车载通信系统共址干扰分析及抑制措施∗

聂 毅 徐 皓 刘 振

（中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430200）

1 引言

随着电磁环境的日益复杂，车载通信系统都正在向高度的综合化、标准化、通用化和序列化等方面发展，一般同时装配多部短波、超短波电台等电子设备，当这些电台同时在一狭小区域内工作时，由于天线间距很近，发射机发射的电波会在接收机输入端产生很强的电磁干扰，即共址干扰。

共址干扰会严重影响车载通信系统的正常工作，造成电台通信距离缩短、话音质量变差、噪声增大、误码率提高等恶劣后果，严重时将导致各个通信信道完全阻塞。共址干扰问题已经成为系统电磁兼容设计必须要解决的难题，进行精确的共址干扰预测和合理的共址干扰抑制，不但可以使系统由干扰造成的不良影响降到最低，而且可以提高系统的电磁兼容性。

2 共址干扰类型

共址的主要特点是干扰设备与敏感设备相距较近，对于车载通信系统而言尤其如此，通常干扰电台与接收电台天线间的距离不足两米，因此其耦合度很强。共址干扰的种类有很多［1～2］，一般有以下几种：

1）同频干扰：凡由其他信号源发送出来与有用信号的频率相同并以同样的方法进入收信机中频通带的干扰都称为同频干扰。由于同频干扰信号与有用信号同样被放大、检波，当两个信号出现载频差时，会造成差拍干扰；当两个信号的调制度不大同时，会引起失真干扰；当两个信号存在相位差时也会引起失真干扰。干扰信号越大，接收机的输出信噪比越小。当干扰信号足够大，便可造成接收机的阻塞干扰。这种干扰大都是由于同频复用距离太小造成的。

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，强干扰信号可使收信机出现阻塞干扰。这种干扰大部分是由于设备不符合标准造成的。

3）基波干扰：由于发射机在发射频点处输出功率导致共址工作的接收机接收到非期望的信号。

4）谐波干扰：由于发射机在发射频点的谐波点处的输出功率导致共址工作的接收机接收到非期望的信号。

5）互调干扰：由二个或二个以上的信号同时作用于非线性元件产生多种频率组合，并由接收机接收所形成的。其产生的原因大致分为三种：发射机互调、接收机互调、外部效应引起的互调。发射机互调是多个发射机同时工作时，因合路系统的隔离度不够，使一个发射机的信号进入其他发射机，并在其他发射机的输出端与其它发射信号混频形成互调干扰；接收机互调是指在接收机的前端电路（高放、混频器）中，同时侵入两个处于互调关系的非工作频率信号，因非线性作用发生相互调制，产生工作频率上的干扰信号；由外部效应而产生的互调干扰是由于发射机的高频滤波器和天线、馈线等插接件接触不良在强射频电场中起检波作用而引起的。

6）交调干扰：在接收机调谐频率邻近频道区中的强信号可能产生大的交调干扰，在这种类型的电磁干扰中，无用信号对有用信号进行了调制。交调干扰也产生于非线性效应，并要求干扰源具有幅度变化，不是通过调幅方式来传输信息的接收机不受非线性交调的影响。交调干扰主要是在共址环境下模拟发射机对数字接收机产生的。

7）邻道干扰：当在接收机调谐频率相邻信道上存在非期望信号时，所造成的干扰称为邻道干扰。它主要取决于接收机邻道选择性、发射机邻道边带辐射和边带噪声。邻道干扰可以分为基波邻道干扰、谐波邻道干扰和互调邻道干扰。

3 车载通信系统共址干扰模型

车载通信系统由于车体空间有限，各电台天线之间的距离很近，电台之间的耦合度有限，很难保证电台之间正常工作，典型的通信电台收发信机的设备流程图如1所示。

图1 车载电台定频方式语音信号声码化流程图

从电磁兼容的角度出发［3］，系统可分为兼容、不兼容和临界兼容三种状态。为确定一个系统是否存在干扰，通常用电磁干扰余量（IM）来衡量，这也是通常所说的耦合干扰裕度。对于车载通信系统，其共址干扰模型可用图2简化表示。

图2 收-发信机间耦合干扰模型

设干扰有效功率为PR(f)，敏感体门限值为SR(f)，干扰设备的发射功率为Pt(f)，设备间耦合度为C设备(f)，则干扰余量IM 表示为

对于敏感设备的工作性能可以用IM(f)值的大小来评价，通常认为

IM(f)＜0，则表示敏感设备不会受到干扰，|IM(f)|值为安全裕度；

IM(f)=0，则表示敏感设备处于干扰临界状态，安全裕度为0；

IM(f)＞0，则表示敏感设备将会受到干扰，|IM(f)|值表示干扰的大小。

设备间耦合度即发射机与接收机间耦合度可由下式表示：

其中：C设备(f)表示收发电台间的耦合度，C设备(f)=Pr-Pt（dB）；CA(f)表示收发天线间的耦合度，CA(f)=Pout-Pin（dB）；Pin为由馈线输入到发射天线的功率，单位以dBm表示；Pout为由接收天线输出到馈线的功率，单位以dBm表示；γ为代表馈电系统引起的损耗，主要指发射机末端和接收机前端的馈电系统由于反射而引起的损耗。CF为发射机带宽BT和接收机带宽BR的修正系数，CF=BR/BT，当 BR≥BT时取CF=1。

