通信車(chē)輛的電磁兼容問(wèn)題分析 - 全文

　　1 引言

　　如今通信車(chē)輛應(yīng)用比較廣泛，但通信車(chē)輛由于車(chē)體空間狹小且上裝設(shè)備繁多，其電磁兼容特性十分突出。研究電磁兼容的主要目的就是要追求各系統(tǒng)的共存和不降級(jí)。根據(jù)通信車(chē)輛的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為搞清以下幾個(gè)方面對(duì)提高整車(chē)的電磁兼容指標(biāo)有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

　　2 導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線的干擾

　　導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線的干擾是通信方艙中存在最普遍、作用最強(qiáng)烈的干擾，各系統(tǒng)、各組別的電纜捆扎在一起為這種干擾提供了條件。根據(jù)通信車(chē)輛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析、研究電磁干擾的機(jī)理，應(yīng)用近場(chǎng)理論將電容性（電場(chǎng)）干擾和電感性（磁場(chǎng)）干擾分開(kāi)來(lái)研究會(huì)更接近產(chǎn)品的實(shí)際。

　　2.l 電容性干擾

　　兩條并行導(dǎo)線，若導(dǎo)線l為干擾源，電壓為V1,導(dǎo)線2為被干擾的電路，則產(chǎn)生于導(dǎo)線2與公共地之間的干擾電壓可表示為：

?

　　式中：ω為干擾源的信號(hào)頻率；R為受干擾電路的阻抗；C12為兩導(dǎo)線之間的干擾電容。

??? 這是導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線干擾的一個(gè)重要公式，它說(shuō)明了電容性干擾電壓與各參數(shù)之間的關(guān)系。正比于干擾源的信號(hào)頻率、受干擾電路的阻抗R、導(dǎo)線1與導(dǎo)線2之間的干擾電容及干擾源電壓.

??? 對(duì)通信車(chē)輛來(lái)說(shuō)干擾源的電壓與頻率是無(wú)法改變的， 只有通過(guò)減小導(dǎo)線1與導(dǎo)線2間的干擾電容和降低受干擾對(duì)象的輸入阻抗R來(lái)減小干擾電壓。而輸入阻抗是各系統(tǒng)自身固有的特性，是一成不變的。因此，只有一個(gè)可以控制的參數(shù)，即干擾電容。干擾電容是面積與距離的函數(shù)，因此，減小干擾電容的方法很多，譬如：縮短連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度、適當(dāng)安排導(dǎo)線問(wèn)的位置或利用屏蔽技術(shù)、或使兩導(dǎo)線間距盡量大等等。若兩導(dǎo)線之間距離加大、連接導(dǎo)線縮短，的實(shí)際值會(huì)減小，由此可以降低導(dǎo)線2上感應(yīng)到的干擾電壓。

　　從公式（l）中可以看出，電容性干擾是客觀存在的，但它可以量化，可以在一定程度上加以控制。

　　通過(guò)以上關(guān)系式看出二干擾情況與頻率、磁通密度、封閉回路所包圍的面積、兩電路之間的互感量成正比。因此，通信車(chē)輛完全可以通過(guò)控制封閉回路所包圍的面積、兩電路之間的互感量來(lái)改善電磁環(huán)境提高整車(chē)的電磁兼容性指標(biāo)。

　　2.2 電感性干擾

　　對(duì)于兩條并行導(dǎo)線，電流，在封閉的回路中流動(dòng)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生磁通,磁通的大小取決于電流I和電感L的大小，即：

?

　　當(dāng)電流在第一條導(dǎo)線中流動(dòng)時(shí)，會(huì)在第二條導(dǎo)線上產(chǎn)生磁通，故兩條導(dǎo)線問(wèn)的互感量定義為：

?

式中：為導(dǎo)線1的電流在導(dǎo)線2上產(chǎn)生的磁通。

　　結(jié)合式（2）和（3）可以看出：電感越大磁通越大，磁通越大兩條導(dǎo)線間的互感量也越大。

　　由法拉第定律可知，磁通密度為 的磁場(chǎng)在面積為A的閉合回路中感應(yīng)的電壓為：

?

　　兩電路之間電感性干擾的基本方程式如式（5）、（6）所示。

　　如果封閉回路為靜止，磁通密度隨時(shí)間作正弦變化，但在閉合回路面積上是常數(shù)，上式可化簡(jiǎn)為：

?

　　此關(guān)系式也可用兩電路間的互感量M表示：

?

