通信车辆电磁兼容问题研究

毛得明，谢瑞云，马　谢

(西南通信研究所，四川 成都 610041)



通信车辆电磁兼容问题研究

毛得明，谢瑞云，马谢

(西南通信研究所，四川 成都 610041)

摘要：针对通信车辆底盘电气系统对车载跳频电台干扰问题进行研究。在对车辆底盘电气系统分析的基础上，通过信道模拟法，分析了车辆底盘电气系统对车载通信设备干扰途径，主要是通过辐射发射方式耦合到车载跳频电台天线，增大背景噪声，降低跳频电台接收机灵敏度，减小电台通信距离。提出了快速和有效的通信底盘电气系统对车载跳频电台干扰量测试与整改验证方案，并采取简单及有效的电磁兼容整改措施。经检验，底盘电气系统对车载跳频通信设备的干扰量由原来3～4dB降至0.3dB以下，即由原来开发动机时车载跳频电台只能通信15km，改善为在开发动机时仍能通信23.64km，满足战术通信指标要求。

关键词：电磁兼容；通信车辆；跳频通信

0引言

车辆底盘电气系统包括蓄电池、发电机(一般情况下指交流发电机)、启动机、灯光照明、辅助电器、雨刮、中央控制盒和电压调节器等电气设备。车辆底盘电气设备中存在大量的继电器和电感负载等，可能产生大量的干扰，通过电源线传导耦合或辐射耦合到车载通信设备中，严重影响车载通信设备的战术指标[1]。分析和解决车辆底盘电气系统对车载通信设备的干扰分析已经迫在眉睫[2]。

本文通信车辆车载跳频通信电台在未开动发动机时候，可以通信22.6km，而在开动发动机时只能通信15km，是一个典型的电磁兼容问题。本文主要针对此问题进行诊断和分析，并最终解决该问题。

1电磁干扰诊断方案

通信车辆底盘电气系统是一个复杂的系统，分析和诊断底盘电气系统对车载跳频电台的影响是一个复杂电磁兼容性问题，采用快速和有效电磁兼容诊断实验方案是分析和解决该问题的关键，本文采用排除法与模拟法相结合的方案，快速定位电磁兼容性问题，采用行之有效的措施和简化模拟的验证手段，最终解决了该电磁兼容性问题。本文采用如下3个实验方案，对该问题进行分析、定位与验证。

1.1排除无传导干扰试验

干扰耦合途径分为两类：传导耦合途径和辐射耦合途径[3-8]。因此首先采用实验方案一来定位和分析底盘电气是通过何种耦合途径来干扰车载跳频电台，如图1所示。车载跳频电台由车辆的蓄电池/硅发电机，通过综合电源进行供电，而陪测电台单独由市电进行供电。陪测电台射频输出端，直接通过可变衰减器，接到车载跳频电台射频输入端。通过调整可变衰减器的衰减量，可以找出电台能够通信时，可变衰减器最大衰减量值，此时，两电台间相互通信话音质量以可分辨为标准。分别开与关发动机时，比较衰减量的大小，如果开与关发动机，衰减量一样大，则说明底盘电气对车载跳频电台的干扰是通过辐射发射方式进行影响的；如果开发动机时衰减量C1小于关发动机时衰减量C2，则说明底盘电气通过传导耦合方式干扰车载跳频电台的干扰量为C2-C1。

图1　验证无传导干扰实验原理图

经实验，开与关发动机时，可变衰减器的衰减量分别为C1=162dB和C2=162dB，说明开发动机对车载跳频电台通信没有影响，底盘电气只通过辐射发射方式干扰车载跳频电台。

1.2验证、测量辐射干扰试验

为了进一步验证实验方案一分析的结论，设计了第二套实验方案。在实验方案一中可变衰减器与车载跳频电台射频端之间加一个三端口网络，如图2所示，并将其一端口与车载天线相连接。实验方案二中实验方法、判断依据和步骤与实验方案一相同。

