Paweł Bieńkowski Tadeusz Więckowski
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Politechnika Wrocławska
Wybrzeże Wyspiańskiego 27 50-370 Wrocław
pawel.bienkowski@pwr.wroc.pl tadeusz.wieckowski@pwr.wroc.pl
KSZTAŁCENIE W ZAKRESIE KOMPATYBILNOŚCI
ELEKTROMAGNETYCZNEJ NA WYDZIALE ELEKTRONIKI
POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ
Streszczenie: W pracy przedstawiono zakres kształceniazwiązanego 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
2006
Poznańskie Warsztaty Telekomunikacyjne Poznań 7 - 8 grudnia 2006
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 na zaburzenia elektromagnetyczne:
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. Źródła zaburzeń , 2. Charakter emisji;
3. Charakterystyka sygnałów emitowanych; 4. Rodzaje/kanały emisji;
5. Parametry zaburzeń podlegające ocenie; 6. Stanowiska do badań;
7. Normy przedmiotowe;
8. 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.