　　式中：M為兩電路之間的互感量；為干擾電路上的電流。

　　通過(guò)以上關(guān)系式看出：干擾情況與頻率、磁通密度、封閉回路所包圍的面積、兩電路之間的互感量成正比。因此，通信車(chē)輛完全可以通過(guò)控制封閉回路所包圍的面積、兩電路之間的互感量未改善電磁環(huán)境提高整車(chē)的電磁兼容性指標(biāo)。

　　3 接地與接地阻抗引起的干擾

　　屏蔽與接地是抑制干擾的重要手段，在通信車(chē)輛中得到了廣泛應(yīng)用。通信車(chē)輛中所用電子設(shè)備絕大多數(shù)都是依靠自身的外殼與車(chē)體實(shí)現(xiàn)屏蔽接地，同時(shí)也利用車(chē)體與電源負(fù)極連接形成回路。由于接地點(diǎn)的不同，設(shè)備與車(chē)體之間產(chǎn)生一定的地電流。當(dāng)某一設(shè)備向地回路中注入電流時(shí)，該電流會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)外產(chǎn)生電磁場(chǎng)，并在另一設(shè)備的電路中形成一定的干擾電壓，從而在設(shè)備之間形成傳導(dǎo)電磁干擾。兩個(gè)設(shè)備之間通過(guò)公共地阻抗藕合引起傳導(dǎo)干擾，不同工作方式的敏感設(shè)備系統(tǒng)對(duì)共地藕合干擾有兩種不同的響應(yīng)形式。

　　a.如果信號(hào)的傳輸和敏感設(shè)備系統(tǒng)的對(duì)地阻抗是對(duì)稱(chēng)的，共地干擾電壓表現(xiàn)為敏感設(shè)備系統(tǒng)輸入端的共模電壓。敏感設(shè)備系統(tǒng)必須具有較高的共模抑制效果才能不受共地干擾電壓的影響。

　　b.如果信號(hào)的傳輸和敏感設(shè)備系統(tǒng)地對(duì)地阻抗是不對(duì)稱(chēng)的，則共地干擾電壓會(huì)部分的轉(zhuǎn)化為接收系統(tǒng)輸入端的差模電壓，直接迭加在系統(tǒng)的差模信號(hào)上。此時(shí)敏感設(shè)備系統(tǒng)必須具有很高的對(duì)地阻抗或采用隔離變壓器等技術(shù)才能有效的抑制共地干擾電壓的影響。

　　計(jì)算機(jī)不正常復(fù)位或死機(jī)一類(lèi)的故障在原裝備的通信車(chē)輛中經(jīng)常發(fā)生，這些故障往往在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、發(fā)電機(jī)或大功率負(fù)載開(kāi)啟、電磁鐵或電磁閥動(dòng)作過(guò)程中發(fā)生。由于計(jì)算機(jī)本身已經(jīng)進(jìn)行了電磁兼容處理，干擾信號(hào)往往不是從電源端進(jìn)入，而是從地線拾取干擾。用圖l可說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)受干擾的原理。由于通信車(chē)輛的車(chē)體和接地搭接存在電阻，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與大負(fù)載之間有明顯的共阻禍合，這是其一；其二是傳感器的地電位與計(jì)算機(jī)的地電位不同，存在電位差，設(shè)蓄：電池處電壓為零電位，分別為各個(gè)部件的接：地點(diǎn)電位，當(dāng)電位差達(dá)到作用閾值時(shí)計(jì)算機(jī)或處理電路輸出 l執(zhí)行信號(hào)，產(chǎn)生誤動(dòng)作；原因三，地電流有較高的尖峰毛刺，在地上尖峰毛刺的作用下，計(jì)算機(jī)很可能不正常復(fù)位或死機(jī)。

?

　　在電磁兼容研究中，良好接地的目的一方面是盡量降低若干電路共用的接地阻抗所產(chǎn)生的干擾電壓，另一方面是避免產(chǎn)生不必要的接地環(huán)路，以免感應(yīng)外來(lái)磁場(chǎng)的干擾或者造成不同接地點(diǎn)而產(chǎn)生干擾電位差。分析證明，工作頻率高于1MHz或?qū)Ь€長(zhǎng)度超過(guò)工作信號(hào)波長(zhǎng)的l/20時(shí)，必須采用多點(diǎn)接地的方式，才能保證接地的實(shí)質(zhì)效果。解決工作頻率高于1MHz電路干擾的另一個(gè)難點(diǎn)是線路的干擾電容很容易形成接地環(huán)路。在通信車(chē)輛中目前工作頻率高于1MHz的電路和系統(tǒng)很多，可以說(shuō)，凡是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)都屬于這一范疇。

