福建監(jiān)測站短波測向天線場電磁環(huán)境測試分析

陳弘揚，王心塵，江建興

（國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站，廈門 361004）

福建監(jiān)測站短波測向天線場電磁環(huán)境測試分析

陳弘揚，王心塵，江建興

（國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站，廈門 361004）

無線電電磁環(huán)境的優(yōu)劣會影響無線電監(jiān)測站接收系統(tǒng)的靈敏度，因此，定期對監(jiān)測場地周圍的電磁環(huán)境進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測顯得十分必要。本文針對這個問題搭建了實驗鏈路，設計了實驗步驟完成了監(jiān)測場地電磁環(huán)境采集測試。測試結(jié)果顯示，福建監(jiān)測站測向天線場受周邊不符合國標規(guī)定的路橋工程影響，出現(xiàn)短時干擾和等間隔脈沖干擾，電磁環(huán)境出現(xiàn)惡化。

電磁環(huán)境；EM510短波接收機；測向天線場；電磁干擾

1 引言

無線電電磁環(huán)境的優(yōu)劣直接影響無線電設備的工作質(zhì)量，也會影響無線電監(jiān)測站接收系統(tǒng)的靈敏度[1-2]，進而影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。為保證無線電監(jiān)測站的監(jiān)測效果，定期對監(jiān)測場地周圍的電磁環(huán)境進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測顯得十分必要。

福建監(jiān)測站測向天線場建設于福建省某地，安裝了德國某公司的測向天線陣ADD011和短波測向系統(tǒng)DDF01E。但近年來隨著區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，測向天線場周邊陸續(xù)建成或擬建高速公路、鐵路等工程項目，與天線場的距離均不滿足國標要求[3,4]。國標GB13614-1992規(guī)定各種無線電干擾源和障礙物與短波無線電測向臺站之間的保護間距如表1所示。

表1 測向天線場保護間距（部分）

2 測試方法

2.1 測試方案

傳統(tǒng)的電磁環(huán)境采集多使用頻譜儀作為監(jiān)測設備，但因頻譜儀存在掃描速度偏慢、頻率分辨率較低、互調(diào)干擾較大及只有單一峰值檢波方式等問題[5]，目前電磁環(huán)境采集多采用接收機進行，并通過遠程控制軟件自動存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，大大提升了自動化程度。其中，R&S EM510全數(shù)字式HF接收機，覆蓋9kHz-32MHz頻段，且不包含混頻器和本振，由天線接收的信號經(jīng)過高/低通濾波器的預選后直接進入A/D轉(zhuǎn)換器，具有出色的RF特性、寬動態(tài)范圍、極高的掃描速度及強大的數(shù)字信號處理能力，非常符合本測試的要求。

2.2 測試系統(tǒng)

本文搭建的電磁環(huán)境采集的設備如表2所示，系統(tǒng)框圖如圖1所示。信號由電源模塊IN600驅(qū)動的測試天線R&S HE010（如圖1）接收并進入EM510接收機進行處理，最后由筆記本的遠控軟件采集存儲接收機處理后的數(shù)據(jù)（如中心頻率、電平等）。

表2 測試設備表

圖1 電磁環(huán)境采集系統(tǒng)框圖

2.3 測試步驟

為保證測試的精度要求，測量參數(shù)的正確設置、測試數(shù)據(jù)的采集和處理都很重要。根據(jù)相關(guān)國標及ITU建議書，對測量參數(shù)設置如表3所示。

表3 設備參數(shù)設置

本文進行的測試主要分六個步驟：①在待測場地選擇在天線仰角3°范圍內(nèi)無遮擋的區(qū)域為測試點；②在測試點按照測試系統(tǒng)框圖連接好測試設備并加電，設備和控制軟件自檢正常；③根據(jù)對接收機工作參數(shù)進行設置；④在測試頻段中選擇無明顯信號特征的頻段，以1MHz的頻段間隔讀取背景噪聲數(shù)值；⑤進行24小時不間斷測試，分別記錄不同時段的測試結(jié)果；⑥根據(jù)背景噪聲計算公式進行計算。

