電分相電弧對(duì)全向信標(biāo)電磁輻射特性的分析

梁飛，効迎春，魯楠，朱峰,*

1. 中國(guó)民用航空總局第二研究所空管實(shí)驗(yàn)室，成都 610041

2. 西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，成都 611756

隨著近幾年中國(guó)軌道交通與民用航空事業(yè)的迅猛發(fā)展，電氣化鐵路引入機(jī)場(chǎng)區(qū)域已成為中國(guó)立體交通發(fā)展的必然趨勢(shì)，在建的鄂州順豐機(jī)場(chǎng)就是其中之一。中國(guó)電氣化高鐵一般采取2.75×104V交流高壓線，通常稱之為接觸線。列車運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)車頂上受電弓滑動(dòng)接觸線取流，再通過(guò)鋼軌形成回路，從而完成驅(qū)動(dòng)[1-2]。在滑動(dòng)取流過(guò)程中，伴隨著列車的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，弓網(wǎng)離線電弧產(chǎn)生的電磁騷擾是電氣化鐵路電磁干擾(EMI)的主要成分[3]。尤其在高速列車經(jīng)過(guò)電分相時(shí)，其供電過(guò)程為有電-無(wú)電-有電，電壓相位的突變，會(huì)產(chǎn)生較大的電磁發(fā)射，列車通過(guò)電分相時(shí)，產(chǎn)生電磁輻射總時(shí)間為300～600 ms[4-5]。弓網(wǎng)離線電弧產(chǎn)生的電磁發(fā)射有可能對(duì)機(jī)場(chǎng)的通導(dǎo)設(shè)備產(chǎn)生影響[6-7]。因此，研究弓網(wǎng)電弧輻射特性及對(duì)機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)的影響具有重要的意義。

中國(guó)首次國(guó)家級(jí)電氣化鐵路電磁干擾試驗(yàn)是在1979年開(kāi)展的，軌道是有砟軌道，列車運(yùn)行時(shí)速為40 km/h，測(cè)試頻段為0.15～30 MHz，頻帶范圍比較寬，采用最小二乘的線性回歸方法分析了測(cè)試數(shù)據(jù)，獲得了電氣化鐵道干擾場(chǎng)電平隨頻率的變化曲線，其結(jié)果為GB 6364—2013的制定提供了重要依據(jù)[8-9]?，F(xiàn)在高鐵采用的是高架線路鋪設(shè)，橋面無(wú)砟，動(dòng)車組速度一般在200 km/h以上[10-11]，測(cè)試儀器和場(chǎng)景也與20世紀(jì)80年代初有很大的不同。功率大小、電能質(zhì)量以及弓網(wǎng)特性也與20世紀(jì)80年代初完全不同。這些不同對(duì)動(dòng)車組整車對(duì)外電磁發(fā)射的影響是顯而易見(jiàn)的[12]。多年來(lái)對(duì)于電分相電弧輻射特性的研究大多數(shù)在于建立模型進(jìn)行理論研究，通過(guò)工程實(shí)地測(cè)試的研究比較少。近年對(duì)于高鐵電磁干擾系統(tǒng)性的測(cè)試雖有一些研究，但對(duì)數(shù)據(jù)的分析大都直接引用最小二乘法，并且對(duì)于建立模型合理性的考察很少；國(guó)外對(duì)高鐵的電磁干擾測(cè)試大都側(cè)重于測(cè)試方法的研究[13]。就測(cè)試數(shù)據(jù)而言，以前采用80%時(shí)間不超過(guò)率，目前中國(guó)采用的GB/T24338《軌道交通 電磁兼容》明確規(guī)定了峰值檢波以100%不超過(guò)率確定為測(cè)試結(jié)果[14]。即多次測(cè)試結(jié)果以最大值為準(zhǔn)，這也說(shuō)明現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)較之前規(guī)定更加嚴(yán)格。此外，以前的測(cè)試是針對(duì)受電弓在接觸網(wǎng)上普通區(qū)段離線電弧產(chǎn)生的電磁發(fā)射，但離線電弧產(chǎn)生的最大值點(diǎn)往往存在于電分相等一些特殊位置[15]。因此對(duì)現(xiàn)代電氣化高速鐵路電磁輻射的測(cè)試和分析進(jìn)行重新研究是十分有必要的。本文在研究了電分相電弧輻射發(fā)射模型的基礎(chǔ)上，以運(yùn)營(yíng)中的成綿樂(lè)(綿陽(yáng)—成都—樂(lè)山)以及武黃(武漢—黃石)城際高速鐵路為對(duì)象，通過(guò)對(duì)離線電弧的測(cè)試，得到了電分相處、普通點(diǎn)處離線電弧的電磁發(fā)射數(shù)據(jù)。改進(jìn)最小二乘法回歸分析方法，結(jié)合弓網(wǎng)離線電弧發(fā)射特性，擬合出分相點(diǎn)電弧對(duì)外發(fā)射曲線，分析電磁發(fā)射對(duì)機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)的影響。本研究的結(jié)果可以為電氣化軌道的優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是當(dāng)軌道通過(guò)航空跑道沿線、導(dǎo)航臺(tái)覆蓋保護(hù)區(qū)、雷達(dá)站覆蓋保護(hù)區(qū)、通信基站近區(qū)等敏感區(qū)域，提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是機(jī)場(chǎng)干擾抑制的重要依據(jù)，同時(shí)也對(duì)國(guó)標(biāo)的修訂提供重要參考。

