通信車輛電磁兼容問題研究

毛得明，謝瑞云，馬　謝

(西南通信研究所，四川 成都 610041)

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通信車輛電磁兼容問題研究

毛得明，謝瑞云，馬謝

(西南通信研究所，四川 成都 610041)

摘要：針對通信車輛底盤電氣系統對車載跳頻電臺干擾問題進行研究。在對車輛底盤電氣系統分析的基礎上，通過信道模擬法，分析了車輛底盤電氣系統對車載通信設備干擾途徑，主要是通過輻射發射方式耦合到車載跳頻電臺天線，增大背景噪聲，降低跳頻電臺接收機靈敏度，減小電臺通信距離。提出了快速和有效的通信底盤電氣系統對車載跳頻電臺干擾量測試與整改驗證方案，并采取簡單及有效的電磁兼容整改措施。經檢驗，底盤電氣系統對車載跳頻通信設備的干擾量由原來3～4dB降至0.3dB以下，即由原來開發動機時車載跳頻電臺只能通信15km，改善為在開發動機時仍能通信23.64km，滿足戰術通信指標要求。

關鍵詞：電磁兼容；通信車輛；跳頻通信

0引言

車輛底盤電氣系統包括蓄電池、發電機(一般情況下指交流發電機)、啟動機、燈光照明、輔助電器、雨刮、中央控制盒和電壓調節器等電氣設備。車輛底盤電氣設備中存在大量的繼電器和電感負載等，可能產生大量的干擾，通過電源線傳導耦合或輻射耦合到車載通信設備中，嚴重影響車載通信設備的戰術指標[1]。分析和解決車輛底盤電氣系統對車載通信設備的干擾分析已經迫在眉睫[2]。

本文通信車輛車載跳頻通信電臺在未開動發動機時候，可以通信22.6km，而在開動發動機時只能通信15km，是一個典型的電磁兼容問題。本文主要針對此問題進行診斷和分析，并最終解決該問題。

1電磁干擾診斷方案

通信車輛底盤電氣系統是一個復雜的系統，分析和診斷底盤電氣系統對車載跳頻電臺的影響是一個復雜電磁兼容性問題，采用快速和有效電磁兼容診斷實驗方案是分析和解決該問題的關鍵，本文采用排除法與模擬法相結合的方案，快速定位電磁兼容性問題，采用行之有效的措施和簡化模擬的驗證手段，最終解決了該電磁兼容性問題。本文采用如下3個實驗方案，對該問題進行分析、定位與驗證。

1.1排除無傳導干擾試驗

干擾耦合途徑分為兩類：傳導耦合途徑和輻射耦合途徑[3-8]。因此首先采用實驗方案一來定位和分析底盤電氣是通過何種耦合途徑來干擾車載跳頻電臺，如圖1所示。車載跳頻電臺由車輛的蓄電池/硅發電機，通過綜合電源進行供電，而陪測電臺單獨由市電進行供電。陪測電臺射頻輸出端，直接通過可變衰減器，接到車載跳頻電臺射頻輸入端。通過調整可變衰減器的衰減量，可以找出電臺能夠通信時，可變衰減器最大衰減量值，此時，兩電臺間相互通信話音質量以可分辨為標準。分別開與關發動機時，比較衰減量的大小，如果開與關發動機，衰減量一樣大，則說明底盤電氣對車載跳頻電臺的干擾是通過輻射發射方式進行影響的；如果開發動機時衰減量C1小于關發動機時衰減量C2，則說明底盤電氣通過傳導耦合方式干擾車載跳頻電臺的干擾量為C2-C1。

圖1　驗證無傳導干擾實驗原理圖

經實驗，開與關發動機時，可變衰減器的衰減量分別為C1=162dB和C2=162dB，說明開發動機對車載跳頻電臺通信沒有影響，底盤電氣只通過輻射發射方式干擾車載跳頻電臺。

1.2驗證、測量輻射干擾試驗

為了進一步驗證實驗方案一分析的結論，設計了第二套實驗方案。在實驗方案一中可變衰減器與車載跳頻電臺射頻端之間加一個三端口網絡，如圖2所示，并將其一端口與車載天線相連接。實驗方案二中實驗方法、判斷依據和步驟與實驗方案一相同。

圖2　驗證、測量輻射干擾實驗原理圖

經實驗，開與關發動機，衰減量分別為R1=142dB和R2=145dB，進一步證明了此時開發動機對車載跳頻電臺通信有影響，底盤電氣通過輻射發射方式干擾車載跳頻電臺，干擾量為R2-R1=3dB。此時，底盤電氣產生的輻射發射干擾，通過車載跳頻電臺天線耦合到跳頻電臺接收端，相應于提高車載跳頻電臺的背景噪聲，影響車載跳頻電臺接收靈敏度，從而影響車載跳頻電臺通信距離。

