無線電監(jiān)測船電磁兼容性能研究

林于新，劉偉駿

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

無線電監(jiān)測船電磁兼容性能研究

林于新，劉偉駿

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

本文基于電磁兼容三要素對典型無線電監(jiān)測船進行了分析，并針對潛在電磁兼容問題提出了相關(guān)建議。

無線電監(jiān)測船；電磁兼容

Abstract:Taking the basic elements of EMC into consideration, the author analyzed the typical situation of radio monitoring vessels, then some proposals about the potential EMC problems was offered.

Keywords:Radio monitoring vessels; Electromagnetic Compatibility(EMC)

1 引言

目前，我國無線電監(jiān)測仍以陸地（主要是城區(qū)）的主要頻段（如廣播、民航導(dǎo)航）監(jiān)測為主，但近幾年，隨著我國無線電技術(shù)設(shè)施投入的不斷增加，以及水上無線電業(yè)務(wù)管理的加強，水上無線電監(jiān)測工作也逐步開展。我國的水上無線電監(jiān)測方式主要包括三種：一是利用設(shè)置在港口或距離海岸及江邊較近的固定站進行監(jiān)測；二是利用監(jiān)測車或小型站、可搬移站在沿江、海岸或海島上開展監(jiān)測工作；三是將監(jiān)測設(shè)備安裝在租用的船舶上開展海上航行測試。

此外，船載監(jiān)測系統(tǒng)可有效補充現(xiàn)有無線電監(jiān)測網(wǎng)的水上監(jiān)測盲點，可在移動監(jiān)測車無法到達的區(qū)域?qū)o線電信號進行精細測量，因此逐漸成為無線電監(jiān)測工作的熱點。2015年云南省無線電監(jiān)測中心完成了國內(nèi)首艘專業(yè)無線電監(jiān)測船的驗收，其監(jiān)測測向設(shè)備涵蓋短波、超短波和微波頻段，能利用電磁環(huán)境測試軟件自動收集航道無線電頻譜信息，并通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實現(xiàn)對瀾滄江—湄公河區(qū)域水上無線電信號和電磁環(huán)境的處理、分析及展示[1]。

專業(yè)無線電監(jiān)測船的出現(xiàn)對于提升水上無線電監(jiān)測能力具有重要的意義。但隨著船舶自動化程度的提高，大量船用電子設(shè)備被用于通信、導(dǎo)航、監(jiān)測及控制，提高船舶運輸安全性和便捷性的同時也帶來了復(fù)雜的電磁兼容問題。相比于固定監(jiān)測站和車載監(jiān)測系統(tǒng)，船載無線電監(jiān)測系統(tǒng)更易受到干擾，因此對于無線電監(jiān)測船的電磁環(huán)境及電磁兼容問題應(yīng)引起重視。

2 無線電監(jiān)測船電磁兼容分析

騷擾源、敏感設(shè)備和耦合路徑是電磁兼容問題的三要素，本文從這三個因素入手，分析無線電監(jiān)測船的潛在電磁兼容問題。

2.1 騷擾源

典型船載電磁騷擾源主要有[2]：

（1）大量船載無線電收發(fā)天線，包括VHF天線，衛(wèi)星天線以及雷達天線。這些天線產(chǎn)生的電磁場通過輻射、繞射等方式干擾船內(nèi)的其他電子設(shè)備。雷電感應(yīng)到設(shè)備線路中的高電壓和電流，也可能導(dǎo)致敏感電子元件誤動作，甚至損壞。

（2）靜電放電干擾，由于其放電時間很短（1～2ns），所以瞬間的電流可以達到10A甚至更高，其產(chǎn)生的電流脈沖足以導(dǎo)致設(shè)備工作異常甚至是損壞。此外，靜電放電產(chǎn)生的電磁場也能夠通過輻射的方式影響到周圍電子設(shè)備。

（3）機艙內(nèi)部的大功率電動機、發(fā)電機，集成電路控制器等設(shè)備和大量開關(guān)性元件。電動機和發(fā)電機等感性負載除了在其工作中會產(chǎn)生交變電磁輻射外，在斷開時還會對電源產(chǎn)生強烈的反向過電壓傳導(dǎo)干擾。如圖1所示為感性負載開路瞬間的反向瞬變脈沖電壓波形圖。顯然，這種瞬變脈沖不但具有浪涌性質(zhì)，而且具有豐富的諧波，可能引起電子控制系統(tǒng)的邏輯錯誤，甚至導(dǎo)致部分敏感器件的損壞。

