電磁頻譜管理課程中電磁兼容的分析與研究

薛紅　邵尉　錢祖平　趙淼

摘 要 本文圍繞電磁頻譜管理課程中的電磁兼容部分進行了分析，重點說明了系統內電磁兼容和系統間電磁兼容，強調以學促教，因學論教。采用案例式教學法，適時引入合適的實際工程應用案例，本著從嚴治教治學的原則，遵循教學規律，講究方法運用，以促進教學效果提升為指向。因學定教，鼓勵學生參與教學進程，取得良好的教學效果。

關鍵詞 頻譜管理 電磁兼容 案例式教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.08.020

Abstract In this paper， the electromagnetic compatibility part of the electromagnetic spectrum management course is analyzed. The emphasis is the electromagnetic compatibility in the system and between systems， we emphasize on learning to promote teaching. We use case based teaching method and introduce appropriate practical engineering application cases. We follow the principle of strict management of teaching research and the teaching rules， pay attention to the use of methods， in order to promote teaching and learning effects. Because of learning by teaching， students are encouraged to participate in the teaching process， it has achieved good teaching results.

Key words spectrum management； electromagnetic compatibility； case teaching

信息化戰場將是陸、海、空、天及電磁的聯合作戰，越來越多的高技術用頻裝備被運用到作戰領域的各個環節中。電磁環境異常復雜，頻譜資源利用率低，頻譜使用技術優勢不明顯，給我軍戰場電磁頻譜管理造成了潛在的影響。為了適應未來信息化條件下作戰對電磁頻譜管理人才的需求，我校將本科電子科學與技術專業的內涵擴展至電磁頻譜管理領域，將電磁頻譜管理課程作為該專業的核心課程以及其他多個專業的選修課程納入新一代本科教學體系，為電磁頻譜管理的專業發展和教學體系建設提供了難得的機遇，還為我軍電磁頻譜管理人才培養和后備力量建設提供有力支撐。

1 研究思路

電磁頻譜管理課程圍繞頻譜管理設置教學內容，按照“瞄準目標，優化內容，夯實基礎，突出實新”的原則，對比較完善和成熟的教學內容，在保證其理論體系的基礎上，根據專業建設和培養目標，側重內容的精選、完善和更新；對較零散的教學內容，則需要提高理論起點，建立比較完善的理論體系。通過本課程的學習，學生應形成比較全面和合理的知識結構，為將來勝任頻譜管理工作和進一步提高專業技能與業務素質筑牢基礎。

電磁頻譜管理是一個完整、系統、復雜和開放的體系結構。本課程理論教學內容主要分為頻譜管理基礎、系統內電磁兼容分析、系統間電磁兼容分析、無線電監測測向與定位、頻管新技術等五個部分。我們將頻譜管理基礎、電磁兼容分析、無線電監測測向與定位等定位為“急需型”知識，是從事頻管工作必須具備的專業基礎知識，而頻管新技術則定位為“前瞻型”知識，是目前頻管技術領域的研究熱點。教學時，這兩類知識并列存在，打好這兩類知識基礎尤為重要。

電磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指電氣、電子設備或系統在其電磁環境中符合要求能正常運行，并且不對其環境中的任何設備或系統產生無法忍受的電磁騷擾的能力。①EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁騷擾不能超過一定的限值；另一方面是指設備對所在環境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。因此，EMC包括頻譜共用、干擾靈敏度、系統裝置、電磁環境等四個方面的問題，也即是不同的無線電系統間存在頻譜共用問題，接收機等電子設備對干擾的靈敏度問題，無線電系統間的相互影響以及電磁環境的影響。本課程中所研究的是EMC中的頻譜共用和干擾靈敏度，主要內容包括系統內電磁干擾及防護、收發信機結構和系統間電磁兼容分析，對可能受到或產生的干擾進行預測、分析和評估，圍繞無線電臺站間的用頻兼容性以及電磁隔離性，針對如何合理地利用無線電頻譜進行研究。

2 研究內容

頻譜管理的目的是實現多種系統或業務之間的共存，最大限度地提高頻譜利用率，而電磁兼容分析是保證各種系統或業務相互兼容的主要技術手段。在現代和未來戰爭中如何加強電磁兼容性分析，避免相互干擾，保障戰場環境下軍事通信運用的有效性，已成為己方戰斗力生成的關鍵因素。電磁兼容主要分為系統內電磁兼容和系統間電磁兼容，其中，電磁干擾及防護是系統內電磁兼容的主要內容，干擾預測和分析是系統間電磁兼容的核心內容。

2.1 系統內電磁兼容

在實際教學過程中，我們將系統內電磁兼容分成電磁干擾及防護、收發信機結構和電波傳播基礎三個部分。需要注意的是，本內容中的電波傳播基礎與“天線與電波傳播”課程中的電波傳播部分應有所區別。后者側重基本理論的講解，而前者則緊扣頻譜管理中的“預測”應用展開分析。

電磁干擾及防護首先給出電磁兼容的基本概念，分析了電磁干擾三要素中的干擾源、耦合途徑和敏感設備，強調干擾源的類型、特點和性質。通過對電磁干擾傳播與耦合機理的分析，以傳導干擾和輻射干擾為例，說明了典型的干擾途徑以及電磁干擾的抑制措施。②我們以干擾三要素為模型，構建系統內電磁兼容預測分析的數學模型，在定性分析的基礎上對干擾狀況進行定量計算，使學生能夠理解電磁兼容特性與要求之間的相關性。