图2　验证、测量辐射干扰实验原理图

经实验，开与关发动机，衰减量分别为R1=142dB和R2=145dB，进一步证明了此时开发动机对车载跳频电台通信有影响，底盘电气通过辐射发射方式干扰车载跳频电台，干扰量为R2-R1=3dB。此时，底盘电气产生的辐射发射干扰，通过车载跳频电台天线耦合到跳频电台接收端，相应于提高车载跳频电台的背景噪声，影响车载跳频电台接收灵敏度，从而影响车载跳频电台通信距离。

1.3测量辐射干扰量

为了模拟2个电台实际拉距实验，定量测量辐射干扰量，采用了如图3所示的实验方案。被测车辆部分包括蓄电池/硅发电机等底盘电气、综合电源、车载跳频电台及车载天线，是通信车辆实际工作际情况连接图；陪测部分包括市电供电部分、陪测电台、可变衰减器和天线，其中可变衰减器是模拟实际拉距，电磁波传输损耗。

图3　测量辐射干扰量实验图

电台间通信采用跳频模式，分别采用3个不同的跳频表，覆盖整个频率范围。陪测电台射频输出端，通过调整可变衰减器的衰减量，可能找出电台能够通信时，可变衰减器最大衰减量值，此时，两电台间相互通信话音质量以可分辨为标准。经实验，实验结果如表1所示。

表1　采用不同跳频表时底盘电气对车载跳频电台干扰量

由实验结果可知，开与关发动机，采用03-000跳频表时，衰减量分别为L1=27dB和L2=30dB，表明在03-000跳频表频段内，开发动机对车载跳频电台的干扰量为3dB；采用04-000跳频表时，衰减量分别为L1=30dB和L2=34dB，表明在04-000跳频表频段内，开发动机对车载跳频电台的干扰量为4 dB；采用05-000表时，衰减量分别为L1=25.6dB和L2=29.6dB，表明在05-000跳频表频段内，开发动机对车载跳频电台的干扰量为4dB。进一步证明了开发动机底盘电气对车载跳频电台通信有影响，而且影响覆盖了整个通信频段，底盘电气通过辐射发射方式干扰车载跳频电台，干扰量为3～4 dB。

2电磁兼容性措施

经过上一节的分析与实验，可得到车辆底盘电气主要是通过辐射耦合方式干扰车载跳频电台的，干扰量为3.0～4.0dB。车辆底盘电气系统采用单线制供电，部分连接图如图4所示。

图4　车辆底盘电气系统部分连接图

采用近场探头对底盘电气部分进行进一步的定位，用近场探头发现硅发电机/蓄电池到底盘电气控制盒的正极电缆1，以及底盘电气控制单元到启动线束总成的电缆2辐射干扰大，电场测试结果如图5所示。

图5　近场探头线缆幅射测试结果

硅发电机/蓄电池到底盘电气控制单元的电缆1大约1.8m，硅发电机工作时，产生大量的高频干扰，通过该电缆辐射出来，被车载跳频电台天线接收，极大提高了背景噪声，影响车载跳频电台接收灵敏度。可以采用屏蔽、滤波及接地的方法来改善电磁兼容性，但是考虑加滤波器操作难度及成本问题，本文采用了屏蔽与良好接地相结合的方法，将电缆1和电缆2分别加了一层屏蔽层，电缆1实行两端接地，电缆2实行多点接地。上述接地、搭接及屏蔽设计的实施可以参考GJB 1210-91或参考文献[9-12]，再按图3的方法进行测量，测量结果如表2所示。

表2采取措施后底盘电气对车载跳频电台干扰量

跳频表号未开发动机时可变衰减器的衰减量/dB开发动机时可变衰减器的衰减量/dB开发动机对车载电台干扰量/dB03-00018.218.60.404-00027.227.40.205-00031.031.10.1

经实验，实验结果如表2所示，采取屏蔽和接地措施以后，开与关发动机，采用03-000表时，衰减量分别为18.2dB和18.6dB，表明在03-000跳频表频段内，开发动机对车载跳频电台的干扰量为0.4 dB；采用04-000表时，衰减量分别为27.2dB和27.4dB，表明在04-000跳频表频段内，开发动机对车载跳频电台的干扰量为0.2dB；采用05-000表时，衰减量分别为31.0dB和31.1dB，表明在05-000跳频表频段内，开发动机对车载跳频电台的干扰量为0.1 dB。