圖1 感性負載開路瞬間的反向瞬變脈沖電壓波形圖

機艙內(nèi)部各種開關(guān)性元件（如開關(guān)、繼電器等）的觸點都是用來通斷電流的，在其要開未開、或要閉未閉瞬間，都會產(chǎn)生不同程度的火花放電現(xiàn)象。這種觸點間放電能量雖小，但其放電瞬間的能量密度通?？蛇_到造成危害的程度。如圖2所示為觸點開閉過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾波形。

圖2 觸點開閉過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾波形

（4）為滿足航行需求，在機艙駕駛臺這樣一個狹小封閉的空間里，布置了大量通信導(dǎo)航設(shè)備。它們工作頻率，功率，騷擾發(fā)射強度以及抗擾度各不相同，形成了一個復(fù)雜的電磁環(huán)境。對于無線電監(jiān)測船來說，其接收電纜、接收控制設(shè)備位于機艙內(nèi)部，與船載通信導(dǎo)航設(shè)備緊挨一起，因此對于其電磁兼容性是一個巨大挑戰(zhàn)。

2.2 耦合途徑

耦合路徑是騷擾傳輸?shù)耐坊蛎浇?，主要分為傳?dǎo)和輻射兩種。其中，傳導(dǎo)耦合主要通過導(dǎo)體將騷擾從一個網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)絡(luò)，如電源線、地線、信號互聯(lián)線等介質(zhì)傳遞的騷擾是最直接的傳導(dǎo)耦合。而輻射耦合包括感應(yīng)耦合以及電磁輻射耦合。對于無線電監(jiān)測船來說，傳導(dǎo)騷擾可能通過電源線、信號線和共地阻抗耦合方式影響設(shè)備，而輻射騷擾則可能通過天線接收、孔縫耦合及線纜串擾等形式影響系統(tǒng)。

2.3 敏感設(shè)備

無線電監(jiān)測船主要職能是對電磁環(huán)境進行監(jiān)測以及相關(guān)干擾的監(jiān)測定位，為了保證測量的準確性和可靠性，電磁環(huán)境優(yōu)劣對監(jiān)測設(shè)備影響較大。

圖3 典型無線電監(jiān)測船船載設(shè)備圖

一個典型無線電監(jiān)測船船載設(shè)備圖如圖3所示?，F(xiàn)有主流無線電監(jiān)測船一般覆蓋短波及超短波頻段，在船甲板部分架設(shè)有監(jiān)測天線、測向天線陣、GPS天線、定向天線、旋轉(zhuǎn)伺服電機、俯仰調(diào)節(jié)伺服電機等，船艙內(nèi)部有頻譜儀、伺服控制器、交換機、UPS、射頻切換矩陣、服務(wù)器、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)，各設(shè)備之間通過各種線纜連接。

監(jiān)測天線、測向天線主要用于測量接收無線電信號，通常覆蓋較寬頻段，同時為了保證小信號監(jiān)測能力，天線及接收機通常具有較高的靈敏度，因此相比其他船載設(shè)備，電磁騷擾更易以輻射方式被天線所接收，進而對監(jiān)測測向結(jié)果產(chǎn)生影響。其次，由于船內(nèi)空間較為狹小，電氣設(shè)備之間、電纜之間距離較近，電磁騷擾也容易以輻射耦合或者近場感應(yīng)的方式影響接收電纜或接收設(shè)備。此外，若機箱未做好相應(yīng)的屏蔽措施，對孔縫處理不好、未使用屏蔽電纜或者屏蔽電纜接地不合理，都可能導(dǎo)致電磁騷擾以輻射及傳導(dǎo)途徑進入監(jiān)測接收系統(tǒng)，造成接收機底噪的抬升，影響監(jiān)測接收的靈敏度及準確性。

從以上分析可以看出，監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)天線、設(shè)備、線纜都是潛在敏感設(shè)備，因此這些設(shè)備應(yīng)當具有一定的抗擾度。

3 電磁兼容相關(guān)處理措施

3.1 船舶EMC標準

2000年中國船級社在參考IEC-60945標準和其他相關(guān)國際國內(nèi)標準的基礎(chǔ)上，頒布了指導(dǎo)性文件《船舶與海上設(shè)施用電氣電子設(shè)備型式試驗指南》，其中明確規(guī)定了船用電子設(shè)備要獲得中國船級社型式認可，需要滿足的電磁兼容要求[3]。