4 共址干扰的抑制措施

1）频率管理

从频率管理角度出发，抑制车载系统的电磁干扰就要计算收发电台之间的共址安全带宽，根据计算的安全带宽值优化车载系统。

共址安全带宽［4］就是用来评价共址收发电台正常工作需要的最小频率间隔，是为了保证处于临界通信状态的电台不被同车内以极限功率发射的另一部电台的干扰，两部电台调谐频率至少需要偏开的频带宽度。共址干扰带宽的定义：设发射机的发射频率为 fT，接收机的调谐频率为 fR，在电磁干扰的临界情况下，发射机和接收机之间的最小频率间隔就为

如果 fT＞fR，定义Δfmin为共址干扰的下限安全带宽，即接收电台为了避免干扰需要向下偏开发射中心频率的间隔；相反则定义为共址干扰的上限安全带宽。

共址干扰中安全带宽的计算准则：根据式（3），如果干扰余量IM(fT，fR)≤0，则满足收发兼容状态的最小间隔Δfmin=

运用信纳德模型，测试中根据信纳德从12dB下降到9dB时就认为干扰电台已经影响了工作台的正常工作，从这个测试原理出发可以得出安全带宽的信纳德计算方法。12dB即为在干扰情况下工作台能正常工作的状态，而9dB即为在干扰情况下工作台不能正常工作的临界状态。计算准则为建立接收机正常通信，即：无发射台的干扰PR=0dBm，然后代入干扰电台在不同频点时的功率值，当信纳德下降3dB时，这个频点的频率减去发射机的中心频率即为安全带宽的数值，如果数值为负的，就是下限带宽，正值为上限带宽。其原理图如图3所示。

2）改进和优化收发信机的设计

由于共址工作的频带有限，为了提高系统的抗共址干扰能力，必须使频率间隔减到更小，这就需要我们改进和优化收发信机的设计，从而提高电台的工作性能。通过对收发信机内部的电路模块进行优化设计，改善各模块的性能，抑制不必要的非线性状态出现，能实现降低共址接收机的敏感性，提高发射机输出频谱纯度，抑制边带噪声的效果。

图3 信纳德判据法原理图

在规定的电源电压和环境温度内，对工作在各类频段的发射机的频率误差做出严格的控制；发射带宽应满足传送信号的频带要求，不要过多占用频带；接收机应具有良好的选择性和杂散响应，除接收规定宽带内的有用信号外，不得对其它所有频率产生响应。

3）合理天线布局

增加天线的隔离度可以减小耦合干扰量，通常改变天线的物理位置可以达到增加隔离度的目的［5］。然而由于车载平台空间有限，在军事通信中用的中小车辆的天线隔离度通常很低，不能充分提供所要求的隔离度。

一种方法是在极化方向隔离，通常是使两根天线以互相处置的空间位置放置，便可以增加隔离度。假如两根天线必须放置在同一水平面上，另一种方法是水平与垂直隔离。此时可以使其中一根天线在垂直方向上高出另外一条天线一段距离，也可以达到增加隔离度的要求。

4）良好的EMC设计

对于抑制共址干扰，一般的EMC设计也有很重要的作用［6］，主要包括：

屏蔽：使用合适的高导磁率或高导电率的材料在两个空间区域隔离，用以控制以辐射场或感应场形式出现的干扰信号在两个区域之间进行感应或传播。

接地：通过收发信机机壳与大地相连，可以使由于静电感应而在机壳上积累的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压，可能引起内部火花放电造成干扰。

滤波：滤波是抑制干扰的常用方法。为了抑制辐射干扰，常在干扰源的入口或出口进行滤波；为了抑制共址干扰，我们在共址工作的收发信机之间也可以设置共址滤波器，共址滤波器通常是串接在电台收发信机与天线之间的。在接收模式下作为预选滤波器，在发射模式下作为后端噪声抑制滤波器。

5 结语

在车载通信系统总体电磁兼容性设计中，为了在有限的空间最大限度地装备各种电子设备和武器系统以及通讯、导航和雷达等天线，提高通信车适应性，保证各种天线间产生最小的相互耦合，保证各设备间不相互产生干扰，能兼容地工作，必须解决共址干扰带来的影响。本文通过对车载通信系统共址干扰分析建模，提出了一些解决措施，具有一定的工程指导意义。