1 電分相輻射發(fā)射模型

列車每次經(jīng)過(guò)電分相區(qū)，從有電到無(wú)電或者從無(wú)電到有電的短時(shí)間內(nèi)，電壓的大小和相位會(huì)發(fā)生很大的變化。電氣化鐵路接觸線的電壓為2.75×104V，經(jīng)過(guò)分相區(qū)時(shí)，電弓與接觸網(wǎng)之間產(chǎn)生的間隙電壓可高達(dá)5.5×104V，瞬態(tài)放電擊穿空氣間隙，產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)高于空氣間隙的擊穿場(chǎng)強(qiáng)30 kV/cm，引起電弧輻射發(fā)射。文獻(xiàn)[16]將牽引供電系統(tǒng)等效電路和放電電弧等效電路相結(jié)合構(gòu)成弓網(wǎng)離線電弧電路模型。文獻(xiàn)[17]將接觸線、中性線都假設(shè)為無(wú)限長(zhǎng)的行波天線來(lái)分析輻射模型。列車速度快，產(chǎn)生的電弧持續(xù)時(shí)間短，將電弧輻射點(diǎn)看作電陣子模型IΔl，電陣子長(zhǎng)度為Δl，電流均勻分布為

(1)

機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)臺(tái)的工作頻段為108～117.975 MHz， 通過(guò)計(jì)算可知，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ約為2.5～3 m，由于測(cè)試條件限制，工程上測(cè)試距離一般在10 m以外，符合遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)條件r?λ。

由電磁輻射理論知識(shí)可知，當(dāng)r?λ時(shí)，對(duì)應(yīng)的區(qū)域稱為遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，對(duì)應(yīng)的輻射電場(chǎng)為

(2)

通過(guò)分析可以看出，電分相產(chǎn)生的電磁波是球面波，沿著r方向不斷輻射能量。本文基于大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸分析的方法來(lái)擬合電場(chǎng)強(qiáng)度與頻率的關(guān)系曲線，進(jìn)而分析輻射對(duì)機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)的影響。

2 測(cè)試設(shè)置

2.1 測(cè)試地點(diǎn)選取

本文以成綿樂(lè)與武黃2條高鐵線路為測(cè)試對(duì)象，2條鐵路都為高速電氣化鐵路，時(shí)速分別為250 km/h與200 km/h，比20世紀(jì)80年代初測(cè)試時(shí)選取的測(cè)試線路時(shí)速高出2倍。為全面分析弓網(wǎng)的電弧特性，選擇普通點(diǎn)和電分相點(diǎn)為典型測(cè)試點(diǎn)[18]，分別對(duì)無(wú)列車經(jīng)過(guò)和有列車經(jīng)過(guò)的情況進(jìn)行電磁環(huán)境測(cè)試。無(wú)車經(jīng)過(guò)時(shí)，普通點(diǎn)和分相處的背景數(shù)據(jù)是一樣的，稱為背景測(cè)試數(shù)據(jù)；電分相點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)即在電氣化鐵路電分相處，有列車經(jīng)過(guò)電分相時(shí)必然拉弧，此時(shí)測(cè)試的數(shù)據(jù)即為弓網(wǎng)離線電弧電磁發(fā)射數(shù)據(jù)；普通點(diǎn)測(cè)試即在電氣化鐵路沿線，除電分相處，有列車經(jīng)過(guò)時(shí)進(jìn)行的電磁環(huán)境測(cè)試，即為普通點(diǎn)電磁發(fā)射數(shù)據(jù)。測(cè)試場(chǎng)景選擇在開(kāi)闊的環(huán)境，這時(shí)地形反射的貢獻(xiàn)率共計(jì)3 dBμV/m，包含在測(cè)量值中，實(shí)際測(cè)量值為理論值與3 dBμV/m之和。