E[dBuV/m]=U[dBuV]+K[dB] （1）

式中，E為電磁環(huán)境噪聲場強；U為接收機測得的環(huán)境電平值；K為天線系數(shù)，這里取HE010天線的天線系數(shù)16.7dBuv/m（見圖2）。

圖2 HE010天線系數(shù)

3 實驗結(jié)果

通過24小時連續(xù)監(jiān)測，我們初步掌握了福建監(jiān)測站將口測向天線場背景噪聲情況。從監(jiān)測結(jié)果上看，福建監(jiān)測站測向天線場不同頻段的背景噪聲差別較大，其中低頻段背景噪聲較高，高頻段背景噪聲較低。由于不同頻段的業(yè)務類型不同，導致背景噪聲的場強在不同頻段有所差異，例如廣播業(yè)務背景噪聲相對有規(guī)律，而水上業(yè)務頻段的電磁環(huán)境統(tǒng)計規(guī)律性不明顯。此外，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，福建監(jiān)測站測向天線場在短波頻段經(jīng)常出現(xiàn)各種無線電干擾。

3.1 電磁環(huán)境監(jiān)測結(jié)果

福建監(jiān)測站將口測向天線場背景噪聲強度（dBuv/m）在固定時段隨頻率（MHz）的變化情況（如圖3上所示），隨著頻率增高，背景噪聲整體上呈下降趨勢。此外，短波低頻段的背景噪聲電平整體偏高，勢必導致監(jiān)測工作中監(jiān)測到的小信號信噪比降低，給監(jiān)測工作帶來困難，這與福建監(jiān)測站2014年對6MHz-7MHz頻段的監(jiān)測情況相符。

圖3 某時刻福建監(jiān)測站（上）與深圳監(jiān)測站（下）短波頻段背景噪聲測量結(jié)果對比

考慮到短波監(jiān)測站的測向天線場選址時應選擇電磁環(huán)境良好、短波頻段背景噪聲較低的偏遠地區(qū)進行建設，因此，其他監(jiān)測站的測試結(jié)果也具有參考價值。我們進一步比對了2011年深圳監(jiān)測站相同時段相同頻段的背景噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)（如圖3下所示，福建監(jiān)測站該時刻短波頻段的背景噪聲（35dBuv/m）高于深圳監(jiān)測站金水灣站區(qū)的背景噪聲監(jiān)測結(jié)果（29.9dBuv/m）。通過從福建監(jiān)測站監(jiān)測/測向定位數(shù)據(jù)庫調(diào)取2009年與2014年福建監(jiān)測站利用DDF01E測向設備對國家授時中心10MHz信號的監(jiān)測情況對比（如圖4所示），2014年該信號附近背景噪聲（-10dBuv/m）相較于2009年（-20dBuv/m）高出10dB。

圖4 2009年（上）/2014年（下）福建監(jiān)測站10MHz信號背景噪聲對比

本文還對各個頻段背景噪聲的24小時變化情況進行統(tǒng)計，以福建監(jiān)測站2014年重點監(jiān)測的15-16MHz頻段的背景噪聲變化為例（如圖5上所示），該頻段背景噪聲隨時間變化不顯著，這也與深圳監(jiān)測站測試的情況相符。進一步參考ITU無線電規(guī)則可知，15MHz-16MHz頻段主要用于廣播業(yè)務使用，該段其他業(yè)務用戶為了確保自身設備使用效果也有意識地使用其他可用頻段，避開大功率的廣播業(yè)務頻段，從而導致了相同時間段內(nèi)福建監(jiān)測站與深圳監(jiān)測站背景噪聲測量結(jié)果接近。

圖5 15-16MHz頻段福建監(jiān)測站（上）/深圳監(jiān)測站（下）24小時背景噪聲監(jiān)測結(jié)果

3.2 干擾情況

通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，福建監(jiān)測站測向天線場背景噪聲經(jīng)常出現(xiàn)各種的干擾以短時突發(fā)干擾（如圖6所示）和等間隔脈沖干擾（如圖7所示）居多。

圖6 短時突發(fā)干擾（6-7MHz）

圖7 等間隔脈沖干擾（10-11MHz）

經(jīng)過持續(xù)監(jiān)測和統(tǒng)計分析，天線場短波頻段的干擾情況統(tǒng)計表（如表4所示），其中干擾1表示短時突發(fā)干擾，干擾2表示等間隔脈沖干擾的情況。由此可知，福建監(jiān)測站測向天線場短波頻段的電磁環(huán)境惡化顯著。

