无线电监测船电磁兼容性能研究

林于新，刘伟骏

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004）

摘要： 专业无线电监测船的投入使用显著提升了水上无线电监测能力，然而装备大量的电气电子设备也使得监测船的电磁环境更加复杂。为保证无线电监测系统的准确性和可靠性，分析无线电监测船的电磁环境，做好相关电磁兼容措施就显得非常重要。本文基于电磁兼容三要素对典型无线电监测船进行了分析，并针对潜在电磁兼容问题提出了相关建议。

关键词： 无线电监测船；电磁兼容

中图分类号：TN92 文献标识码：A

Research on the Electromagnetic Compatibility of Radio Monitoring Vessels

Lin Yuxin, Liu Weijun

(The State Radio Monitoring Center Fujian Station, Xiamen 361004)

Abstract：The operation of radio monitoring vessels can significantly contribute to the capabilities of marine radio monitoring. However, equipped with a large quantity of electrical and electronic equipment also makes the electromagnetic environment on the radio monitoring vessels more complicated. To ensure the accuracy and reliability of the radio monitoring system, it is inevitable to analyze the electromagnetic environment of the radio monitoring vessels and follow up some relevant measures. Taking the basic elements of EMC into consideration, the author analyzed the typical situation of radio monitoring vessels, then some proposals about the potential EMC problems was offered.

Keywords：Radio monitoring vessels; Electromagnetic Compatibility(EMC)

1 引言

目前，我国无线电监测仍以陆地（主要是城区） 的主要频段（如广播、民航导航）监测为主，但近几年，随着我国无线电技术设施投入的不断增加，以及水上无线电业务管理的加强，水上无线电监测工作也逐步开展。我国的水上无线电监测方式主要包 括三种：一是利用设置在港口或距离海岸及江边较近的固定站进行监测；二是利用监测车或小型站、可搬移站在沿江、海岸或海岛上开展监测工作；三是将监测设备安装在租用的船舶上开展海上航行测试。 此外，船载监测系统可有效补充现有无线电监 测网的水上监测盲点，可在移动监测车无法到达的区域对无线电信号进行精细测量，因此逐渐成为无线电监测工作的热点。2015年云南省无线电监测中 心完成了国内首艘专业无线电监测船的验收，其监测测向设备涵盖短波、超短波和微波频段，能利用电磁环境测试软件自动收集航道无线电频谱信息，并通过数据分析系统实现对澜沧江—湄公河区域水上无线电信号和电磁环境的处理、分析及展示[1]。专业无线电监测船的出现对于提升水上无线 电监测能力具有重要的意义。但随着船舶自动化程度的提高，大量船用电子设备被用于通信、导航、 监测及控制，提高船舶运输安全性和便捷性的同时也带来了复杂的电磁兼容问题。相比于固定监测站和车载监测系统，船载无线电监测系统更易受到干扰，因此对于无线电监测船的电磁环境及电磁兼容问题应引起重视。

2 无线电监测船电磁兼容分析

骚扰源、敏感设备和耦合路径是电磁兼容问题的三要素，本文从这三个因素入手，分析无线电监测船的潜在电磁兼容问题。

2.1 骚扰源

典型船载电磁骚扰源主要有[2]：

（1）大量船载无线电收发天线，包括VHF天线，卫星天线以及雷达天线。这些天线产生的电磁场通过辐射、绕射等方式干扰船内的其他电子设备。雷电感应到设备线路中的高电压和电流，也可能导致敏感电子元件误动作，甚至损坏。

（2）静电放电干扰，由于其放电时间很短(1-2ns)，所以瞬间的电流可以达到10A甚至更高，其产生的电流脉冲足以导致设备工作异常甚至是损坏。此外，静电放电产生的电磁场也能够通过辐射的方式影响到周围电子设备。

（3）机舱内部的大功率电动机、发电机，集成电路控制器等设备和大量开关性元件。电动机和发电机等感性负载除了在其工作中会产生交变电磁辐射外，在断开时还会对电源产生强烈的反向过电压传导干扰。如图1所示为感性负载开路瞬间的反向瞬变脉冲电压波形图。显然，这种瞬变脉冲不但具有浪涌性质，而且具有丰富的谐波，可能引起电子控制系统的逻辑错误，甚至导致部分敏感器件的损坏。

图1 感性负载开路瞬间的反向瞬变脉冲电压波形图

机舱内部各种开关性元件(如开关、继电器等)的触点都是用来通断电流的，在其要开未开、或要闭未闭瞬间，都会产生不同程度的火花放电现象。这种触点间放电能量虽小，但其放电瞬间的能量密度通常可达到造成危害的程度。如图2所示为触点开闭过程中产生的瞬态干扰波形。

图2 触点开闭过程中产生的瞬态干扰波形

（4）为满足航行需求，在机舱驾驶台这样一个狭小封闭的空间里，布置了大量通信导航设备。它们工作频率，功率，骚扰发射强度以及抗扰度各不相同，形成了一个复杂的电磁环境。对于无线电监测船来说，其接收电缆、接收控制设备位于机舱内部，与船载通信导航设备紧挨一起，因此对于其电磁兼容性是一个巨大挑战。

2.2 耦合途径

耦合路径是骚扰传输的通路或媒介，主要分为传导和辐射两种。其中，传导耦合主要通过导体将骚扰从一个网络传输到另一个网络，如电源线、地线、信号互联线等介质传递的骚扰是最直接的传导耦合。而辐射耦合包括感应耦合以及电磁辐射耦合。对于无线电监测船来说，传导骚扰可能通过电源线、信号线和共地阻抗耦合方式影响设备，而辐射骚扰则可能通过天线接收、孔缝耦合及线缆串扰等形式影响系统。