最新版本GD22-2015《電氣電子產(chǎn)品型式認可試驗指南》，除了對船用電氣電子產(chǎn)品型式認可試驗中的外觀檢查、性能試驗做出了原則規(guī)定以外，還對其所應(yīng)進行的各種船舶環(huán)境條件試驗的試驗?zāi)康?、條件、方法、結(jié)果和所依據(jù)的標準，做出了明確規(guī)定。

在EMC方面，該標準對不同類型的電氣電子設(shè)備應(yīng)進行的電磁兼容性試驗項目進行了規(guī)定，包括傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射、靜電放電、射頻電磁場輻射、電快速瞬變脈沖群、浪涌、低頻傳導(dǎo)、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾等項目，是產(chǎn)品型式認可試驗的依據(jù)。

滿足上述電磁兼容要求的電氣電子設(shè)備以及航行無線電通信設(shè)備具有一定的電磁兼容性，是構(gòu)建良好電磁環(huán)境的基礎(chǔ)。

3.2 電磁兼容相關(guān)處理措施

要保證無線電監(jiān)測設(shè)備的準確性和可靠性，首先應(yīng)根據(jù)《電氣電子產(chǎn)品型式認可試驗指南》，使船載電氣電子設(shè)備符合該指南規(guī)定的電磁兼容試驗要求。其次，在安裝布局階段，應(yīng)根據(jù)電磁兼容設(shè)計準則，做好無線電監(jiān)測測向設(shè)備的安裝布局和線纜敷設(shè)，同時采取屏蔽、濾波、接地等整改措施來提高設(shè)備的電磁兼容性能。

常見處理措施包括[4]：

⊙ 采用符合國家及軍用標準的船用電纜，這些電纜都有一層鍍錫銅絲編織的鎧裝層，具有較好的屏蔽作用。

⊙ 大功率設(shè)備單獨敷設(shè)專用線，尤其不能與動力設(shè)備共用一組電源，因為這類設(shè)備啟動電流大，停機時反沖電壓很高，會引起電網(wǎng)很大的波動?？稍谠诿舾性O(shè)備機柜電源入口處就近安裝電源濾波器，阻斷來自電源線的脈沖或波紋干擾。

⊙ 為了減少電纜間的感應(yīng)耦合，不同類型的電纜避免捆扎在一起，例如高壓或大電流動力電纜與低壓小信號電纜保留一定的間距。

⊙ 處理好電纜屏蔽層的接地問題，根據(jù)要抑制的干擾頻率和干擾源情況采取不同的接地方式。

⊙ 在機箱、機柜的制造中不可避免地存在縫隙，有可能產(chǎn)生電磁泄漏，在實際工程中，常使用電磁密封襯墊來解決孔縫的電磁泄露問題。

4 結(jié)束語

作為水上無線電監(jiān)測的重要手段，專業(yè)無線電監(jiān)測船對于提升水上無線電監(jiān)測能力具有重要意義。本文從騷擾源、敏感設(shè)備、耦合途徑三方面對無線電監(jiān)測船的電磁兼容性進行了分析，并對潛在電磁兼容問題提出了相關(guān)建議：船載設(shè)備應(yīng)滿足相關(guān)電磁兼容要求，其次嚴格按照電磁兼容設(shè)計規(guī)則做好電子設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備的安裝布局及電纜的合理敷設(shè)，同時對于存在電磁兼容問題要利用屏蔽、濾波、接地等措施進行處理，確保無線電監(jiān)測系統(tǒng)的準確性和可靠性。

[1] 林建喜．云南省無線電監(jiān)測中心船載無線電監(jiān)測系統(tǒng)項目通過驗收[J]．中國無線電，2015,(04):4

[2] 金華標．船用電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)研究[D]．武漢理工大學(xué)，2010

[3] 中國船級社．電氣電子產(chǎn)品型式認可試驗指南[S]．北京:人民交通出版社，2006

[4] 王分良．船用電氣設(shè)備的電磁兼容性[J]．中國船檢，2001,(06):39-40

Research on the Electromagnetic Compatibility of Radio Monitoring Vessels

Lin Yuxin, Liu Weijun
(The State Radio Monitoring Center Fujian Station, Xiamen, 361004)

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.09.023

TN92文獻標示碼：A

1672-7274（2017）09-0058-03

林于新，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。

劉偉駿，男，1990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。