1.3測量輻射干擾量

為了模擬2個電臺實際拉距實驗，定量測量輻射干擾量，采用了如圖3所示的實驗方案。被測車輛部分包括蓄電池/硅發電機等底盤電氣、綜合電源、車載跳頻電臺及車載天線，是通信車輛實際工作際情況連接圖；陪測部分包括市電供電部分、陪測電臺、可變衰減器和天線，其中可變衰減器是模擬實際拉距，電磁波傳輸損耗。

圖3　測量輻射干擾量實驗圖

電臺間通信采用跳頻模式，分別采用3個不同的跳頻表，覆蓋整個頻率范圍。陪測電臺射頻輸出端，通過調整可變衰減器的衰減量，可能找出電臺能夠通信時，可變衰減器最大衰減量值，此時，兩電臺間相互通信話音質量以可分辨為標準。經實驗，實驗結果如表1所示。

表1　采用不同跳頻表時底盤電氣對車載跳頻電臺干擾量

由實驗結果可知，開與關發動機，采用03-000跳頻表時，衰減量分別為L1=27dB和L2=30dB，表明在03-000跳頻表頻段內，開發動機對車載跳頻電臺的干擾量為3dB；采用04-000跳頻表時，衰減量分別為L1=30dB和L2=34dB，表明在04-000跳頻表頻段內，開發動機對車載跳頻電臺的干擾量為4 dB；采用05-000表時，衰減量分別為L1=25.6dB和L2=29.6dB，表明在05-000跳頻表頻段內，開發動機對車載跳頻電臺的干擾量為4dB。進一步證明了開發動機底盤電氣對車載跳頻電臺通信有影響，而且影響覆蓋了整個通信頻段，底盤電氣通過輻射發射方式干擾車載跳頻電臺，干擾量為3～4 dB。

2電磁兼容性措施

經過上一節的分析與實驗，可得到車輛底盤電氣主要是通過輻射耦合方式干擾車載跳頻電臺的，干擾量為3.0～4.0dB。車輛底盤電氣系統采用單線制供電，部分連接圖如圖4所示。

圖4　車輛底盤電氣系統部分連接圖

采用近場探頭對底盤電氣部分進行進一步的定位，用近場探頭發現硅發電機/蓄電池到底盤電氣控制盒的正極電纜1，以及底盤電氣控制單元到啟動線束總成的電纜2輻射干擾大，電場測試結果如圖5所示。

圖5　近場探頭線纜幅射測試結果

硅發電機/蓄電池到底盤電氣控制單元的電纜1大約1.8m，硅發電機工作時，產生大量的高頻干擾，通過該電纜輻射出來，被車載跳頻電臺天線接收，極大提高了背景噪聲，影響車載跳頻電臺接收靈敏度。可以采用屏蔽、濾波及接地的方法來改善電磁兼容性，但是考慮加濾波器操作難度及成本問題，本文采用了屏蔽與良好接地相結合的方法，將電纜1和電纜2分別加了一層屏蔽層，電纜1實行兩端接地，電纜2實行多點接地。上述接地、搭接及屏蔽設計的實施可以參考GJB 1210-91或參考文獻[9-12]，再按圖3的方法進行測量，測量結果如表2所示。

表2采取措施后底盤電氣對車載跳頻電臺干擾量

跳頻表號未開發動機時可變衰減器的衰減量/dB開發動機時可變衰減器的衰減量/dB開發動機對車載電臺干擾量/dB03-00018.218.60.404-00027.227.40.205-00031.031.10.1

經實驗，實驗結果如表2所示，采取屏蔽和接地措施以后，開與關發動機，采用03-000表時，衰減量分別為18.2dB和18.6dB，表明在03-000跳頻表頻段內，開發動機對車載跳頻電臺的干擾量為0.4 dB；采用04-000表時，衰減量分別為27.2dB和27.4dB，表明在04-000跳頻表頻段內，開發動機對車載跳頻電臺的干擾量為0.2dB；采用05-000表時，衰減量分別為31.0dB和31.1dB，表明在05-000跳頻表頻段內，開發動機對車載跳頻電臺的干擾量為0.1 dB。

采取屏蔽和接地措施以后，極大地減小了開發動機底盤電氣對車載跳頻電臺通信干擾量，由原來3.0～4.0dB的干擾量降至0.1～0.4dB干擾量。

3測試結果分析、評估與誤差分析

3.1測試結果分析

表1和表2中，未開發動機時，不同跳頻表衰減量不同，可能是因為不同跳頻表覆蓋不同的頻段，而每個頻段的背景噪聲不一樣引起的。表1與表2同一個跳頻表衰減量不同，可能是因為二次實驗車輛與陪測電臺的位置不一致，以及不同時段背景噪聲不一樣引起的。