　　最實(shí)用的低頻接地方法是綜合串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)，使總的接地效果滿(mǎn)足低干擾指標(biāo)并避免過(guò)于復(fù)雜的連線要求。綜合的方法是：以能量、功率的大小分類(lèi)，使不同能量、功率的信號(hào)與不同干擾強(qiáng)度的電路的接地點(diǎn)不在同一點(diǎn)。多個(gè)低功率或低能量的電路可以共用同一個(gè)接地點(diǎn)，而其他較高功率的電路必須使用其他的接地點(diǎn)。

　　4 天線互招效應(yīng)

　　天線作為通信電子設(shè)備中電磁能量的發(fā)射和接收端口最有可能形成相互的輻射干擾，即天線能量的相互藕合。天線互藕的強(qiáng)弱也就表征了天線相互干擾的強(qiáng)弱。天線的互耦可分為兩類(lèi)：多個(gè)獨(dú)立天線之間的互藕；陣列天線系統(tǒng)內(nèi)不同輻射元間的互禍。通信車(chē)上不同功能天線之間的互禍問(wèn)題是屬于獨(dú)立天線之間的互禍問(wèn)題。采取增大天線之間的間距是降低互藕的有效措施。但是，通信車(chē)頂?shù)目臻g是有限的，無(wú)法使互藕影響降低到允許的范圍之內(nèi)，只有通過(guò)合理地設(shè)計(jì)天線布局，使互藕影響減到最小。

　　天線的互耦效應(yīng)直接影響到天線性能和電參數(shù)的改變，如輻射方向圖失真、主波束方向發(fā)生偏移、信噪比下降、電流分布變化、輸入阻抗和增益發(fā)生變化。

　　5 電磁屏蔽機(jī)箱

　　屏蔽是利用屏蔽體來(lái)阻擋或減小電磁能量傳輸?shù)囊环N技術(shù)。理論上封閉的理想金屬體可以接近100%地封閉電磁場(chǎng)，使封閉區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)不外泄，外部的電磁場(chǎng)不進(jìn)入。而現(xiàn)實(shí)中要做到這一點(diǎn)是很難的。屏蔽與接地的關(guān)系相當(dāng)密切，一般來(lái)說(shuō)，作為屏蔽用的金屬物件都必須接地。

　　屏蔽的好壞用屏蔽效能距來(lái)衡量。屏蔽效能是指空間某點(diǎn)上未加屏蔽時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E0（或磁場(chǎng)強(qiáng)度H0）與加屏蔽后該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E1（或磁場(chǎng)強(qiáng)度H1）的比值，表示為：

?

　　屏蔽效能距的單位用dB表示，可寫(xiě)為：

?

　　在研究抗電磁干擾中，電磁屏蔽措施是抑制電磁輻射和信息泄漏和預(yù)防電磁干擾的重要技術(shù)措施之一，目前為了防止敏感設(shè)備受到干擾和電磁泄漏產(chǎn)生干擾主要采用電磁屏蔽機(jī)箱，其設(shè)計(jì)顯得尤為重要。而就目前通信車(chē)所用機(jī)箱現(xiàn)狀看，在電磁屏蔽方面的考慮較少，機(jī)箱在人們眼里僅僅是一個(gè)罩在設(shè)備外的"盒子",其外型由設(shè)計(jì)者的喜好隨意設(shè)計(jì)，且根據(jù)需要在機(jī)殼上隨意開(kāi)孔，造成了不必要的電磁泄霉。

　　6 電磁屏蔽方艙

　　近年來(lái)，我國(guó)在研型號(hào)的先進(jìn)武器裝備，尤其是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，普遍應(yīng)用較高性能的電磁屏蔽方艙，且技術(shù)指標(biāo)呈不斷上升趨勢(shì)。雖然我國(guó)電磁屏蔽方艙經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，達(dá)到了一定的水平。但是，我國(guó)電磁屏蔽方艙在技術(shù)、性能和產(chǎn)品應(yīng)用上，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著一定的差距。

　　隨著通信車(chē)所處電磁環(huán)境的不斷惡化，采用高性能的電磁屏蔽方艙已是大勢(shì)所趨，因此研制高性能的電磁屏蔽方艙是減少外界電磁干擾的關(guān)鍵所在。

　　7 結(jié)語(yǔ)

　　通信車(chē)綜合化、系統(tǒng)化、集成化的發(fā)展，系統(tǒng)之間的相互干擾以及外部復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，使各系統(tǒng)的性能不能充分發(fā)揮甚至不能正常工作的問(wèn)題變得十分突出。干擾無(wú)法被完全消除，但可減弱，使其不至于影響各個(gè)系統(tǒng)的正常使用或不明顯地降低戰(zhàn)技指標(biāo)，此時(shí)即可認(rèn)為相互沒(méi)有形成干擾。

?