典型電分相測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。具體測(cè)試距離見(jiàn)表1。表1中，對(duì)普通點(diǎn)而言，測(cè)試距離表示測(cè)試天線到接觸線的垂直距離；對(duì)電分相而言，測(cè)試距離表示天線與拉弧點(diǎn)的距離。

表1 測(cè)試距離

圖1 典型電分相測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

2.2 測(cè)試參數(shù)設(shè)置

電氣化鐵路對(duì)外輻射的測(cè)試參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T24338.2《軌道交通電磁兼容第2部分：整個(gè)軌道系統(tǒng)對(duì)外界的發(fā)射》，為了分析電弧對(duì)機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)的影響，實(shí)際測(cè)試時(shí)，對(duì)全向信標(biāo)頻段(108～117.975 MHz)，采用點(diǎn)頻測(cè)試為主，掃頻測(cè)試為輔的測(cè)試模式。點(diǎn)頻測(cè)試是指使用接收機(jī)對(duì)單個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量單頻點(diǎn)的電磁輻射大小；掃頻測(cè)試是指使用頻譜儀對(duì)一個(gè)頻段內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，觀察這一頻段內(nèi)弓網(wǎng)離線電弧電磁幅射的變化趨勢(shì)。按CISPR16-1《無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范》規(guī)定，具體測(cè)試儀器及測(cè)試參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2中，電磁干擾接收機(jī)用于點(diǎn)頻測(cè)試，根據(jù)CISPR16-1規(guī)定，分辨率帶寬(RBW)為120 kHz，采用峰值檢波(PeaK detector，PK)、準(zhǔn)峰值檢波(Quasi PeaK detector,QPK)與平均值檢波(AVerage detector，AV)3種測(cè)試方式。電磁干擾頻譜儀用于掃頻測(cè)試，根據(jù)MHT4046-2017《民用機(jī)場(chǎng)與地面航空無(wú)線電臺(tái)(站)電磁環(huán)境測(cè)試規(guī)范》，分辨率帶寬為10 kHz，采用平均值檢波方式。雙錐天線的極化方式為水平極化，架設(shè)高度為1.8 m[19]。不論掃頻測(cè)試還是點(diǎn)頻測(cè)試，每次測(cè)試持續(xù)30 s左右，記錄了列車駛來(lái)、駛過(guò)、遠(yuǎn)離的整體電磁發(fā)射情況，并記錄數(shù)據(jù)。

表2 測(cè)試儀器型號(hào)及技術(shù)指標(biāo)

3 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

在實(shí)地測(cè)試時(shí)，先使用頻譜儀對(duì)整個(gè)航向信標(biāo)頻段進(jìn)行掃頻測(cè)試。掃頻數(shù)據(jù)雖然不能定標(biāo)，但能夠反映變化趨勢(shì)，主要目的是觀測(cè)來(lái)車前后整個(gè)頻段頻譜變化情況。然后再對(duì)掃頻頻段中的典型頻點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)頻測(cè)試，讀取該頻點(diǎn)的電磁輻射數(shù)值。

3.1 掃頻測(cè)試數(shù)據(jù)

典型的掃頻測(cè)試數(shù)據(jù)如圖2～圖4所示，分別是武黃線典型頻譜儀的背景測(cè)試數(shù)據(jù)、普通點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)和電分相測(cè)試數(shù)據(jù)。每張圖中都有2條頻譜曲線，上邊的頻譜曲線為多次掃頻的MaxHold(峰值保持)結(jié)果，下邊的曲線為單次掃頻的Clear/Write(實(shí)時(shí)刷新)結(jié)果。

圖2 背景測(cè)試結(jié)果(武黃線)

圖3 普通點(diǎn)測(cè)試結(jié)果(武黃線)

圖4 電分相測(cè)試結(jié)果(武黃線)

由圖2看出背景場(chǎng)強(qiáng)最大值約為15 dBμV/m。由圖3可以看出，普通點(diǎn)來(lái)車最大值約為18 dBμV/m， 比背景抬高了3 dB左右，影響較小。由圖4可以看出，電分相來(lái)車測(cè)試結(jié)果在全向信標(biāo)整個(gè)頻段內(nèi)都有抬升，并且非常明顯，最大值最大可達(dá)47 dBμV/m，說(shuō)明電氣化列車過(guò)電分相時(shí)，對(duì)外產(chǎn)生了較大的寬帶電磁發(fā)射。