未開發動機與開發動機衰減量的絕對值，對于本實驗是不產生影響的，本實驗關心的是未開發動機與開發動機衰減量的差值，即開發動機后底盤電氣干擾車載跳頻電臺的干擾量。

3.2測試結果評估

當開發動機時，底盤電氣干擾車載跳頻電臺干擾量為3.0～4.0dB，而反映到實際拉距中相差7.6 km。采取措施后開發動機時，底盤電氣干擾車載跳頻電臺干擾量為0.1～0.4dB，本文采用外推法，如圖6所示，來計算采取措施后實際拉距相差的距離，驗證采取措施的效果，及車載跳頻電臺通信距離否達到戰術指標要求。

以05-000跳頻表為例，未采取措施前，底盤電氣干擾車載跳頻電臺干擾量為4dB，即為2.5倍；采取措施后，底盤電氣干擾車載跳頻電臺干擾量為0.1 dB，即為1.023倍。采用圖6的外推法可以計算出開關發動機，車載通信距離相差116m。

圖6　用外推法計算影響距離示意圖

采用GPS定位，進行實際拉距實驗時，動中通的直線距離為23.64km，再行駛一段距離，關掉發動機，最多能通信的距離為23.64km，底盤電氣干擾車載跳頻電臺通信距離小于20m。

3.3誤差分析

用外推法計算的0.1dB影響的通信距離為116m，但在實際拉距中，開發動機底盤電氣對車載跳頻電臺通信距離影響只有20m。對此誤差進行分析。

外推法所用到的2個初始條件：開發動機時，通信距離15km；未開發動機時，通信距離22.6km。由于受人主觀因素及測試環境影響，數據上存在一定的誤差。因此，分別精確和客觀地測量整改前開與關發動機跳頻電臺通信距離是進行外推法評估整改結果的前提。

在實際拉距測量時，周圍有一座高樓、地勢有一定坡度。23.64km測試點相對于23.66km測試點，剛好在高樓前面，地勢也高一些，相當于減少開發動機底盤電氣對跳頻電臺通信距離影響。

4結束語

本文針對車輛底盤電氣影響車載跳頻電臺通信距離的問題進行分析，從判斷干擾耦合途徑入手，設計了一系列的實驗方案——信道模擬，提出了實驗數據評估方法——外推法，并采取簡單、易于操作及

有效的EMC整改措施，極大地減少了車輛底盤電氣對車載跳頻電臺的影響，使車載跳頻電臺滿足戰術指標要求。

經證實，采用信道模擬的實驗方案，可以降低成本和縮短實驗時間，是一種可行性高、可靠性強和有效的實驗方案。采用外推法，在精確測量原始數據的條件下，可以較準確估算出采取EMC整改方案后，車輛底盤電氣對車載跳頻電臺的影響，縮短實驗周期，提高效率，降低成本，提高驗證整改效果的可行性，是一種行之有效的方法。

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Research on EMC problems of Telecommunication Vehicle

MAO De-ming,XIE Rui-yun,MA Xie

(Southwest Communications Institute,Chengdu Sichuan 610041,China)

Abstract：The paper studies the interference problem of electrical system of the telecommunication vehicle chassis to vehicular frequency-hopping (FH) radio.On the basis of analysis of vehicle chassis electrical system,the interference path of vehicle chassis electrical system to vehicular communication equipment is analyzed by channel simulation method,which increases the background noise,reduces the sensitivity of frequency hopping radio receiver,and decreases the radio communication distance,mainly because it is coupled to the vehicular FH radio antenna by the means of the radiation emission.A rapid and effective scheme of interference value testing,rectification and verification of vehicle chassis electrical system to the vehicular FH radio is proposed.Then the simple and effective EMC rectification measures are adopted.It is verified that the interference value of vehicle chassis electrical system to the vehicular FH radio drops to below 0.3dB from 3～4dB.In other words,the initial communication distance of the vehicular FH radio is only 15km when starting engine,but now it is improved to 23.6km,which satisfy the requirements of tactical communication specifications.

Key words：EMC；telecommunication vehicle；Frequency hopping communication

中圖分類號：TP391.4

文獻標志碼：A

文章編號：1003-3114(2016)03-94-4

作者簡介：毛得明(1982—)，男，碩士，工程師，主要研究方向：設備和系統電磁兼容。謝瑞云(1978—)，男，碩士，高級工程師，主要研究方向：網絡主動防御和電磁兼容。

收稿日期：2016-01-18

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2016.03.25

引用格式：毛得明，謝瑞云，馬謝.通信車輛電磁兼容問題研究[J].無線電通信技術,2016,42(3):94-97.