收發信機結構中首先圍繞著射頻系統中的噪聲系數和非線性失真兩個很重要的指標展開，討論射頻電路中噪聲的來源、大小和度量方法，以及器件的非線性特性及其對系統的影響，并重點分析它們對接收機靈敏度和動態范圍的影響。以GSM為例，從系統的角度介紹收發信機幾種常用的方案，明確了其結構組成，同時對接收和發射的技術指標進行分析，意在讓學生對系統特性和整機性能有較全面的了解。

電波傳播基礎中圍繞各種電波傳播方式的特性，討論各種傳播方式下的場強計算方法，分析各種常用傳播模型及應用。通過這部分內容的教學，使學生能夠掌握電波傳播損耗計算，并能夠將其應用于系統間電磁兼容分析，本部分內容的學習緊緊圍繞電磁頻譜管理中的“干擾預測”應用展開分析，注重解決實際問題。

2.2 系統間電磁兼容

系統間電磁兼容是指給定系統與它運行所處的電磁環境或與其他系統間的電磁兼容性。無論是頻率劃分、規劃、分配和指配，還是設備檢測、無線電臺站管理、無線電監測和臺站監督檢查等，電磁頻譜管理的目的是實現多種業務和系統之間的相互兼容，提高頻譜的利用率。而其主要技術手段就是系統間電磁兼容分析，判斷無線電設備、系統或臺站之間是否相互兼容是圍繞著允許干擾電平和實際干擾電平這兩個關鍵技術指標參數的計算而展開的。

開展無線電設備或系統間電磁兼容分析包括兩方面的含義：一是計算擬設無線電設備對已設無線電設備的干擾；二是要計算已設無線電設備對擬設無線電設備的干擾。無線電臺站間的干擾，主要包括同頻干擾、鄰頻干擾、互調干擾、阻塞干擾和帶外干擾等。以固定無線電臺站之間的干擾為例，對系統間電磁兼容性進行分析或預測分析，課程中我們圍繞著發射系統和接收系統展開分析。為了分析方便，我們認為，發射系統包括發射機和發射天線，接收系統由接收機和接收天線組成，發射系統對接收系統的干擾，就是發射機發出的電磁波經發射天線輻射出去后，經空間電波傳播，通過接收天線傳送給接收機而產生的干擾。從最簡單的“發射系統—接收系統”對入手，采用逐對分析的方式，建立系統間電磁干擾預測模型。同時，在逐對分析的過程中，按照分級預測的原理，將預測模型分成四個等級，包括快篩選、幅度篩選、干擾余量修正、詳細預測等。以理論計算為指導，借助計算機仿真和實驗室測試，對前面預測模型的結果進行修正，同時可以對仿真參數的選取進行相應的調整。③

2.3 教學方法

本課程中我們采用案例教學法，結合電磁頻譜監測與識別實驗室資源，把實際工作中的真實情景加以典型化處理，形成供學生思考分析的案例，適時引入，通過獨立研究和相互討論的方式，來提高學生分析問題和解決問題的能力。強調以學促教，因學論教。

在案例教學中，老師必須搜集、整理合適的案例，對案例中所涉及的相關知識應有較深刻的認識。學生拿到案例后，先要進行消化，然后查閱各種必要的資料，主動對理論知識進行理解。他還要經過縝密思考，提出解決問題的方案，這一步應視為能力上的升華。案例分析不能夠只停留在表面，深入透徹的討論分析才是至關重要的，老師應設法引導學生圍繞案例展開討論，方式多樣化，可以利用仿真和實驗，使學生感到形象逼真，從而大大提高教學效果。同時，老師要根據不同學生的不同理解補充新的教學內容，雙向的教學形式對老師也提出了更高的要求。

以地面固定無線電臺站為例，我們分同頻干擾、鄰頻干擾和互調干擾三種情況來分別說明電磁兼容性的應用。在實際教學過程中，需要進行進行設計和布置。圍繞案例，將這三種情況分組，引導每組成員對各自的課題展開分析和討論，提出相應的解決方案。根據案例中提供的參數，以電磁兼容分析方法為依據，利用實驗室現有的高性能儀器設備與軟件相結合，構建復雜電磁環境模擬系統，滿足教學的需求。各種信號的設計與合成由實驗計算機完成，任意信號發生器將設計文件轉化為實際復雜波形。整個過程中，學生自主學習，教師參與指導，轉變“學跟教走”的思維定勢，注重教師指導與學生主動學習相結合、書本知識與實踐經驗相結合、課內學習與課外拓展相結合。

3 結束語

電磁兼容分析是電磁頻譜管理課程的核心內容之一，打好這類知識基礎，有助于學生形成更加優化的知識結構，對于勝任頻譜管理技術工作尤為重要。在教學中，以促進教學效果的提升為指向，按照從嚴治教治學的原則，遵循教學規律，講究教學方法，鼓勵學生參與教學進程，取得良好的教學效果。

注釋

① 馬力.《電磁兼容技術》教學方法探討[J].洛陽師范學院學報，2012.31（11）：42-44.

② 王培章，錢祖平等.電磁兼容技術[M].人民郵電出版社，2011.

③ 王國民等.復雜電磁環境下基地訓練電磁頻譜管控研究[J].現代電子技術，2013.36（9）：31-33.