舰载通信装备电磁兼容问题及对策

朱华进

摘 要 随着舰船航行距离与航行时间的不断增长，对通信的要求越来越高，在推动舰船信息化水平不断提高的同时，也使得舰载通信装备的种类与数量不断增长。舰载通信装备的丰富在给舰船通信带来便利的同时，却也不可避免地造成了电磁兼容问题，装备相互之间的干扰严重影响了通信装备的正常工作。本文主要针对舰载通信装备的电磁兼容问题进行了分析与研究，并对其解决措施进行了简要的阐述。

【关键词】舰载通信设备 电磁兼容 电磁干扰

1 引言

随着信息技术的不断发展，人们对电磁波的使用越来越频繁，手机通讯、导航、雷达等辐射的电磁波导致电磁环境变得越来越复杂。当有限的空间内存在大量电磁设备同时运行时，将导致严重的电磁干扰现象，影响设备的正常运行。随着舰船信息化水平的提升，舰载通信设备的种类与数量日益增长，在有限的舰船空间中产生了严重的电磁兼容问题，影响了舰载通信装备的正常工作，对舰船的安全具有不利的影响。针对舰载通信装备的电磁兼容问题，本文主要研究分析了其产生原因，并对其解决措施进行了简要的阐述。

2 舰载通信装备的电磁兼容问题分析

随着舰船信息化水平的提高，电磁设备得到了广泛的应用，雷达系统、导航系统、通信系统等各类电磁设备都需要产生、接受电磁信号。在舰船有限的空间中，大量电磁设备的天线密集分布，且频谱分布较为拥挤，加之大量成束电缆的敷设，都有可能造成设备间的电磁干扰，影响装备的正常运行。除了自身电磁装备间的相互干扰外，电磁兼容问题还与舰船所处的电磁环境密切相关，随着海洋电磁环境的日趋复杂以及舰船编队航行等，来自舰船外部的电磁干扰也变得越来越严重。

通信设备作为舰船重要的电磁设备之一，负责舰船与外部的通信与联络，对舰船的安全航行有着重要的意义。舰船通信的方式较多，从微波通信、卫星通信再到激光通信，一方面其电磁波谱段几乎覆盖全部频谱范围，另一方面其辐射功率一般较大，因此其容易受到电磁兼容问题的影响。电磁兼容问题的产生需要具备干扰源与耦合路径两个必要成分，因此本文主要从这两方面对舰载通信装备电磁兼容的产生进行分析。

2.1 干扰源分析

在舰船复杂的电磁环境中，可以产生电磁干扰的信号源种类繁多，主要可以分为自然界干扰源与人工干扰源两大部分。自然界干扰源主要包括雷电以及船体静电等，一般与舰船所处的地理与气候环境密切相关；人工干扰源主要包括舰载的各类电子设备以及外部设备，舰载设备不仅包括雷达系统、导航系统等发射电磁波的设备，还包括电机等机电设备，其在正常运行时也可能产生宽频谱范围内的电磁辐射，而外部干扰源主要包括附近海域其他舰船等。

2.2 耦合路径分析

除了干扰源外，电磁干扰的产生还需要具备耦合路径。一般来说，舰载通信装备主要采用无线通信方式，因此无线传导是其最主要耦合路径；其次各类舰载设备都需要与电源相连接，一些设备运行产生的高次电流谐波将通过电源线传导至其他设置，形成了耦合湖经；另外成束的电缆中由于信号传输线路将会在周围空间中产生电磁场，因此平行的导线将会产生串扰现象，也形成了电磁干扰的耦合路径。

3 舰载通信装备电磁兼容解决措施

根据对电磁兼容问题产生原因的分析，解决舰载通信装备电磁兼容问题主要可以从降低干扰源的辐射，切断耦合路径以及提高通信装备抗干扰能力等几个方面入手，具体来说主要可以分为优化设备结构、设备布局以及系统原理等三个部分。如图1所示。

3.1 设备结构优化

舰载设备的外壳不仅起到支持固定的作用，在另一方面也起着屏蔽电磁信号的作用，通过对外壳材质及结构的优化处理，能够大大增强设备对外部电磁干扰的屏蔽效果。

3.1.1 材质选择

不同的材质对电磁信号的屏蔽特性各不相同，因此应当根据实际舰载通信设备的工作环境，针对待屏蔽信号的特性选择相应的材料作为屏蔽体，屏蔽电场时选择电导率较高的材料，屏蔽磁场时则选择磁导率较高的材料。在常见金属材料相对电导率与相对磁导率中，金的相对电导率最高为1.7，银为1.05；钢的相对磁导率最高为1000，其它均为1。

