舰船通信系统电磁干扰探讨*

曹军旗

(武汉船舶通信研究所， 湖北 武汉 430079)

舰船通信系统电磁干扰探讨*

曹军旗

(武汉船舶通信研究所， 湖北 武汉 430079)

随着电子技术、通信技术的飞速发展，对舰船通信能力的要求也不断提高，舰船通信系统多频段、多业务和多电台同时通信成为对舰船通信系统的基本要求。电磁干扰是影响舰船通信系统通信质量的主要原因。要提高通信质量，就要对通信系统的电磁干扰进行系统性分析。在通信系统中，天线作为实现通信电磁发射、接收的载体，是通信系统设计时的主要关注点之一。文中分析了舰船通信系统多天线之间的相互作用以及相互干扰产生的可能原因，就改善通信系统电磁干扰提出了建议。

综合通信系统；电磁干扰；阻塞

引 言

随着电子技术、通信技术的飞速发展，舰船综合通信系统中的电子设备向着小型化、网络化、集成化方向发展。随着舰船通信要求的不断提升，通信天线的数量不断增加，工作频带越来越宽。舰船作为一种特殊的通信载体，由于受舰面空间所限，各类通信天线的近场耦合、相互之间的干扰成为舰船通信系统设计中需着重考虑的问题。舰船通信时往往要求多个通信网络同时开通、并行工作，因此，对干扰进行的分析探讨对通信系统功能的实现至关重要。

1 干扰形成及类型分析

1.1 干扰条件

对于舰船综合通信系统电磁干扰来说，不论以何种形式表现，其发生源头归结起来无不具备3个基本条件：干扰源、传播干扰能量的途径和通道、被干扰对象(敏感设备)的响应。

1.2 干扰途径

电磁干扰传播途径一般分为2种：传导耦合和辐射耦合。干扰源和敏感器之间必须有完整的电路连接才能进行传导传输，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，产生干扰现象。这个传输电路可以是导线，也可以是设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电容或互感元件等。舰船上传导干扰常常存在于公共地线回路中，若搭接、接地处理不好极易产生相互干扰影响系统整体电磁兼容性能。虽然舰船的建造严格按照GJB1046-1990《舰船搭接、接地、屏蔽、滤波及电缆的电磁兼容性要求和方法》进行，但是在实际执行过程中，建造人员的熟练程度及其他人为因素导致的问题出现的概率较大。在这方面各船厂均有很多来自生产实践的案例和解决办法，本文不展开描述。

辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合有3种：甲天线发射的电磁波被乙天线意外接收，称为天线对天线耦合；空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；2根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。在实际工程中，2个设备之间发生干扰通常包含着多种途径的耦合。正因为多种途径耦合的同时存在，反复交叉耦合，共同产生干扰，才使电磁干扰变得难以控制。下面主要从系统角度讨论舰船综合通信系统的干扰。

1.3 干扰类型

随着应用需求的变化，目前舰船上装备有通信设备、雷达设备、导航、电子对抗设备等众多类型的电子设备，工作频段从甚低频到极高频。虽然在舰船总体设计时对舰面天线布置进行了优化设计和仿真测试，采取了诸如收发天线分区、分散布置，雷达天线、卫通天线、电子战天线在高度上尽量错开，统一触发和匿影等技术措施，但是有限的舰船平台同不断扩展的使命任务要求之间的矛盾决定了在同一个平台通信系统内和系统间，各设备自身特性所决定的干扰不可能得到全部解决。无线电发射、辐射、感应或组合会产生多种相互干扰，如同频干扰、邻道干扰、发信机互调、谐波和杂散干扰、阻塞干扰等。噪声和干扰超过一定的限值后，通信质量将明显下降，甚至无法正常通信。

1.3.1 同频干扰

凡由其他信号源发送过来的与本信号源产生的有用信号的频率相同并以同样的传输方法进入收信机中频通带的干扰都称为同频干扰。由于同频干扰信号和有用信号一起同样被放大、检波，当2个信号出现载频差时，会产生差拍干扰[1]；当2个信号的调制度不同且差异较大时，会产生失真干扰。干扰信号越大，接收机的输出信噪比就越小。当干扰信号足够大时，便可产生接收机的阻塞干扰。有的同频干扰是由于同频复用距离太小而产生的。一些违反无线电频率管理规定的违规电台或使用时间过长性能指标严重超标的电台，因复用距离太小而对正常合法工作电台造成了同频干扰。有的同频干扰是由于低频段电台的高次谐波正好落入高频段电台的工作频段而产生的。

1.3.2 邻频干扰

凡是在收信机射频通带内或通带附近的信号，经变频后落入中频通带内所造成的干扰，称为邻频干扰。这种干扰会使收信机信噪比下降，灵敏度降低，强干扰信号可引起接收机的阻塞干扰。这种干扰大部分是由于无线电设备的技术指标不符合国家标准而产生的。对于发射机来说，若频率稳度太差或调制度过大造成发射频谱过宽，就可形成对其他电台的邻频干扰。若不严格控制影响发射机带宽的因素，就很容易产生不必要的带外辐射。对于收信机来说，当中频滤波器选择性不良时，也容易形成干扰或使干扰更严重。