3.2 點(diǎn)頻測(cè)試數(shù)據(jù)

在全向信標(biāo)頻段內(nèi)選取6個(gè)頻點(diǎn)108、110、112、114、116、118 MHz進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)頻點(diǎn)10趟 車進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。每次測(cè)試時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)都會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，在車輛經(jīng)過(guò)電分相拉弧點(diǎn)時(shí)達(dá)到最大值。接收機(jī)的讀數(shù)加上天線系數(shù)換算成空間場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)值。

由于實(shí)測(cè)場(chǎng)地的限制，不同的測(cè)試點(diǎn)距離不一樣，為了便于比較，考慮電磁波的空間衰減，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T24338和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62236-2中公式，將測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行10 m法轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換公式為

E10=ED+20nlg(D/10)

(3)

式中：E10為10 m法值；D為實(shí)際測(cè)試點(diǎn)與發(fā)射源的距離；ED為D處的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量值；n為與頻率有關(guān)的系數(shù)，頻率在108～110 MHz時(shí)，n=1；頻率在110～117.975 MHz時(shí)，n=1.2。所有頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)形式類似，例如110 MHz頻點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 110 MHz點(diǎn)頻測(cè)試數(shù)據(jù)(dBμV/m)

表3中，動(dòng)態(tài)范圍是指接收機(jī)的讀數(shù)不斷變化、來(lái)回跳動(dòng)的數(shù)值，來(lái)車時(shí)跳動(dòng)明顯；最大值是指接收機(jī)讀取到的最大讀數(shù)。括號(hào)內(nèi)為10 m法換算數(shù)值。從表3中可以看出，峰值檢波較其他2種方法得到的測(cè)試值都大，考慮到最嚴(yán)苛的情況，一般將峰值檢波值作為分析數(shù)據(jù)；同樣可以看出列車經(jīng)過(guò)分相處的值比背景點(diǎn)值高20 dBμV/m左右。

通過(guò)比較掃頻測(cè)試數(shù)據(jù)和點(diǎn)頻測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，點(diǎn)頻數(shù)據(jù)普遍大于掃頻數(shù)據(jù)，這是因?yàn)橄嗤瑫r(shí)間內(nèi)，點(diǎn)頻掃描次數(shù)大于掃頻次數(shù)。所以本文的分析均以點(diǎn)頻測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析。

4 測(cè)試結(jié)果分析

為了便于與已有的研究比較，本文采用回歸分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，改進(jìn)分析方法，考慮到最嚴(yán)苛的情況，擬合數(shù)據(jù)選取峰值測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析的基本過(guò)程包括模型的假定，模型參數(shù)的計(jì)算，考察假定模型的合理性[20-21]。根據(jù)已有的電磁輻射理論知識(shí)，隨著頻率的增加，電磁輻射能量呈下降趨勢(shì)。已有的研究，假定模型為最小二乘模型:

Ei=a+blgfi+εi

(4)

式中：fi為頻率；Ei為電場(chǎng)強(qiáng)度；a為截距；b為回歸系數(shù)；εi為誤差[22]。利用使最小二乘殘差最小的方法計(jì)算得到a和b的值，得到擬合模型，該普通模型以lgfi表示頻率變化范圍很寬的關(guān)系，但是沒(méi)有考慮誤差的異方差性，沒(méi)有考察得到的模型的合理性或者考察不充分。本文提出了改進(jìn)的最小二乘模型，并與已有的假定模型進(jìn)行比較。

4.1 模型假定和參數(shù)計(jì)算

本節(jié)首先以電分相測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，驗(yàn)證改進(jìn)模型的合理性，然后用同樣的方法分析普通點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，最后將分析結(jié)果畫(huà)在同一圖形上進(jìn)行比較。

本文的測(cè)試頻率范圍比較窄，對(duì)每個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行了重復(fù)測(cè)試，沒(méi)有必要對(duì)模型的異方差性的形式作假設(shè)，從散點(diǎn)圖可以直接觀察到誤差的變動(dòng)。以武黃線上電分相處的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，電場(chǎng)強(qiáng)度E的10 m法換算值E10對(duì)頻點(diǎn)f的散點(diǎn)圖如圖5所示。

