תיכון תאלמ”ג בהנדסת מערכת

מאת: אלי רכט

בשילוב תאלמ”ג בהנדסת מערכת אנו מזהים ארבעה שלבים:
1. דרישות ומפרטים
2. הנחיות תיכון
3. בדיקות
4. תיעוד
כמו כן, יש להבחין בארבעה סוגי ממשקי תאלמ”ג עיקריים:
1. ממשק אדמות
2. ממשק הזנה
3. ממשק כבלים ומחברים
4. ממשק סיכוך

דרישות ומפרטי תאלמ”ג
השלב הראשון קשור בהגדרה ואפיון דרישות תאלמ”ג. דרישות אלה תלויות באופן אולטימטיבי בסביבה המבצעית. עלולות להיות מספר סביבות שיש לבחון אותן, כגון: סביבה קרקעית, מוטסת, חללית או ימית. לעיתים יש להגדיר את דרישות התאלמ”ג עוד לפני שהסביבה המבצעית מוגדרת.
עבור מערכות הגנה מורכבות דרישות תאלמ”ג על-פי תקן עלולות לא להספיק. אנו מגדירים איומי תאלמ”ג על מנת לזהות ולהעריך איומים קורנים מחד ומערכות רגישות (מקלטים) מאידך. איומים אלה כוללים טרנזיינטים על רשת הזנה, רמות RF ממשדרים, רמות רגישות של מקלטים, איומי EMP, ESD, ברקים וכד’.
לאחר הגדרת האיומים יש להגדיר דרישות ורמות הבחינה. עבור מערכות הגנה פשוטות ובעלות סביבה מוגדרת הרמות המומלצות ע”י MIL-STD-461 יספיקו בד”כ לצורך הגדרת הדרישות, אולם עבור מערכות מורכבות בעלות איומים ואווירות שונות יש “לתפור” דרישות מפרטיות ספציפיות. תהליך זה נעשה בד”כ ע”י הלקוח או ע”י הקבלן הראשי, אולם לעיתים יש צורך שהנדסת המערכת תבצע את התהליך.

הנחיות תיכון תאלמ”ג
הנחיות תיכון למערכות צבאיות מכסות אספקטים רבים של התכנון, הרבה מעבר לתכנון המעגלים המודפסים. הנחיות התיכון בד”כ מתחלקות להנחיות תיכון אלקטרוני ולהנחיות תיכון מכני.
גישה מערכתית להנחיות התיכון מתמקדת בארבעה ממשקים עיקריים:
1. ממשק אדמות
2. ממשק אספקות
3. ממשק אותות
4. ממשק אלקטרומגנטי (תיכון מכני וזיווד)
5. לאחר הגדרת הדרישות ברמות הממשקים יש לעבור לדרישות תיכון פנימיות, כגון עריכת מעגלים, תיכון ספקים וכד’. מרכיבי COTS לא יכללו בד”כ בבקרה ותאימות תאלמ”ג תוך הנחה שתכנונם עונה על תיכון נכון מבחינה זו.

בדיקות ציוד
בדיקות חייבות להתבצע מוקדם ככל האפשר ולעיתים קרובות, ולא רק בסוף הפרוייקט.
תהליך התיכון הינו תהליך איטרטיבי וכך גם תהליך הבדיקות. יש לבצע בדיקות מפתח עוד בטרם הסתיים הפיתוח המלא של הציוד. לדוגמא, כרטיסי ספקים בעומס דמי, כרטיסי דורבי מנועים בעומס דמי וכד’.
במהלך בדיקות הפיתוח מבוצע תיכון תאלמ”ג סופי מבחינת סינוני אספקות ואותות, שינויי עריכת מעגלים, סיכוכי כבלים, זיווד המערכת וכד’. בתום תהליך בדיקות המפתח, לאחר שמופו כל התופעות שגרמו לסטייה מהתקן ניתן לגשת לביצוע הבדיקות הסופיות ברמת סמך גבוהה של הצלחה בהן.
תהליך קבלת הקלות מדרישות המפרט כרוך בהוכחה שההקלה הנדרשת אינה פוגעת בביצועי המערכת או הפלטפורמה. למשל, ציוד החורג ב-2dB ב-250MHz עשוי לקבל הקלה אם שום מקלט או מעגל רגיש במערכת פועל ב-250MHz.

תיעוד
הצעד הרביעי בתיכון המערכת הינו תיעוד התהליך. למרות שמרבית המתכננים סולדים מחדגוניות תהליך התיעוד, זהו חלק חשוב ביותר בהנדסת המערכת. בעוד שעבור תכנונים תעשייתיים נדרש רק דו”ח תוצאות בדיקות תאלמ”ג (הנכתב בד”כ ע”י מעבדת תאלמ”ג בה בוצעו הבדיקות), עבור מערכות צבאיות נדרשות גם תכניות בקרת תאלמ”ג. על פי רב, תכנית בקרת תאלמ”ג, תכנית בדיקות תאלמ”ג ודו”ח בדיקות תאלמ”ג הינם מסמכים המחויבים בחוזה מול הלקוח.
כפי ששמן מרמז עליהן, תכנית בקרת תאלמ”ג מתארת שיטות לבקרת תאלמ”ג ותכנית בדיקות מפרטת את הבדיקות להוכחת עמידת המערכת בדרישות המפרט. בנוסף, תכנית בקרת תאלמ”ג משמשת כממשק בין מהנדס תאלמ”ג לבין אנשי התכן האלקטרוני והמכני, ותכנית הבדיקות משמשת כממשק בין מהנדס התאלמ”ג לבין מבצע הבדיקות. שני המסמכים משמשים כממשק בין הלקוח לבין הקבלן.
מסמך בקרת תאלמ”ג הינו מסמך המתפתח ומשתנה במהלך תכנון הפרוייקט ומרכז בתוכו את תכנוני התאלמ”ג, אנליזות ובדיקות תאלמ”ג ברמה הנדסית. על מסמך זה לספק מספיק מידע על מנת שמהנדס תאלמ”ג (כגון: מהנדס תאלמ”ג של הלקוח) יבין מה נדרש לבצע ואיך מתכננים לבצע.