3.1.2 结构优化

在选定外壳材质后，通过对其结构的优化，也能进一步提高其屏蔽效果。一般来说，在装备四周分别采用接地导体进行屏蔽才能够实现最佳的屏蔽效果，但在舰船环境中不可实现。另一方面，考虑到为了便于对舰载通信设备进行散热、观测及调试，一般其屏蔽外壳多留有口径，通过孔径的合理布置，能最大化外壳的屏蔽效果，同时与开槽相比，同等散热效果下孔径的屏蔽效果要明显更优。

3.2 设备布局优化

除了在设备外壳设计中要考虑电磁兼容问题，在舰载设备的布局设计中，也要充分考虑不同设备间可能存在的电磁干扰问题，合理地布置通信装备，同时还需要对天线等进行特殊处理以减少耦合路径。

3.2.1 设备的合理布局

由于舰船的空间有限，不同装备的布局十分重要，一般来说为了减少不同装备间的电磁干扰，通常将舰船内部进行功能区域的劃分，将雷达、导航、通信等不同功能的装备布置于不同的层次之中，并在层次之间进行电磁屏蔽以减少装备间的干扰。为了避免雷达天线与通信天线的相互照射，一般将二者分置安装并确保雷达的扫描扇区与通信天线的主瓣方向错开，同时通信装备的发射与接受天线在条件允许时也应尽量分开布置，并控制好二者的方向，避免相互干扰。对于其他具有天线的电磁设备，一般根据其频谱进行布局，确保相同频谱带上的装备要分开布置。

3.2.2 传输线路的优化布置

除了通过设备的合理布局减少天线上的耦合外，还要优化电力电缆以及控制电缆等传输线路的布置，做到强电弱电分离、交流直流分离以及输入输出分离，同时尽量使用光缆完成信号的传输，通过光电耦合进一步减少耦合路径。

3.3 系统原理优化

由于舰船的空间有限，通过结构优化与空间布局优化的增益有限，此时还需要通过系统原理层面的优化设计，从信号处理层面削弱电磁兼容问题对舰载通信设备带来的不利影响。

3.3.1 系统硬件优化

舰载通信设备中配置有大量印刷电路板，其中高频电路板的电磁兼容问题较为严重，通过对电路板的合理优化能够有效提高电磁抗干扰能力，一般来说主要包括以下几种措施：

（1）配置去耦合旁路电容。在印刷电路特别是高频电路中，在电源与接地之间配置去耦合旁路电容，不仅能够起到蓄能的效用，还能够起到滤波的作用，有效减少电磁干扰的影响。

（2）合理布局元器件。合理地设计布局电路板各类元器件能够大大提高其抗干扰能力，在高频电路板中，尽量采用多层PCB板的设计，并保证元件的平行布局，同时尽可能缩小高频元件的距离，以提高其抗干扰能力。

（3）合理设计走线。印刷线路板的走线设计也要十分注意，一方面要避免使用直角布线，另一方面尽量加粗电源线与接地线，并采用独立的电源层和接地层，表面相互间的电磁干扰。

3.3.2 系统软件优化

除了硬件层面外，还可以在软件层面通过信号处理算法提高系统的电磁抗干扰能力，一般来说可以分为以下几种措施：

（1）自适应技术。自适应技术是提高舰载通信系统电磁抗干扰能力的重要手段之一，通过自适应技术通信设备可以根据实际运行时外部的电磁环境自适应选择通信模式、信号频率、信道带宽以及编解码方式，并根据干扰信号的方向自适应调整各个方向的增益，实现干扰信号的低效。

（2）天线复用技术。由于舰船空间有限，雷达系统以及通信系统等存在较多天线需要布置，难免相互之间产生电磁干扰，此时可以通过天线复用技术，根据实际需求通过时分复用、频分复用等方式，减少舰载设备的天线数量，从而削弱存在的电磁兼容问题。

4 结束语

随着舰船信息化水平的提高，电磁兼容问题已经成为制约舰载通信装备发展的瓶颈，严重影响了通信装备的正常运行。本文针对舰载通信装备电磁兼容问题的产生进行了深入的分析，并针对其产生原因提出了相应的解决措施，相信随着相关技术的不断发展与完善，舰载通信装备的电磁兼容问题必将得到进一步的解决。

参考文献

[1]曹军旗，姚殿民，陶玉刚.舰船通信系统电磁兼容设计分析[J].环境技术，2013（02）：33-36.

[2]韓刚，陈东，周曙光.舰船通信系统电磁兼容问题研究[J].舰船电子工程，2014，2（03）：147-149

[3]陈政新，龚安，于成大，王永峰.装备电磁兼容性论证研究[J].微波学报，2014（06）：44-46.

作者单位

91469部队 北京市 100000