i związanych z praktyką
dziedzin nauki. Obejmuje bardzo szeroki zakres
zagadnień na różnych poziomach: od kompatybilności
wewnętrznej urządzenia zaczynając, na kompatybilności
międzysystemowej kończąc. Na potrzeby kursu
Kompatybilność Elektromagnetyczna można przyjąć
umowny podział kompatybilności na zagadnienia
związane z wrażliwością, emisyjnością i tzw.
„kompatybilność prawną”. Przez wrażliwość rozumieć
należy całość problemów związanych z badaniami
odporności na zaburzenia elektromagnetyczne, a przez
emisyjność - emitowanie zaburzeń do środowiska.
Kompatybilność prawna to z kolei całokształt norm,
dyrektyw i procedur związanych z badaniami wyrobów
instalacji i systemów.
Program nauczania powinien zawierać wszystkie
przedstawione powyżej obszary KEM, ale jednocześnie
musi być kompromisem między zakresem materiału a
szczegółowością poszczególnych tematów. W tym
miejscu należy zaznaczyć, że aspekty związane z KEM
są poruszane również podczas realizacji innych kursów
(np.
Planowania
Sieci
Radiokomunikacyjnych,
Radiokomunikacji
Ruchowej
czy
Pracowni
problemowej).
Poniżej przedstawiono zarys programu kursu
Kompatybilność Elektromagnetyczna:
1. Źródła zaburzeń elektromagnetycznych
2. Metody pomiaru zaburzeń przewodzonych
3. Metody pomiaru zaburzeń promieniowanych
4. Metody pomiaru mocy promieniowanej
5. Alternatywne metody pomiaru emisyjności
6. Metody pomiaru wrażliwości na zaburzenia
przewodzone i promieniowane
7. Metody pomiaru wrażliwości na wyładowania
elektrostatyczne
8. Stanowiska pomiarowe
9. Zasady konstrukcji urządzeń pod kątem spełnienia
wymagań KEM
10. Kompatybilność prawna – zasady wprowadzania
urządzeń na rynek, normy i dyrektywy, znak CE
11. Podstawy ochrony organizmów żywych przed
polami elektromagnetycznymi.
Na przestrzeni kilkudziesięciu lat nauczania
kompatybilności w ITTA wypracowano wiele modeli
kształcenia. Każdy z nich kładzie duży nacisk na
zrozumienie zjawisk fizycznych będących podstawą
problemów z brakiem kompatybilności. Takie podejście
ułatwia zrozumienie wielu zagadnień jako logicznego
ciągu przyczynowo-skutkowego poczynając od źródła
problemu, a kończąc na spełnieniu wymagań
odpowiedniej normy. Poniżej przedstawiono swoiste
algorytmy odpowiednio dla zagadnień związanych z
wrażliwością i emisyjnością.
Wrażliwość
urządzeń
elektromagnetyczne:
na
zaburzenia
1. Źródła i rodzaj zaburzenia – opisuje się typowe
zaburzenia występujące w środowisku np.
wyładowania
atmosferyczne,
wyładowania
elektrostatyczne, przepięcia itp. i ich typowe
źródła;
2. Charakter zaburzenia i jego model – przedstawia
się charakter (np. zaburzenie ciągłe czy impulsowe)
i model zaburzenia;
3. Charakterystyka
elektromagnetyczna
zaburzenia – wykorzystując model zaburzenia
określa się jego parametry: np. widmo,
charakterystykę czasową, amplitudy;
4. Rozprzestrzenianie zaburzeń – typowe drogi
rozchodzenia się zaburzeń, np. przewodzenie,
indukcja, promieniowanie;
5. Grupy urządzeń potencjalne narażonych na
przedmiotowe
zaburzenia
oraz
metody
zabezpieczeń przed efektami narażeń;
6. Symulacja zaburzeń – prezentuje się metody
kontrolowanego
generowania
sygnałów
symulujących
zaburzenia,
np.
generatory
impulsów, symulatory trzasków i zaników napięcia
itp.;
7. Metody pomiaru wrażliwości i stanowiska do
badań;
8. Normy przedmiotowe;
Emisyjność urządzeń:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Źródła zaburzeń ,
Charakter emisji;
Charakterystyka sygnałów emitowanych;
Rodzaje/kanały emisji;
Parametry zaburzeń podlegające ocenie;
Stanowiska do badań;
Normy przedmiotowe;
Metody ograniczania emisji niepożądanych;
W ramach kursu KEM realizowane są obecnie dwie
formy zajęć: wykład oraz laboratorium. W pewnych
okresach próbowano wprowadzać dodatkowe formy np.
projekt lub seminarium. Zajęcia te były bardzo
przydatne, pozwalały na znacznie szersze przedstawianie
problemów związanych z kompatybilnością, ale niestety
nie zostały utrzymane ze względu na konieczność
dostosowania programów nauczania do wymogów
ministerialnych.
W stosunku do zajęć laboratoryjnych KEM przyjęto
założenie, że pomiary realizowane w ramach ćwiczeń
powinny być jak najbardziej powiązane z zagadnieniami
praktycznymi. Opracowano stanowiska pomiarowe
przybliżające wybrane metody badań. Studenci
samodzielnie badają rzeczywiste urządzenia. Stanowiska
pomiarowe
w
laboratorium
dydaktycznym
charakteryzują się małym stopniem automatyzacji
pomiarów. W trakcie zajęć kładzie się szczególnie duży
nacisk na zrozumienie istoty pomiaru oraz zasady
prowadzenia pomiarów, analizę wpływu metody badań i
poszczególnych czynników na wynik pomiaru,
oszacowanie niepewności i interpretację uzyskanych
wyników. Niektóre ćwiczenia, zwłaszcza związane z
pomiarami wrażliwości na zaburzenia impulsowe i ESD
są prowadzone w formie pokazów. Dodatkowo w
ramach zajęć laboratoryjnych studenci uczestniczą w
pokazowych badaniach prowadzonych w laboratorium
akredytowanym, gdzie zapoznają się z nowoczesnymi, w
większości
zautomatyzowanymi
stanowiskami
pomiarowymi i metodami badań zgodnymi z
obowiązującymi normami. Przy okazji takiej wizyty,
odbywającej się zwykle na zakończenie cyklu zajęć,
prowadzący mają okazję do sprawdzenia i oceny wiedzy
studentów z całego semestru.
4. PODSUMOWANIE
W pracy przedstawiono zasady kształcenia w
zakresie kompatybilności elektromagnetycznej na
Wydziale Elektroniki Politechniki Wrocławskiej. Na
przestrzeni lat kurs KEM zmieniał swoje położenie w
siatkach programowych. Doświadczenie pokazało
jednak, że rozsądnym jest realizowanie tego kursu na
wyższych latach studiów. Jest to uzasadnione lepszym
przygotowaniem
merytorycznym
studentów
ułatwiającym pełne zrozumienie prezentowanych
zagadnień. Dynamiczny rozwój zagadnień związanych z
KEM wymuszą ciągłą aktualizację programu nauczania i
różnicowania zakresu materiału dla poszczególnych
kierunków i specjalności studiów.