2.3 敏感设备

无线电监测船主要职能是对电磁环境进行监测以及相关干扰的监测定位，为了保证测量的准确性和可靠性，电磁环境优劣对监测设备影响较大。

图3 典型无线电监测船船载设备图

一个典型无线电监测船船载设备图如图3所示。现有主流无线电监测船一般覆盖短波及超短波频段，在船甲板部分架设有监测天线、测向天线阵、GPS天线、定向天线、旋转伺服电机、俯仰调节伺服电机等，船舱内部有频谱仪、伺服控制器、交换机、UPS、射频切换矩阵、服务器、视频监控等系统，各设备之间通过各种线缆连接。

监测天线、测向天线主要用于测量接收无线电信号，通常覆盖较宽频段，同时为了保证小信号监测能力，天线及接收机通常具有较高的灵敏度，因此相比其他船载设备，电磁骚扰更易以辐射方式被天线所接收，进而对监测测向结果产生影响。其次，由于船内空间较为狭小，电气设备之间、电缆之间距离较近，电磁骚扰也容易以辐射耦合或者近场感应的方式影响接收电缆或接收设备。此外，若机箱未做好相应的屏蔽措施，对孔缝处理不好、未使用屏蔽电缆或者屏蔽电缆接地不合理，都可能导致电磁骚扰以辐射及传导途径进入监测接收系统，造成接收机底噪的抬升，影响监测接收的灵敏度及准确性。

从以上分析可以看出，监测系统的相关天线、设备、线缆都是潜在敏感设备，因此这些设备应当具有一定的抗扰度。

3 电磁兼容相关处理措施

3.1 船舶EMC标准

2000年中国船级社在参考IEC-60945标准和其他相关国际国内标准的基础上，颁布了指导性文件《船舶与海上设施用电气电子设备型式试验指南》，其中明确规定了船用电子设备要获得中国船级社型式认可，需要满足的电磁兼容要求[3]。

最新版本GD22-2015 《电气电子产品型式认可试验指南》，除了对船用电气电子产品型式认可试验中的外观检查、性能试验做出了原则规定以外， 还对其所应进行的各种船舶环境条件试验的试验目的、条件、方法、结果和所依据的标准，做出了明确规定。

在EMC方面，该标准对不同类型的电气电子设备应进行的电磁兼容性试验项目进行了规定，包括传导发射、辐射发射、静电放电、射频电磁场辐射、电快速瞬变脉冲群、浪涌、低频传导、射频场感应的传导骚扰等项目，是产品型式认可试验的依据。

满足上述电磁兼容要求的电气电子设备以及航行无线电通信设备具有一定的电磁兼容性，是构建良好电磁环境的基础。

3.2电磁兼容相关处理措施

要保证无线电监测设备的准确性和可靠性，首先应根据《电气电子产品型式认可试验指南》，使船载电气电子设备符合该指南规定的电磁兼容试验要求。其次，在安装布局阶段，应根据电磁兼容设计准则，做好无线电监测测向设备的安装布局和线缆敷设，同时采取屏蔽、滤波、接地等整改措施来提高设备的电磁兼容性能。

常见处理措施包括[4]：

·采用符合国家及军用标准的船用电缆，这些电缆都有一层镀锡铜丝编织的铠装层，具有较好的屏蔽作用。

·大功率设备单独敷设专用线，尤其不能与动力设备共用一组电源，因为这类设备启动电流大，停机时反冲电压很高，会引起电网很大的波动。可在在敏感设备机柜电源入口处就近安装电源滤波器，阻断来自电源线的脉冲或波纹干扰。

·为了减少电缆间的感应耦合，不同类型的电缆避免捆扎在一起，例如高压或大电流动力电缆与低压小信号电缆保留一定的间距。

·处理好电缆屏蔽层的接地问题，根据要抑制的干扰频率和干扰源情况采取不同的接地方式。

·在机箱、机柜的制造中不可避免地存在缝隙，有可能产生电磁泄漏，在实际工程中，常使用电磁密封衬垫来解决孔缝的电磁泄露问题。

4 结束语

作为水上无线电监测的重要手段，专业无线电监测船对于提升水上无线电监测能力具有重要意义。本文从骚扰源、敏感设备、耦合途径三方面对无线电监测船的电磁兼容性进行了分析，并对潜在电磁兼容问题提出了相关建议：船载设备应满足相关电磁兼容要求，其次严格按照电磁兼容设计规则做好电子设备、监测设备的安装布局及电缆的合理敷设，同时对于存在电磁兼容问题要利用屏蔽、滤波、接地等措施进行处理，确保无线电监测系统的准确性和可靠性。

参考文献

[1]林建喜. 云南省无线电监测中心船载无线电监测系统项目通过验收[J]. 中国无线电,2015,(04):4.

[2]金华标. 船用电子设备电磁兼容技术研究[D].武汉理工大学,2010.

[3]中国船级社.电气电子产品型式认可试验指南[ S] .北京:人民交通出版社, 2006 .

[4]王分良. 船用电气设备的电磁兼容性[J]. 中国船检,2001,(06):39-40.

作者简介：

林于新，男，1989年生，现任国家无线电监测中心福建监测站助理工程师。

刘伟骏，男，1990年生，现任国家无线电监测中心福建监测站助理工程师。