由圖5可以看出，場(chǎng)強(qiáng)的方差開(kāi)始有一個(gè)下降的趨勢(shì)，在頻點(diǎn)116 MHz處有一個(gè)跳變。其回歸模型可以寫(xiě)為

圖5 E10對(duì)f的散點(diǎn)圖

Eji=β0+β1fi+εji

i=1,2,…,6；j=1,2,…,10

(5)

(6)

第i個(gè)頻點(diǎn)中第j個(gè)測(cè)試值的殘差可以寫(xiě)成

(7)

為場(chǎng)強(qiáng)在fi頻點(diǎn)處的方差估計(jì)量。

經(jīng)過(guò)變換后的模型(6)是一個(gè)沒(méi)有截距的回歸模型，β0為1/ωji的系數(shù)，β1為fi/ωji的系數(shù)，誤差項(xiàng)εji/ωji的方差是一穩(wěn)定的值，可以對(duì)其直接進(jìn)行最小二乘估計(jì)得到回歸系數(shù)β0、β1的值。

以武黃線上電分相處的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，分別對(duì)模型(6)和模型(4)進(jìn)行回歸分析，模型(6)的回歸結(jié)果取最嚴(yán)苛的情況，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 2種模型的回歸結(jié)果

改進(jìn)的最小二乘模型和最小二乘模型2種模型下的回歸表達(dá)式分別為

Ei=126.360 8+0.411 8fi

(8)

Ei=214.372 4-68.443 3lgfi

(9)

2種模型的合理性通過(guò)4.2節(jié)的分析來(lái)考察。

4.2 考察假定模型的合理性

得到假定模型回歸系數(shù)后，考察假定模型的合理性是必須的。決定系數(shù)R越大，說(shuō)明E的絕大部分變化可由f來(lái)解釋，從而說(shuō)明假定模型的合理性。

R2=1-SSE/SST

(10)

(11)

(12)

式中：SST為總離差平方和；SSE為殘差平方和。由表4的回歸結(jié)果可以看出改進(jìn)的最小二乘模型的R2為0.999 7,接近1，說(shuō)明線性關(guān)系很強(qiáng)。最小二乘模型的R2只有0.637 7，線性關(guān)系較弱。

另一個(gè)簡(jiǎn)單有效的檢測(cè)假定模型合理性的方法是考察殘差圖。對(duì)于式(6)表示的變換后的假定模型可以簡(jiǎn)化為

yji=β0xi1+β1xi2

(13)

(14)

(15)

對(duì)應(yīng)的方差為Var(eji)，則標(biāo)準(zhǔn)化殘差為

(16)

同樣以武黃線上電分相上測(cè)試數(shù)據(jù)為例，改進(jìn)的最小二乘模型的殘差圖如圖6所示，最小二乘模型的殘差圖如圖7所示。

圖6 改進(jìn)的最小二乘模型殘差圖

圖7 最小二乘模型殘差圖

由圖6可以看出各個(gè)頻點(diǎn)的殘差均離零點(diǎn)較近，且殘差的置信區(qū)間都包含零點(diǎn)，說(shuō)明本文改進(jìn)的最小二乘模型能較好地解釋測(cè)試數(shù)據(jù)，即說(shuō)明了假定模型的合理性。從圖7中可以看出，118 MHz 頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的殘差出現(xiàn)異常，108 MHz頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的殘差距離零點(diǎn)也較遠(yuǎn)。說(shuō)明普通最小二乘模型不能很好地解釋測(cè)試數(shù)據(jù)。

通過(guò)考察可以看出，本文改進(jìn)的最小二乘模型較最小二乘模型更合理。在模型(6)的回歸系數(shù)下，分別對(duì)兩條線上電分相點(diǎn)、普通點(diǎn)和背景點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行上述分析，得到各種情況下場(chǎng)強(qiáng)10米法值與頻率關(guān)系如圖8所示。

圖8 場(chǎng)強(qiáng)10米法值E10與頻率f關(guān)系曲線

從圖8可以看出，電分相處的電弧輻射比普通點(diǎn)處高出近20 dBμV/m，這和前面直接分析數(shù)據(jù)得出的結(jié)論符合，可以說(shuō)明改進(jìn)的最小二乘模型的準(zhǔn)確性和合理性。