1.3.3 带外干扰

发信机的杂散辐射和收信机的杂散响应产生的干扰，称为带外干扰。

(1)发信机的杂散辐射干扰

这种干扰是由于发信机的杂散辐射值过大形成的，为此，国家标准大都对这种类型的发信机的杂散辐射进行了严格的规定。发信机的杂散辐射值过大，通常是由倍频次数多、倍频器输出回路的选择性差、倍频器之间的屏蔽隔离不良等因素造成的。

(2)收信机的杂散响应

收信机除收到有用信号外，还能收到其他频率的无用信号。对于无用信号的“响应”能力通常称为杂散响应，与收信机本振的频率纯度有关。超外差或收信机的杂散响应主要有镜频响应和中频响应。收信机的杂散响应通常是由发信机的杂散辐射造成的，也与收信机自身本振的频率纯度、输入回路和高放回路选择性直接相关。

1.3.4 互调干扰

互调干扰是指2个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生与有用信号频率相近的频率，从而对通信系统造成干扰的现象。移动通信系统中产生的互调干扰主要有3种：发射机互调、接收机互调和外部效应引起的互调。

(1)发射机互调

发射互调[2]是由于2个发射机发射天线距离较近(几米到几十米)，频率也相近，一台发射机的功率通过天线耦合到另一台发射机内而互相在对方发射机内的功放级产生互调(互调频率f=mf1±nf2), 然后再发射出去。

常见的发射互调分2种：

1)f0= 2f1-f2，称为三阶一型发射互调；

2)f0=f1+f2-f3，称为三阶二型发射互调。

(2)接收机互调

接收天线上的接头、触点等锈蚀后，都有半导体的单向导电性，在强信号下就能产生混频f=mf1±nf2。

常见的接收互调分2种：

1)f0= 2f1-f2，称为三阶一型接收互调；

2)f0=f1+f2-f3，称为三阶二型接收互调。

1.3.5 阻塞干扰

阻塞干扰是指收信机在接收外来信号时受本舰船发信机阻塞产生的干扰现象。当发信机工作时，收信机高频放大管受到激励，工作在管子放大特性的非线性区域，使所有的信号出现在收信机的通带和电路内，产生交叉调制分量，引起网络阻塞，频带干扰严重。

2 改善电磁干扰的几点建议

无论何种电磁干扰，归根结底都要围绕电磁干扰三要素展开分析、预计和防护。因此，在舰船总体、通信系统及无线电设备的初期设计中，均应从这3个方面对系统的电磁干扰进行综合预测分析和设计，预先检验计算，并全面规划实施细则和步骤，做到防患于未然。现就改善电磁干扰提出以下6点建议：

1)在舰船总体布置天线时，建议加大发发天线、收发天线的空间间隔，对于同频段天线，除尽量加大水平距离外，还应尽量考虑垂直距离上的空间分隔方式：在不同频段的设备各自加装带通滤波器，减少本天线对其他设备的干扰，也避免其他天线的发射信号进入本发射系统；采用高Q值谐振腔等措施消除发射互调。

2)提高接收机的射频互调抗拒比，一般要求高于70 dB;发射机采用有关特性器件，不出现或出现很小的三次项；在设计系统通信组织预案时，选用无三阶互调信道等减少接收机互调。

3)选用带外噪声性能较好的发信设备，但由于设备长期使用，元器件老化，性能指标会下降，带外性能也可能下降。要减少此干扰，就必须严格按照国家有关标准，建立发射设备定期检测制度，以保证设备性能，减少带外干扰。

4)在设计、施工过程中严格按照有关标准进行施工，提高舰船建造工艺，经常对接地电阻进行测试，以减少因接地不良造成的电磁干扰。

5)做好综合通信系统电磁兼容分析和管理工作，统一规划使用电磁频率，减少因频率分配原因产生的电磁干扰。

6)随着电磁兼容工作在舰船设计中受重视程度的提高，新造舰船的电磁兼容性能不断得到提升。但是随着电子设备的持续使用，电磁兼容性能会发生变化，因此仍需加强电磁干扰预防和定期检测工作，解决或降低电磁干扰对通信系统造成的影响。

3 结束语

文中分析了舰船综合通信系统电子干扰产生的原因，根据原因分析提出了降低电磁干扰的几点建议。随着通信技术的不断发展，一些新的解决电磁干扰的方法和手段会不断出现，但对电磁干扰的研究仍是一项长期艰巨的任务。

[1] 杨克俊. 电磁兼容原理与设计技术[M]. 北京:人民邮电出版社, 2004.

[2] 吕仁清. 电磁兼容性结构设计[M]. 南京： 东南大学出版社，1990.

曹军旗(1976-), 男，工程师，主要从事舰船通信系统设计工作。

Research on Electromagnetic Interference of Ship-borne Integrated Communication System

CAO Jun-qi

(WuhanMaritimeCommunicationInstitute,Wuhan430079,China)

With the rapid development of the electronics and communication technology, there are growing requirements for ship-borne communication capabilities. And simultaneous communication among multi-frequencies, multi-services, and multiple radios has become the primary requirements for ship-borne communication system. Since electromagnetic interference has a major effect on communication quality, analysis of electromagnetic interference in communication system is imperative for improving commutation quality. As the carrier for electromagnetic wave trans-ceiving, the antenna is one of main focuses during communication system design. This paper analyzes the reciprocal effect between multiple antennas in ship-borne communication system and possible causes that produce interferences. Suggestions are put forward to alleviate electromagnetic interferences in communication system.

integrated communication system； electromagnetic interference; blocking

2012-09-16

TN914

A

1008-5300(2013)02-0021-03