ארבעה ממשקי מפתח ברמת מערכת עבור תאלמ”ג
ארבעת הממשקים הינם:
1. ממשק אדמות
2. ממשק הזנה
3. ממשק כבלים ומחברים
4. ממשק סיכוך

ממשק אדמות
הכוונה לאדמת סיגנל המוגדרת כמסלול בו חוזר האות חזרה למקור. תכנון אדמות מגדיר את חיבורי האדמה השונים בין מערכות באותה פלטפורמה ובין יחידות בתוך אותה מערכת. המסלול החוזר מתייחס הן לזרמי ההזנה והן לזרמי האות.
אדמת סיגנל תלויה באופן מוחלט בתדר. בתדרים נמוכים (בד”כ מתחת ל-1MHz) נהוגה שיטת “Single Ground Point” שבה כל סוגי האדמות מתקשרות בצורת כוכב אל נקודת אדמה בודדת ושם מוארקות לאשייה (Chassis). בתדרים גבוהים (מעל 1MHz) נהוגה שיטת אדמה רב נקודתית (Multi Point Ground) בה משטחי האדמה מוארקים לאשייה במספר רב של נקודות. בד”כ השיטה הקלאסית של אדמת הזנות הינה שכל אדמות ההזנה מתחברות במקור ביניהן ולאשייה ואילו בעומסים הן מבודדות מהאשייה ומבודדות מהאדמות המשניות (אדמות האלקטרוניקה).

ממשק אספקות
הינו ממשק אספקת האנרגיה למערכת. סוגיות המפתח כאן הינן תופעות המעבר על הקו, כגון: נחשולים, דורבנים וסטיות איטיות יחסית של המתח. כל אותן תופעות מאפיינות את רשת ההזנה ונקראות תחת הכותרת “איכות האספקה” (Power Quality).
המפרטים המקובלים המגדירים את איכות האספקה ברשתות מוטסות הינם מפרטי MIL-STD-704 לגרסאותיו וברשתות קרקעיות MIL-STD-1275 לגרסאותיו. כמו כן, מגדיר ממשק האספקה את רמת האדווה המוזרקת בקו, הן לתוך הדקי הציוד, והן מהדקי הציוד אל רשת ההזנה. דרישות אלה מוגדרות עפ”י MIL-STD-461 לגרסאותיו.
ממשק כבלים ומחברים
ממשק זה הינו ממשק אותות במערכת ואמור לספק אותות נקיים עם שולי ביטחון מספיקים ורוחבי סרט הנחוצים לשמירת איכות הסיגנל. נקודות המפתח הינן:
סינון ברמת מחברים, או בצמוד להם.
סיכוך הכבלים והקווים.
ניתוב הכבלים.
ערב דיבור (Cross-Talk).
על המתכנן (מהנדס התאלמ”ג) לבצע מאזן רעש שיביא בחשבון את שולי הרעש הנדרשים, החזרות מהקו, ערב דיבור, סחיפת אדמות ורעש מושרה משדות RF מוקרנים. מקובל לדרוש שולי ביטחון של 6dB בין סף חסינות הסיגנל לבין רמת הרעש בקו.

ממשק סיכוך
הינו ממשק השדה האלקטרומגנטי. השדה האלמ”ג הפוגע במערכת, או הנפלט ממנה, פוגש את מעטפות הסיכוך (זיווד התיבות או סיכוך הכבלים). מידת המעבר של השדה דרך מעטפות הסיכוך מגדיר את יעילות הסיכוך לקרינת אלמ”ג. המתכנן (מהנדס התאלמ”ג) חייב לנתח ולקבוע מהי רמת הסיכוך הנדרשת מכל תיבה ומכל כבל על מנת להבטיח שרמת המתחים והזרמים המושרים במעגלי המערכת כתוצאה משדה אלמ”ג תהיה מתחת לסף הפגיעות של המעגלים הנ”ל.

סיכום
תאימות אלמ”ג בפרוייקטים צבאיים שונה באופן ניכר מתאימות אלמ”ג בפרוייקטים אזרחיים.
תיכון תאלמ”ג ברמת מערכת חייב להבטיח הצלחת המשימה של מערכת הנשק. המפתח להצלחה זו הינו מתן תשומת לב בשלב התיכון לממשקי התאלמ”ג -אדמות, הזנות, כבלים/מחברים וסיכוך.
תכנון מוקדם, ניתוח ותיעוד הינם הכרחיים לשילוב מוצלח של הנדסת תאלמ”ג בהנדסת המערכת.