表4 將口天線場短波頻段的干擾情況統(tǒng)計表（部分）

對于地面測向機而言，二次輻射體對測向準確度的影響是不容忽視的。桅桿、樹木、導線、煙囪、各種金屬物體、房屋及其他具有一定導電性的建筑物，都可能成為二次輻射體。它們在被測輻射源電磁場作用下，在其上產(chǎn)生感應電動勢，從而產(chǎn)生高頻電流。這個高頻電流就形成了二次輻射電磁場，它與主電磁場同時作用的結(jié)果，使得到達測向天線處的電磁場波前發(fā)生變化，因而產(chǎn)生測向誤差[1]。福建監(jiān)測站測向天線場周邊高速公路、鐵路過往車輛等導電體，造成的電磁輻射往往會引起短時突發(fā)干擾，而國標規(guī)定的電氣化鐵路接觸網(wǎng)電壓達到27.5kV，屬于高壓電，則是造成等間隔脈沖干擾的主要原因。參考相關(guān)國標在福建監(jiān)測站測向天線場周圍未發(fā)現(xiàn)其他干擾源，由以上測試結(jié)果可推斷路橋工程對福建監(jiān)測站測向天線場的影響很大。考慮到福建監(jiān)測站測向天線場周邊大量路橋工程項目與天線場的距離不滿足國標要求，而電氣化鐵路形成的電磁干擾與機車受電弓的性能、接觸網(wǎng)的質(zhì)量、機車走行速度、牽引電流以及天氣好壞等多種因素有關(guān)，因此，路橋工程項目對測向天線場電磁干擾的定量計算仍有待進一步確定。

4 結(jié)束語

短波電磁環(huán)境狀況良好是確保各短波監(jiān)測站穩(wěn)定開展各項監(jiān)測工作的前提。本文首先介紹了福建監(jiān)測站測向天線場受干擾現(xiàn)狀，然后利用設計的實驗鏈路對福建監(jiān)測站短波測向天線場進行了24小時持續(xù)監(jiān)測，得到天線場周邊電磁環(huán)境測試數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果定性分析了干擾類型及規(guī)律。由監(jiān)測結(jié)果可見，福建監(jiān)測站測向天線場的電磁環(huán)境出現(xiàn)了一定程度的惡化，與天線場周邊路橋工程的建設有較大關(guān)系。

[1] 周鴻順等．頻譜監(jiān)測手冊[M]．北京：人民郵電出版社，2006

[2] 魯?shù)婪?格拉鮑主編．平良子譯．無線電測向技術(shù)[M]．成都：西南電子電信技術(shù)研究所，1993

[3] GB13614-2012短波無線電測向臺（站）電磁環(huán)境要求[S]

[4] GB13617-1992短波無線電收信臺（站）電磁環(huán)境要求[S]

[5] 李思靜，王心塵．短波頻段電磁環(huán)境測試淺析[J]．中國無線電，2013(7):56-59

Electromagnetic Environment Testing and Analysis at Direction Finding Antenna Field, Fujian Monitoring Station

Chen Hongyang, Wang Xinchen, Jiang Jianxing
(State Radio Monitoring Center Fujian Station, Xiamen, 361004)

Sensitivity of radio monitoring station receiving system will be affected by the quality ofradio electromagnetic environment, so the periodic electromagnetic environment test is necessary. Aiming at the problem, this paper designed an experimental link and the experimental steps to finish the Electromagnetic environment acquisition test and then analyzed the result. The test results showed thatsince the effect of illegalroad and bridge project nearby ,short-term interference and regular-pulse interference has been discovered at direction finding antenna field, Fujian monitoring station, and the electromagnetic environment has deteriorated.

Electromagnetic environment; EM510 HF receiver; direction finding antenna field; EMI

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.09.002

U675.75 文獻標示碼：A

1672-7274（2015）09-0008-05

陳弘揚，男，1989年生。現(xiàn)任國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站助理工程師。

王心塵，男，1982年生。現(xiàn)任國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站工程師。

江建興，男，1989年生。現(xiàn)任國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站助理工程師。