5 電分相電磁輻射對(duì)機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)的影響

機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)臺(tái)與機(jī)載接收機(jī)配合工作，向航空器提供全方位引導(dǎo)信息，引導(dǎo)航空器沿預(yù)定航線飛行、進(jìn)離場(chǎng)和進(jìn)近。GB 6364—2013指出，飛機(jī)高度為400 m時(shí)，機(jī)場(chǎng)全向信標(biāo)臺(tái)的信號(hào)覆蓋區(qū)半徑為65 km，覆蓋區(qū)內(nèi)最低信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)為90 μV/m(107 dBw/m2)，對(duì)應(yīng)約為39 dBμV/m，對(duì)各種有源干擾的防護(hù)率為20 dB。國(guó)標(biāo)GB 6364—2013還規(guī)定了全向信標(biāo)臺(tái)的電磁環(huán)境要求，以信標(biāo)天線基礎(chǔ)中心為基準(zhǔn)點(diǎn)，以天線基礎(chǔ)水平面為基準(zhǔn)面，半徑200 m以內(nèi)沒(méi)有超出基準(zhǔn)面高度的障礙物，半徑300 m以外的障礙物相對(duì)于基準(zhǔn)面的垂直張角不應(yīng)超出2°。即，機(jī)場(chǎng)環(huán)境為開(kāi)闊環(huán)境，飛機(jī)接受全向信標(biāo)只需考慮3 dBμV/m的地面反射貢獻(xiàn)率，全向信標(biāo)覆蓋區(qū)域信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)在42 dBμV/m以上。

飛機(jī)在進(jìn)離場(chǎng)和進(jìn)近過(guò)程中，一方面接受全向信標(biāo)的有用信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)EU，一方面會(huì)接收到電分相電弧輻射場(chǎng)強(qiáng)ED。電分相產(chǎn)生的輻射為瞬態(tài)寬帶干擾，無(wú)規(guī)律，隨機(jī)發(fā)生，持續(xù)時(shí)間雖短，也有300～600 ms，在實(shí)際中，瞬態(tài)干擾有過(guò)發(fā)生，會(huì)對(duì)甚高頻通話有干擾。飛機(jī)與電分相距離發(fā)生變化的同時(shí)與全向信標(biāo)臺(tái)的距離發(fā)生同樣的變化。為了滿足標(biāo)準(zhǔn)GB 6364—2013規(guī)定的20 dB的防護(hù)率要求，最嚴(yán)苛的情況需滿足：

EUmin-EDmax>20

(17)

通過(guò)分析，EUmin取值為42 dBμV/m，為飛機(jī)進(jìn)離場(chǎng)過(guò)程中受到電分析電弧輻射的最大場(chǎng)強(qiáng)，由轉(zhuǎn)換式(3)可知滿足：

EDmax=E10max-20nlg(D/10)

(18)

從圖8中可以看出，在全向信標(biāo)的頻率范圍內(nèi)，最大場(chǎng)強(qiáng)為75.88 dBμV/m，出現(xiàn)在108 MHz處，即E10max=75.88 dBμV/m，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T24338和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62236-2，n取值為1。D為飛機(jī)進(jìn)離場(chǎng)過(guò)程中與電分相的距離，由式(17)和式(18)可以得到

D>4 943.106 9 m

即D的最小距離約為4.944 km。因此，當(dāng)電氣化鐵路電分相點(diǎn)與飛機(jī)距離小于4.944 km時(shí)，可能對(duì)飛機(jī)接收全向信標(biāo)臺(tái)信號(hào)產(chǎn)生影響。

6 結(jié) 論

1) 弓網(wǎng)離線電弧電磁輻射是隨機(jī)的，在電分相處強(qiáng)度比普通點(diǎn)處大，峰值檢波得到的數(shù)據(jù)最嚴(yán)苛。

2) 當(dāng)測(cè)試頻率范圍較窄時(shí)，現(xiàn)代電氣化鐵路弓網(wǎng)電弧電分相處測(cè)試數(shù)據(jù)，不能直接使用最小二乘回歸分析，需要進(jìn)行變量變換，得到擬合曲線。得到頻率范圍內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)最大值及對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)。電磁輻射大小隨頻率的增加而減小。

3) 由擬合曲線得到頻率范圍內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)最大值及對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)，從而計(jì)算得到當(dāng)電氣化鐵路電分相點(diǎn)與飛機(jī)距離小于4.944 km時(shí)，可能會(huì)對(duì)全向信標(biāo)臺(tái)信號(hào)產(chǎn)生影響。

本研究結(jié)果能夠?yàn)檐壍离姎饣兔裼煤娇者@兩大工業(yè)體系在機(jī)場(chǎng)區(qū)域的電磁兼容性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。