采取屏蔽和接地措施以后，极大地减小了开发动机底盘电气对车载跳频电台通信干扰量，由原来3.0～4.0dB的干扰量降至0.1～0.4dB干扰量。

3测试结果分析、评估与误差分析

3.1测试结果分析

表1和表2中，未开发动机时，不同跳频表衰减量不同，可能是因为不同跳频表覆盖不同的频段，而每个频段的背景噪声不一样引起的。表1与表2同一个跳频表衰减量不同，可能是因为二次实验车辆与陪测电台的位置不一致，以及不同时段背景噪声不一样引起的。

未开发动机与开发动机衰减量的绝对值，对于本实验是不产生影响的，本实验关心的是未开发动机与开发动机衰减量的差值，即开发动机后底盘电气干扰车载跳频电台的干扰量。

3.2测试结果评估

当开发动机时，底盘电气干扰车载跳频电台干扰量为3.0～4.0dB，而反映到实际拉距中相差7.6 km。采取措施后开发动机时，底盘电气干扰车载跳频电台干扰量为0.1～0.4dB，本文采用外推法，如图6所示，来计算采取措施后实际拉距相差的距离，验证采取措施的效果，及车载跳频电台通信距离否达到战术指标要求。

以05-000跳频表为例，未采取措施前，底盘电气干扰车载跳频电台干扰量为4dB，即为2.5倍；采取措施后，底盘电气干扰车载跳频电台干扰量为0.1 dB，即为1.023倍。采用图6的外推法可以计算出开关发动机，车载通信距离相差116m。

图6　用外推法计算影响距离示意图

采用GPS定位，进行实际拉距实验时，动中通的直线距离为23.64km，再行驶一段距离，关掉发动机，最多能通信的距离为23.64km，底盘电气干扰车载跳频电台通信距离小于20m。

3.3误差分析

用外推法计算的0.1dB影响的通信距离为116m，但在实际拉距中，开发动机底盘电气对车载跳频电台通信距离影响只有20m。对此误差进行分析。

外推法所用到的2个初始条件：开发动机时，通信距离15km；未开发动机时，通信距离22.6km。由于受人主观因素及测试环境影响，数据上存在一定的误差。因此，分别精确和客观地测量整改前开与关发动机跳频电台通信距离是进行外推法评估整改结果的前提。

在实际拉距测量时，周围有一座高楼、地势有一定坡度。23.64km测试点相对于23.66km测试点，刚好在高楼前面，地势也高一些，相当于减少开发动机底盘电气对跳频电台通信距离影响。

4结束语

本文针对车辆底盘电气影响车载跳频电台通信距离的问题进行分析，从判断干扰耦合途径入手，设计了一系列的实验方案——信道模拟，提出了实验数据评估方法——外推法，并采取简单、易于操作及

有效的EMC整改措施，极大地减少了车辆底盘电气对车载跳频电台的影响，使车载跳频电台满足战术指标要求。

经证实，采用信道模拟的实验方案，可以降低成本和缩短实验时间，是一种可行性高、可靠性强和有效的实验方案。采用外推法，在精确测量原始数据的条件下，可以较准确估算出采取EMC整改方案后，车辆底盘电气对车载跳频电台的影响，缩短实验周期，提高效率，降低成本，提高验证整改效果的可行性，是一种行之有效的方法。

参考文献

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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

中图分类号：TP391.4

文献标志码：A

文章编号：1003-3114(2016)03-94-4

作者简介：毛得明(1982—)，男，硕士，工程师，主要研究方向：设备和系统电磁兼容。谢瑞云(1978—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：网络主动防御和电磁兼容。

收稿日期：2016-01-18

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2016.03.25

引用格式：毛得明，谢瑞云，马谢.通信车辆电磁兼容问题研究[J].无线电通信技术,2016,42(3):94-97.